Випуски $\rightarrow$ Том 26, випуск 4 (2025)

Одержання високоентропійних стопів методом лазерного леґування: експериментальні результати та теоретичні розрахунки

ГІРЖОН В.В.$^{2}$, ЄМЕЛЬЯНЧЕНКО В.В.$^{2}$

$^1$Національний університет «Запорізька політехніка», вул. Жуковського, 64; 69063 Запоріжжя, Україна
$^2$Науковий ліцей комунального закладу вищої освіти «Хортицька національна навчально-реабілітаційна академія» Запорізької обласної ради, вул. Наукове містечко, 59; 69017 Запоріжжя, Україна

Отримано / остаточна версія: 11.03.2025 / 22.10.2025 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
Структурно-фазовий стан високоентропійних стопів у системах Co–Cr–Fe–Ni, Al–Co–Cr–Fe–Ni й Al–Co–Cr–Cu–Fe–Ni, одержаних шляхом лазерного леґування поверхневих шарів технічно чистого заліза й алюмінію еквіатомовими сумішами різних комбінацій порошків Fe, Co, Cr, Ni та Cu, було досліджено методами рентґенофазової, енергодисперсійної та металографічної аналіз. Було показано, що під час лазерного леґування у поверхневих шарах утворюються дисперсні багатокомпонентні тверді розчини заміщення на основі об’ємноцентрованих кубічних (ОЦК) і гранецентрованих кубічних (ГЦК) ґратниць, що значно підвищує мікротвердість леґованих поверхонь. Було розроблено теоретичний модель, що враховує реальні умови охолодження та гетерогенний характер процесів нуклеації та кристалізації. Було оцінено інтервали швидкостей охолодження розтопу, за яких утворюються однофазні ОЦК (B2) або двофазні (ОЦК (B2) + ГЦК) стопи. Проаналізовано вплив хемічного складу на ці швидкості охолодження. Встановлено кореляцію між густиною гетерогенних центрів кристалізації й об’ємною часткою ГЦК-фази. Одержані результати мають практичне значення для створення покриттів з поліпшеними механічними властивостями, придатних для використання в екстремальних умовах.

Ключові слова: високоентропійні стопи, лазерне леґування, швидке затвердіння, фазовий склад, мікротвердість.

DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.26.04.***

Citation: V.V. Girzhon and V.V. Yemelianchenko, Obtaining High-Entropy Alloys by the Laser Alloying Method: Experimental Results and Theoretical Calculations, Progress in Physics of Metals, 26, No. 4: ***–*** (2025)

