Вплив адгезійно-активних компонентів на термодинамічні параметри високоентропійних твердих припоїв NiCoCrAl-(Ti, Nb)

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: 05.03.2024; остаточний варіант - 11.04.2024. Завантажити: PDF

Звичайною практикою під час лютування жароміцних ніклевих стопів є використання промислових прилютків системи Ni-Cr-(B, Si). Проте використання прилютків такої системи призводить до утворення крихких сполук — силіцидів і боридів Ніклю, Хрому й інших елементів, які можуть понижувати механічні характеристики паяних з’єднань. У представленій роботі досліджується можливість створення багатокомпонентних високоентропійних прилютків для лютування ніклевих стопів (у тому числі жароміцних), що не містять у своєму складі Бору та Силіцію. З використанням розрахункових методик і модернізованих критеріїв Юм-Розері визначено перспективну систему NiCoCrAl-(Ti, Nb), розраховано низку термодинамічних параметрів і побудовано відповідні залежності від вмісту леґувальних компонентів системи. Визначено граничні межі леґування експериментальних стопів, в яких значення даних термодинамічних величин відповідають критеріям, які висуваються до високоентропійних стопів (ВЕС). Розрахунковим шляхом визначено температури топлення та побудовано ділянку поверхні ліквідусу системи NiCoCrAl-(Ti, Nb). За результатами розрахунків для проведення подальших експериментів обрано стоп Ni$_{x}$CoCrAlTi$_{y}$Nb$_{z}$. За результатами досліджень встановлено, що даний стоп має дендритну структуру з невеликою кількістю евтектичної складової, а температура топлення є нижчою за 1220°С, що робить його придатним для лютування жароміцних ніклевих стопів.

Ключові слова: високоентропійний стоп, прилюток, лютування, ніклеві стопи, ентропія змішання, ентальпія змішання, Титан, Ніобій.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v46/i08/0811.html

