Високоентропійний припій на основі системи NiCoCrPdGe для паяння ніклевих суперстопів

С. В. Максимова, В. В. Воронов, П. В. Ковальчук

Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, вул. Казимира Малевича, 11, 03150 Київ, Україна

Отримано: 30.12.2022; остаточний варіант - 12.01.2023. Завантажити: PDF

Під час паяння жароміцних ніклевих стопів (ЖНС) традиційними промисловими припоями на базі систем Ni−Cr−(B, Si) у паяних швах має місце утворення крихких інтерметалідних сполук — силіцидів і боридів. З метою запобігання утворенню таких небажаних крихких фаз у паяних з’єднаннях жароміцних ніклевих стопів проводяться дослідження з використанням в якості припоїв високоентропійних стопів. В даній роботі показано можливість створення багатокомпонентних високоентропійних припоїв на основі системи NiCoCrPdGe із застосуванням розрахункових методик, бінарних діяграм стану металевих систем і з урахуванням класичних критеріїв формування твердих розчинів за Юм-Розері. Розрахунковим шляхом визначено низку термодинамічних параметрів ($\Delta S_{m}$, $\Delta H_{m}$, $\delta$, $\Omega_m$, $VEC_{m}$) і температуру ліквідусу та побудовано відповідні залежності від вмісту леґувальних компонентів у стопах системи NiCoCrPdGe. Встановлено граничні межі леґування експериментальних стопів, в яких значення даних термодинамічних величин відповідають параметрам, що висуваються до високоентропійних стопів і сприяють формуванню структури твердого розчину із ГЦК-ґратницею. На основі одержаних даних побудовано ділянку поверхні ліквідусу для стопів системи NiCoCrPdGe. За результатами проведених досліджень визначено граничні концентраційні межі депресорної присадки — Ґерманію, що забезпечують прийнятну температуру топлення припою під час паяння жароміцних ніклевих стопів. За результатами експериментальних досліджень встановлено, що стоп системи NiCoCrPdGe$_{5}$ характеризується двофазною дендритною структурою. Розрахунковою методою визначено, що об’ємна частка твердого розчину складає 72,54–75,47%.

Ключові слова: високоентропійний стоп, припій, паяння, температура ліквідусу, ентропія змішання, ентальпія змішання, Ґерман.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v45/i03/0387.html