Цитована література   
  1. J.W. Yeh, S.K. Chen, S.J. Lin, J.Y. Gan, T.S. Chin, T.T. Shun, C.H. Tsau, and S.Y. Chang, Adv. Eng. Mater., 6, No. 5: 299 (2004); https://doi.org//10.1002/ADEM.200300567
  2. S. Caramarin, I.C. Badea, L.F. Mosinoiu, D. Mitrica, B.A. Serban, N. Vitan, L.M. Cursaru, and A. Pogrebnjak, Appl. Sci., 14, No. 17: 7576 (2024); https://doi.org/10.3390/APP14177576
  3. S. Aravind Krishna, N. Noble, N. Radhika, and B. Saleh, J. Manuf. Process., 109: 583 (2022); https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2023.12.039
  4. Y.F. Yang, F. Hu, T. Xia, R.H. Li, J.Y. Bai, J.Q. Zhu, J.Y. Xu, and G.F. Zhang, J. Alloys Compd., 1010: 177691 (2024); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.177691
  5. W.Y. Tang and J.W. Yeh, Metall. Mater. Trans. A, 40: 1479 (2009); https://doi.org/10.1007/s11661-009-9821-5
  6. B. Ren, Z.X. Liu, D.M. Li, L. Shi, B. Cai and M.X. Wang, J. Alloys Compd., 493, Nos. 1–2: 148 (2010); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.12.183
  7. P.A. Ibrahim, İ. Özkul and C.A. Canbay, Emergent Mater., 5: 1779 (2022); https://doi.org/10.1007/s42247-022-00349-z
  8. M.V. Karpets, O.M. Myslyvchenko, O.S. Makarenko, M.O. Krapivka, and V.F. Gorban’, Problems of Friction and Wear, 63: 103 (2014).
  9. M. Vaidya, G.M. Muralikrishna, and B.S. Murty, JMR, 34: 664 (2019); https://doi.org/10.1557/jmr.2019.37
  10. S. Daryoush, H. Mirzade,h and A. Ataie, JUFGNSM, 54: 112 (2021); https://doi.org/10.22059/jufgnsm.2021.01.1
  11. A. Kumar, A. Singh, and A. Suhane, Mater. Res. Express, 9: 052001 (2022); https://doi.org/10.1088/2053-1591/ac69b3
  12. S.K. Padamata, A. Yasinskiy, V. Yanov, and G. Saevarsdottir, Metals, 12, No. 2: 319 (2022); https://doi.org/10.3390/met12020319
  13. S.S. Oladijo, E.T. Akinlabi, F.M. Mwema, T.C. Jen, and O.P. Oladijo, Eng. Solid Mech., 12: 177 (2024); https://doi.org/10.5267/j.esm.2023.9.002
  14. O.C. Ujah, D.V. Von Kallon, and V.S. Aigbodion, Mater. Today Sustain., 25: 100639 (2024); https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2023.100639
  15. M. El Garah, F. Schuster, and F. Sanchette, High Entropy Thin Films by Magnetron Sputtering: Deposition, Properties and Applications (IntechOpen: 2022); https://doi.org/10.5772/intechopen.105189
  16. S. Yadav, K. Biswas, and A. Kumar, Spark Plasma Sintering of Materials (Cham: Springer: 2019); https://doi.org/10.1007/978-3-030-05327-7_19
  17. P.J. Kelly and R.D. Arnell, Vacuum, 56, No. 3: 159 (2000); https://doi.org/10.1016/S0042-207X(99)00189-X
  18. Y. Zhang, High-Entropy Materials: A Brief Introduction (Singapore: Springer: 2019).
  19. O.I. Kushnerov and V.F. Bashev, East Eur. J. Phys., 3: 43 (2021); https://doi.org/10.26565/2312-4334-2021-3-06
  20. V.F. Bashev and O.I. Kushnerov, Phys. Metals Metallogr., 115: 692 (2014); https://doi.org/10.1134/S0031918X14040024
  21. S. Zhang, C.L. Wu, J.Z. Yi and C.H. Zhang, Surf. Coat. Technol., 262: 64 (2015); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.12.013
  22. S. Zhang, C.L. Wu, and C.H. Zhang, Mater. Lett., 141: 7 (2015); https://doi.org/10.1016/j.matlet.2014.11.017
  23. C.L. Wu, S. Zhang, C.H. Zhang, H. Zhang, and S.Y. Dong, Surf. Coat. Technol, 315: 368 (2017); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.02.068
  24. Z.U. Arif, M.Y. Khalid, E. Rehman, S. Ullah, M. Atif, and A. Tariq, J. Manuf. Process., 68: 225 (2021); https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.06.041
  25. J.M. Poate, G. Foti, and D.C. Jacobson, Surface Modification and Alloying: by Laser, Ion, and Electron Beams (Springer Science & Business Media: 2013).
  26. H. Zhang, Y. Pan, Y.Z. He, J.L. Wu, T.M. Yue, and S. Guo, JOM, 66: 2057 (2014); https://doi.org/10.1007/s11837-014-1036-6
  27. H. Zhang, Y.Z. He, X.M. Yuan, and Y. Pan, Appl. Surf. Sci., 256, No. 20: 5837 (2010); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.03.056
  28. X. Qiu, Y. Zhang, and C. Liu, J. Alloys Compd., 585: 282 (2014); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.09.083
  29. A. Vida, J. Lábár, Z. Dankházi, Z. Maksa, D. Molnár, L. Varga, S. Kalácska, M. Windisch, and G. Huhn, Materials, 14, No. 5: 1076 (2021); https://doi.org/10.3390/ma14051076
  30. T.M. Yue, H. Xie, X. Lin, H. Yang, and G. Meng, Entropy, 15, No. 7: 2833 (2013); https://doi.org/10.3390/e15072833
  31. C. Chattopadhyay, A. Prasad, and B.S. Murty, Acta Mater., 153: 214 (2018); https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.05.002