PACS: 05.70.Ce, 06.60.Vz, 61.66.Dk, 64.75.Nx, 65.40.gd, 81.20.Vj, 82.60.Cx


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. L. Hardwick, P. Rodgers, E. Pickering, and R. Goodall, Metall. Mater. Trans. A, 52: 2534 (2021). Crossref
  2. D. Kay, Industrial Heating, 70, No. 11: 33 (2003).
  3. 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, No. 1: 78 (2021). Crossref
  4. A. Rabinkin, Sci. Technol. Weld. Joining, 9, No. 3: 181 (2004). Crossref
  5. S. B. Byelikov and A. D. Koval’, Metaloznavstvo ta Obrobka Metaliv, No. 2: 20 (1995) (in Ukrainian).
  6. S. Maksymova, V. Voronov, and P. Kovalchuk, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 41, No. 11: 1539 (2019) (in Russian). Crossref
  7. X. Huang, Weld. J., 93, No. 7: 232 (2014).
  8. M. Salmaliyan and M. Shamanian, Heat Mass Transf., 55, No. 8: 2083 (2019). Crossref
  9. X. J. Yuan, M. B. Kim, and C. Y. Kang, Mater. Sci. Technol., 27, No. 7: 1191 (2011). Crossref
  10. M. Abdelfatah and O. A. Ojo, Mater. Sci. Technol., 25, No. 1: 61 (2009). Crossref
  11. J. W. Yeh, J. Occup. Med., 65: 1759 (2013). Crossref
  12. M. Way, D. Luo, R. Tuley, and R. Goodall, J. Alloys Compd., 858: 157750 (2021). Crossref
  13. S. V. Maksymova and V. E. Sukhoyars’kyy, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 45, No. 1: 75 (2023) (in Ukrainian).
  14. B. Cantor, I. T. H. Chang, P. Knight, and A. J. B. Vincent, Mater. Sci. Eng. A, 375–377: 213 (2004). Crossref
  15. T. T. Zuo, L. Ouyang, X. Yang, Y. Cheng, R. Feng, S. Chen, P. Liaw, J.Hawk, and Y. Zhang, Acta Mater., 130: 10 (2017). Crossref
  16. W. Tillmann, T. Ulitzka, L. Wojarski, M. Manka, H. Ulitzka, and D. Wagstyl, Weld. World, 64: 201 (2020). Crossref
  17. W. Tillmann, T. Wojarski, D. Stangier, M. Manka, and C. Timmer, Weld. World, 64: 1597 (2020). Crossref
  18. S. A. Firstov, V. F. Gorban’, A. O. Andreev, and N. A. Krapivka, Nauka ta Innovatsiyi, 9, No. 5: 32 (2013) (in Russian).
  19. J. Yeh, Annales De Chimie – Science des Materiaux, 31: 633 (2006). Crossref
  20. G. S. Firstov, Yu. M. Koval, V. S. Filatova, V. V. Odnosum, G. Gerstein, and H. J. Maier, Prog. Phys. Met., 24, No. 4: 819 (2023).
  21. S. I. Mudryj, R. M. Bilyk, R. Ye. Ovsyanyk, O. O. Kulyk, and T. M. Mika, Phys. Chem. Solid St., 20, No 4: 432 (2019) (in Ukrainian). Crossref
  22. L. Jiang, Z. Q. Cao, J. C. Jie, J. J. Zhang, Y. P. Lu, T. M. Wang, and T. J. Li, J. Alloy. Comp., 649: 585 (2015). Crossref
  23. S. Singh, N. Wanderka, B. S. Murty, U. Glatzel, and J. Banhart, Acta Mater., 59, No. 1: 182 (2011). Crossref
  24. C. Y. Cheng and J. W. Yeh, Mater. Lett., 181: 223 (2016). Crossref
  25. A. Manzoni, H. Daoud, R. Volkl, U. Glatzel, and N. Wanderka, Ultramicroscopy, 163: 184 (2013).
  26. Y. Lu, Y. Dong, S. Guo, L. Jiang, H. Kang, T. Wang, B. Wen, Z. Wang, J. Jie, Z. Cao, H. Ruan, and T. Li, Sci Rep., 4: 6200 (2014).
  27. M. Mukarram, M. Mujahid, and K. Yaqoob, J. Mater. Res. Technol., 10: 1243 (2021). Crossref
  28. H. Jiang, K. Han, X. Gao, Y. Lu, Z. Cao, M. C. Gao, J. A. Hawk, and T. Li, Mater. Des., 142: 101 (2018). Crossref
  29. Y. P. Lu, X. Z. Gao, L. Jiang, Z. N. Chen, T. M. Wang, J. C. Jie, H. J. Kang, Y. B. Zhang, S. Guo, H. H. Ruan, Y. H. Zhao, Z. Q. Cao, and T. J. Li, Acta Mater., 124: 143 (2017). Crossref
  30. I. S. Wani, T. Bhattacharjee, S. Sheikh, P. P. Bhattacharjee, S. Guo, and N. Tsuji, Mater. Sci. Eng. A, 675: 99 (2016). Crossref
  31. S. Guo and C. Liu, Prog. Nat. Sci.: Mater. Int., 21, No. 6: 433 (2011).
  32. B. Vishwanadh, N. Sarkar, S. Gangil, S. Singh, R. Tewari, G.K. Dey, and S. Banerjee, Scr. Mater., 124, No. 11: 146 (2016). Crossref
  33. X. Sun, H. Zhang, S. Lu, X. Ding, Y. Wang, and L. Vitos, Acta Mater., 140, No. 5: 366 (2017). Crossref
  34. Y. Zhang, Z. P. Lu, S. G. Ma, P. K. Liaw, Z. Tang, Y. Q. Cheng, and M. C. Gao, MRS Communications, 4, No. 2: 57 (2014). Crossref
  35. M. C. Gao, J.-W. Yeh, P.K. Liaw, and Y. Zhang, High-Entropy Alloys (Switzerland: Springer International Publishing: 2016).
  36. Y. Zhang, T. T. Zuo, Z. Tang, M. C. Gao, K. A. Dahmen, P. K. Liaw, and Z. P. Lu, Prog. Mater. Sci., 61: 1 (2014). Crossref
  37. A. K.Singh, K. Kumar, A. Dwivedi, and A. Subramaniam, Intermetallic, 53: 112 (2014). Crossref
  38. V. G. Ivanchenko, S. P Oshkad’orov, and S. M. Severyna, Metaloznavstvo ta Obrobka Metaliv, 1: 21 (2014) (in Ukrainian).
  39. A. Takeuchi and A. Inoue, Mater. Trans., 46, No. 12: 2817 (2005). Crossref
  40. M. Ren, B. S. Li, and H. Z. Fu, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, 4: 991 (2013). Crossref
  41. S. A. Firstov, V. F. Gorban’, N. A. Krapivka, N. Y. Danylenko, and V. N. Nazarenko, Voprosy Atomnoi Nauki i Tekhniki, 2: 178 (2015) (in Russian).
  42. L. Jiang, Y. P. Lu, H. Jiang, T. M. Wang, B. N. Wei, Z. Q. Cao, and T. J. Li, Mater. Sci. Technol., 32, No. 6: 588 (2016). Crossref
  43. S. Guo, C. Ng, J. Lu, and C. T. Liu, J. Appl. Phys., 109: 103505 (2011). Crossref
  44. T. B. Massalski, Вinary Alloy Phase Diagrams (Metals Park, Ohio: ASM International: 1990) (in СD).