آلیاژهای آنتروپی بالا تعامل ترکیب و ریزساختار در ارتقای خواص مکانیکی و عملکرد صنعتی

آلیاژهای آنتروپی بالا (HEA) مجموعه ای از آلیاژهای چند جزئی با غلظت های تقریبا هم مولار هستند که رفتار ترمودینامیکی و ریزساختاری آن ها بر اساس اصولی کاملا متمایز از آلیاژهای متعارف توصیف می شود. این مقاله مروری با رویکردی تحلیلی به بررسی عوامل تعیین کننده در تشکیل فاز، پایداری ترمودینامیکی و رفتار مکانیکی HEAs می پردازد. تشکیل محلول جامدهای پایدار در این مواد تحت کنترل مجموعه ای از پارامترهای کمی شامل آنتروپی، پیکربندی انرژی، اختلاط انرژی آزاد گیبس، عدم تطابق شعاعی (δ)، پارامتر الکترونی (VEC)، پارامتر Ω و نسبت دمای فرآیند به نقطه ذوب است که هر یک به طور مستقیم انتخاب فازهای HCP، BCC، FCC یا ریزساختارهای دوفازی را تعیین می کنند [۱-۴]. افزون بر این، رفتار مکانیکی و فیزیکی HEAs به طور عمده ناشی از چهار اثر بنیادین است: اثر آنتروپی بالا که پایداری محلول جامد را افزایش می دهد، اثر اعوجاج شبکه که با ایجاد میدان های کرنشی در مقیاس اتمی موجب افزایش استحکام محلول جامد می شود، اثر نفوذ آهسته که سبب کاهش سرعت نفوذ و پایداری حرارتی بالا می گردد و اثر مرکب یا Cocktail Effect که حاصل هم افزایی همزمان چندین عنصر با ویژگی های الکترونی اتمی و ترمودینامیکی متفاوت است و موجب ایجاد خواصی می شود که قابل پیش بینی از رفتار تک تک عناصر نیست. تحلیل مطالعات گزارش شده نشان می دهد که مکانیزم های تقویت شامل تقویت محلول جامد پیچیده، حضور نابجایی های با تحرک محدود دو قلویی مکانیکی، انتقال فازی وابسته به دما و پایداری دینامیکی ریزساختار، تاثیر مستقیم بر استحکام، چقرمگی و رفتار کرنش-سختی این مواد دارند [۵-۷]. همچنین فرآیندهای ساخت نظیر ریخته گری، آلیاژسازی مکانیکی، تفجوشی پلاسمای جرقه ای (SPS)، چاپ سه بعدی و رسوب دهی فیزیکی بخار (PVD)، نقش تعیین کننده ای در کنترل اندازه دانه، انتخاب فاز، میزان ناهمگنی، ترکیب، توزیع، رسوبات و خواص سرویس دهی ایفا می کنند. ارزیابی کاربردهای صنعتی نشان می دهد که HEAs قابلیت استفاده در شرایط دما بالا، محیط های خورنده و اکسیدکننده، قطعات سبک ساز، پوشش های مقاوم به سایش و سامانه های انرژی مانند الکترودها و کاتالیست ها را دارند [۹]. این مرور با جمع بندی روابط میان ترکیب شیمیایی، ریزساختار، فرآیندهای ساخت و خواص مکانیکی و فیزیکی، چشم اندازهای آینده برای بهینه سازی و توسعه آلیاژهای آنتروپی بالا با رفتار قابل پیش بینی و کاربردی را ارائه می کند.

کلیدواژه ها:

آلیاژهای چند عنصری ، اصلی آلیاژهای آنتروپی بالا ، اعوجاج شبکه ، اثر مرکب ، مقاومت حرارتی بالا