PACS: 05.70.-a, 05.70.Ce, 06.60.Vz, 61.66.Dk, 64.75.Nx, 82.33.Pt


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. B. Geddes and H. Leon, Superalloys. Alloying and Performance (ASM International: 2010). Crossref
  2. С. Б. Бєліков, А. Д. Коваль, Металознавство та обробка металів, 2: 20 (1995).
  3. Ч. Т. Симс, Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок (Москва: Металлургия: 1995) (пер. з англ.).
  4. O. A. Ojo, N. L.Richards, and M. C. Chaturvedi, J. Scr. Mater., 50, No. 10: 641 (2004). Crossref
  5. A. Ghasemi and M. Pouranvari, Sci. and Technol. of Welding and Joining, 24, No. 4: 342 (2019). Crossref
  6. L. Hardwick, P. Rodgers, E. Pickering, and R. Goodall, Metall. Mater. Trans. A, 52: 2534 (2021). Crossref
  7. D. Kay, Industrial Heating, 70, No. 11: 33 (2003).
  8. A. Rabinkin, Sci. and Technol. of Welding and Joining, 9, No. 3: 181 (2004). Crossref
  9. V. V. Kurenkova, L. K. Doroshenko, and I. S. Malashenko, Paton Welding J., 6: 14 (2009).
  10. X. Huang, Weld. J., 93, No. 7: 232 (2014). Crossref
  11. V. F. Khorunov, S. V. Maksymova, and V. G. Ivanchenko, Paton Welding J., 9: 26 (2004).
  12. Г. В. Єрмолаєв, В. В. Квасницький, В. Ф. Квасницький, С. В. Максимова, В. Ф. Хорунов, В. В. Чигарьов, Паяння матеріалів (Миколаїв: НУК: 2015).
  13. S. Maksymova, V. Voronov, and P. Kovalchuk, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 41, No. 11: 1539 (2019).
  14. M. Salmaliyan and M. Shamanian, Heat Mass Transf., 55, No. 8: 2083 (2019). Crossref
  15. X. J. Yuan, M. B. Kim, and C. Y. Kang, Mater. Sci. Technol., 27, No. 7: 1191 (2011). Crossref
  16. M. Abdelfatah and O. A. Ojo, Mater. Sci. Technol., 25, No. 1: 61 (2009). Crossref
  17. D. Luo, Y. Xiao, L. Hardwick, R. Snell, M. Way, X. Sanuy Morell, F. Livera, N. Ludford, C. Panwisawas, H. Dong, and R. Goodall, Entropy, 23: 78 (2021). Crossref
  18. W. Tillmann, T. Ulitzka, L. Wojarski, M. Manka, and D. Wagstyl, Weld. World, 64, No. 1: 201 (2020). Crossref
  19. W. Tillmann, T. Wojarski, D. Stangier, M. Manka, and C. Timmer, Weld. World, 64, No. 9: 1597 (2020). Crossref
  20. D. Bridges, S. Zhang, S. Lang, M. Gao, Z. Yu, Z. Feng, and A. Hu, Mater. Lett., 215, No. 12: 11 (2018). Crossref
  21. J. Yeh, Annales De Chimie – Science des Materiaux, 31: 633 (2006). Crossref
  22. W. Tang and J. Yeh, Metall. Mater. Trans. A, 40, No. 6: 1479 (2009). Crossref
  23. Y. Zhang, T. T. Zuo, Z. Tang, M. C. Gao, K. A. Dahmen, P. K. Liaw, and Z. P. Lu, Prog. Mater. Sci., 61, No. 4: 1 (2014). Crossref
  24. A. Li and X. Zhang, Acta Metall. Sin. (Engl. Lett.), 22, No. 3: 219 (2009).
  25. A. E. Shapiro, Proc. Int. Conf. Brazing and Soldering (Oct. 3–6, 2021, Miami).
  26. T. B. Massalski, Вinary Alloy Phase Diagrams (Metals Park, Ohiо: ASM International: 1990) (in СD).
  27. B. Vishwanadh, N. Sarkar, S. Gangil, S. Singh, R. Tewari, G.K. Dey, and S. Banerjee, Scr. Mater., 124, No. 11: 146 (2016). Crossref
  28. X. Sun, H. Zhang, S. Lu, X. Ding, Y. Wang, and L. Vitos, Acta Mater., 140, No. 5: 366 (2017). Crossref
  29. Y. Zhang, Z.P. Lu, S. G. Ma, P. K. Liaw, Z. Tang, Y. Q. Cheng, and M. C. Gao,   MRS Commun., 4, No. 2: 57 (2014). Crossref
  30. M. C. Gao, J. W. Yeh, P. K. Liaw, and Y. Zhang, High-Entropy Alloys (Switzerland: Springer Int. Publ.: 2016).
  31. X. S. Morell, R. Goodall, E. Pickering, P. Webb, P. Rodgers, E. S. De Cambra, and L. T.Marguez, Proc. Int. Conf. Brazing and Soldering (Oct. 3–6, 2021, Miami).
  32. V. G. Іvanchenko, S. P. Oshkad’orov, and S. M. Severina, Metalozn. Obrobka Met., 1: 21 (2014).
  33. Л. Н. Мишенина, В. В. Шелковников, Справочные материалы по химии (Томск: 2007).
  34. Periodic Table with Element Names and Electronegativity; http://surl.li/dkhxg
  35. GuideScientific.com. Educational Portal; https://guide-scientific.com/
  36. Interactive Periodic Table of Elements; https://periodictable.me/palladium-electron-configuration/
  37. A. Takeuchi and A. Inoue, Mater. Trans., 46, No. 12: 2817 (2005). Crossref
  38. 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). Crossref
  39. A. K. Singh, K. Kumar, A. Dwivedi, and A. Subramaniam. Intermetallics, 53, No. 10: 112 (2014). Crossref
  40. X. Yang, Y. Zhang, and P. K. Liaw, Procedia Eng., 36, No. 3: 292 (2012). Crossref
  41. S. Guo and C. Liu, Prog. Nat. Sci.: Mater. Int., 21, No. 6: 433 (2011).
  42. L. Jiang, Y. P. Lu, H. Jiang, T. M. Wang, B. N. Wei, Z. Q. Cao, and T. J. Li, Materi. Sci. Technol., 32, No. 6: 588 (2016).
  43. S. Guo, C. Ng, J. Lu, and C. T. Liu, J. Appl. Phys., 109, 103505 (2011). Crossref