  32. C. Chattopadhyay and B.S. Murty, Scr. Mater., 116: 7 (2016); https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2016.01.022
  33. V.V. Girzhon, V.V. Yemelianchenko, and O.V. Smolyakov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 44, No. 6: 725 (2022); https://doi.org/10.15407/mfint.44.06.0725
  34. J. Li, W. Jia, J. Wang, H. Kou, D. Zhang, and E. Beaugnon, Mater. Des., 95: 183 (2016); https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.01.112
  35. A. Jacob, E. Povoden-Karadeniz, and E. Kozeschnik, Calphad, 60: 16 (2018); https://doi.org/10.1016/j.calphad.2017.10.002
  36. O. Cortazar-Martínez, J.A. Torres-Ochoa, J.G. Raboño-Borbolla, and A. Herrera-Gomez, Appl. Surf. Sci., 542: 148636 (2021); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.148636
  37. J.M. Wang, G.H. Liu, Y.L. Fang, and W.K. Li, Rev. Chem. Eng., 32: 551 (2016); https://doi.org/10.1515/revce-2015-0067
  38. V.V. Girzhon, V.V. Yemelianchenko, and O.V. Smolyakov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 43, No. 1: 399 (2021); https://doi.org/10.15407/mfint.43.03.0399
  39. H. Okamoto, M.E. Schlesinger, and E.M. Mueller, Binary Alloy Phase Diagrams (ASM International: 2016); https://doi.org/10.31399/asm.hb.v03.a0006247
  40. V. Raghavan, J. Phase Equilib. Diff., 29: 515 (2008); https://doi.org/10.1007/s11669-008-9413-x
  41. V. Raghavan, J. Phase Equilib. Diff., 33: 55 (2012); https://doi.org/10.1007/s11669-012-9981-7
  42. V. Raghavan, J. Phase Equilib. Diff., 29: 180 (2008); https://doi.org/10.1007/s11669-008-9452-3
  43. X.L. Liu, T. Gheno, B.B. Lindahl, G. Lindwall, B. Gleeson, and Z.K. Liu, PLoS ONE, 10, No. 4: 1 (2015); https://doi.org/10.1371/journal.pone.0121386
  44. V. Raghavan, J. Phase Equilib. Diff., 27: 372 (2006); https://doi.org/10.1007/s11669-006-0009-z
  45. P. Jeglič, S. Vrtnik, M. Bobnar, M. Klanjšek, B. Bauer, P. Gille, Yu. Grin, F. Haarmann, and J. Dolinšek, Phys. Rev. B, 82: 104201 (2010); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.104201
  46. S. Singh, N. Wanderka, B.S. Murty, U. Glatzel and J. Banhart, Acta Mater., 59, No. 1: 182 (2011); https://doi.org/10.1016/j.actamat.2010.09.023
  47. M.V. Ivchenko, V.G. Pushin, and N. Wanderka, Tech. Phys., 59: 211 (2014); https://doi.org/10.1134/S1063784214020108
  48. B.S. Murty, J.W. Yeh, S. Ranganathan, and P.P. Bhattacharjee, High-Entropy Alloys (Elsevier: 2019).
  49. V.V. Girzhon, V.V. Yemelianchenko, and O.V. Smolyakov, Acta Metallurgica Slovaca, 29, No. 1: 44 (2023); https://doi.org/10.36547/ams.29.1.1710
  50. B. Grushko and Ch. Freiburg, J. Mater. Res, 7: 1100 (1992).
  51. C.C. Tung, J.W. Yeh, T.T. Shun, S.K. Chen, Y.S. Huang, and H.C. Chen, Mater. Lett., 61, No. 1: 1 (2007); https://doi.org/10.1016/j.matlet.2006.03.140
  52. G. Shao and P. Tsakiropoulos, Acta Metall. Mater., 42, No. 9: 2937 (1994); https://doi.org/10.1016/0956-7151(94)90391-3
  53. V.V. Girzhon, V.V. Yemelianchenko, O.V. Smolyakov, and A.S. Razzokov, Results in Materials, 15: 100311 (2022); https://doi.org/10.1016/j.rinma.2022.100311
  54. D.R. Uhlman, J. Non-Cryst. Solids, 7, No. 4: 337 (1987); https://doi.org/10.1016/0022-3093(72)90269-4
  55. J. Christian, The Theory of Transformations in Metals and Alloys (Pergamon: 2002).
  56. C.V. Thomson and F. Spaepen, Acta Metall., 27, No. 12: 1855 (1979); https://doi.org/10.1016/0001-6160(79)90076-2
  57. D.I. Anpilogov and V.V. Girzhon, Ukr. Phys. J., 42: 301 (1997).
  58. L.M. Pan, N. Saunders, and P. Tsakiropoulos, Mater. Sci. Technol., 5: 609 (1989).
  59. G. Shao and P. Tsakiropoulos, Acta Metall. Mater., 42, No. 9: 2937 (1994); https://doi.org/10.1016/0956-7151(94)90391-3
  60. H. Jones, Phil. Mag. B, 61: 487 (1990).
  61. V.N. Yeremenko, Y.V. Natanzon, and V.I. Dybkov, J. Less-Common Met., 50, No. 1: 29 (1976); https://doi.org/10.1016/0022-5088(76)90251-4
  62. S. Rohila, R.B. Mane, S. Naskar, and B.B. Panigrahi, Mater. Lett., 256: 1 (2019); https://doi.org/10.1016/j.matlet.2019.126668
  63. Z. Jian, K. Kuribayashi, and W. Jie, Mater. Trans., 43, No. 4: 721 (2002); https://doi.org/10.2320/matertrans.43.721
  64. The Periodic Table of the Elements https://www.webelements.com
  65. C. Zhang, F. Zhang, S. Chen, and W. Cao, JOM, 64: 839 (2012); https://doi.org/10.1007/s11837-012-0365-6

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,