Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Особенности cтруктурно-фазового состояния пленки на основе высокоэнтропийного сплава AlNbTiZrСu, синтизированной путем осаждения многоэлементной металлической плазмы

Ю.Ф. Иванов1, Ю.А. Абзаев2, А.А. Клопотов2, Н.А. Прокопенко1, О.С. Толкачев1, П.Ю. Никитин4, В.В. Шугуров1, А.Д. Тересов1, М.С. Петюкевич3

1 ФГБУН «Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН»
2 ФГБОУ ВО «Томский государственный архитектурно-строительный университет»
3 ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
4 ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.693

Оригинальная статья

Аннотация: В данной работе приведены результаты структурных исследований пленок толщиной до 5 мкм высокоэнтропийных сплавов системы AlNbTiZrCu . Пленки были синтезированы на металлических и металлокерамических подложках путем осаждения многоэлементной металлической плазмы, созданной электродуговым плазменно ассистированным одновременным независимым распылением нескольких катодов. Показано, что пленки являются слоистым материалом и имеют аморфно-кристаллическую структуру. Установлено, что облучение пленок импульсным электронным пучком (18 кэВ, 20 Дж/см2, 50 мкс, 3 имп., 0,3 с-1) сопровождается кристаллизацией материала. Показано, что в полученных пленках доминирует соединение состава AlNbTiZr с параметром решетки 0,32344 нм. На основе теоретических расчетов получены структурные данные кристаллической решетки AlTi0,86Zr0,95Nb и определены механические и термодинамические характеристики этого соединения.

Ключевые слова: высокоэнтропийный сплав, плазма газового разряда низкого давления, система «пленка/подложка», импульсный электронный пучок, фазовый состав, структура

  • Иванов Юрий Федорович – д.ф.-м.н., главный научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники, ФГБУН «Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН»
  • Абзаев Юрий Афанасьевич – д.ф.-м.н., профессор кафедры высшей математики, ФГБОУ ВО «Томский государственный архитектурно-строительный университет»
  • Клопотов Анатолий Анатольевич – д.ф.-м.н., профессор кафедры прикладной механики и материаловедения, ФГБОУ ВО «Томский государственный архитектурно-строительный университет»
  • Прокопенко Никита Андреевич – младший научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники, ФГБУН «Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН»
  • Толкачев Олег Сергеевич – младший научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники, ФГБУН «Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН»
  • Никитин Павел Юрьевич – младший научный сотрудник лаборатории нанотехнологий металлургии научного управления, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет»
  • Шугуров Владимир Викторович – младший научный сотрудник лаборатории плазменной эмиссионной электроники, ФГБУН «Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН»
  • Тересов Антон Дмитриевич – научный сотрудник лаборатории пучково-плазменной инженерии поверхност, ФГБУН «Институт сильноточной электроники Сибирского отделения РАН»
  • Петюкевич Мария Станиславовна – к.т.н., начальник организационного отдела Инженерной школы новых производственных технологий, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Ссылка на статью:

Иванов, Ю.Ф. Особенности cтруктурно-фазового состояния пленки на основе высокоэнтропийного сплава AlNbTiZrСu, синтизированной путем осаждения многоэлементной металлической плазмы / Ю.Ф. Иванов, Ю.А. Абзаев, А.А. Клопотов, Н.А. Прокопенко, О.С. Толкачев, П.Ю. Никитин, В.В. Шугуров, А.Д. Тересов, М.С. Петюкевич // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2021. — Вып. 13. — С. 693-707. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.693.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Cantor, B. Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys / B. Cantor, I.T.H. Chang, P. Knight, A.J.B. Vincent // Materials Science and Engineering: A. – 2004. – V. 375-377. – P. 213-218. DOI: 10.1016/j.msea.2003.10.257.
2. Yeh, J.W. Nanostructured high-entropy alloys with multiple principal elements: Novel alloy design concepts and outcomes / J.W. Yeh, S.-K. Chen, S.-J. Lin et al. // Advanced Engineering Materials. – 2004. –V. 6. – I. 5. – P. 299-303. DOI: 10.1002/adem.200300567.
3. Ye, Y.F. High-entropy alloy: challenges and prospects / Y.F. Ye, Q. Wang, J. Lu, C.T. Liu, Y. Yang // Materials Today. – 2016. – V. 19. – I. 6. – Р. 349-362. DOI: 10.1016/j.mattod.2015.11.026.
4. Погребняк, А.Д. Структура и свойства высокоэнтропийных сплавов и нитридных покрытий на их основе / А.Д. Погребняк, А.А. Багдасарян, И.В. Якущенко, В.М. Береснев // Успехи химии. – 2014. – Т. 83. – Вып. 1. – С. 1027-1061. DOI: 10.1070/RCR4407.
5. Miracle, D.B. A critical review of high entropy alloys and related concepts / D.B. Miracle, O.N. Senkov // Acta Materialia. – 2017. – V. 122. – Р. 448-511. DOI: 10.1016/j.actamat.2016.08.081.
6. Otto, F. The influence of temperature and microstructure on the tensile properties of a CoCrFeMnNi high-entropy alloy / F. Otto, A. Dlouhý, Ch. Somsen et al. // Acta Materialia. – 2013. – V. 61. – I. 15. – P. 5743-5755. DOI: 10.1016/j.actamat.2013.06.018.
7. Pickering, E.J. High-entropy alloys: a critical assessment of their founding principles and future prospects / E.J. Pickering, N.G. Jones // International Materials Reviews. – 2016. – V. 61. – I. 3. – Р. 183-202. DOI: 10.1080/09506608.2016.1180020.
8. Nene, S.S. Enhanced strength and ductility in a friction stir processing engineered dual phase high entropy alloy / S.S. Nene, K. Liu, M. Frank et al. // Scientific Reports. – 2017. – V. 23. – Art. № 16167. – 7 p. DOI: 10.1038/s41598-017-16509-9.
9. Li, Z. Ab initio assisted design of quinary dual-phase high-entropy alloys with transformation-induced plasticity / Z. Li, F. Körmann, B. Grabowski, J. Neugebauer, D. Raabe // Acta Materialia. – 2017. – V. 136. – Р. 262-270. DOI: 10.1016/j.actamat.2017.07.023.
10. Basu, S. Strain rate sensitivity of a trip-assisted dual-phase high-entropy alloy / S. Basu, Z. Li, K.G. Pradeep, D. Raabe // Frontiers in Materials. – 2018. – V. 5. – Art. № 30. – 10 p. DOI: 10.3389/fmats.2018.00030.
11. Li, Z. Interstitial atoms enable joint twinning and transformation induced plasticity in strong and ductile high-entropy alloys / Z. Li, C.C. Tasan, H. Springer, B. Gault, D. Raabe // Scientific Reports. – 2017. – V. 12. – Art. № 40704. – 7 p. DOI: 10.1038/srep40704.
12. Клопотов, А.А. Образование МАХ-фаз электронно-ионно-плазменными методами / А.А. Клопотов, Ю.Ф. Иванов, А.Д. Тересов, Е.С. Марченко, В.Д. Клопотов. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2017. – Вып. 9. – С. 236-245. DOI: 10.26456/pcascnn/2017.9.236.
13. Клопотов, А.А. Насыщение поверхности стали титаном и бором электронно-ионно-плазменным методом: фазово-структурный состав / А.А. Клопотов, Ю.Ф. Иванов, Е.А. Петрикова и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 605-614. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.605.
14. Иванов, Ю.Ф. Структурно-фазовое состояние силумина заэвтектического состава, облученного импульсным электронным пучком / Ю.Ф. Иванов, А.А. Клопотов, Е.А. Петрикова и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 89-102. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.089.
15. Wang, W.-R. Phases, microstructure and mechanical properties of AlxCoCrFeNi high-entropy alloys at elevated temperatures / W.-R. Wang, W.-L. Wang, J.-W. Yeh // Journal of Alloys and Compounds. – 2014. – V. 589. – P. 143-152. DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.11.084.
16. Rogal, L. Microstructure and mechanical properties of Al–Co–Cr–Fe–Ni base high entropy alloys obtained using powder metallurgy / L. Rogal, Z. Szklarz, P. Bobrowski et al. // Metals and Materials International. – 2019. – V. 25. – I. 4. – P. 930-945. DOI: 10.1007/s12540-018-00236-5.
17. Crystallography open database.– Режим доступа: www.url: https://www.crystallography.net. – 01.06.2021.
18. Taylor, R.H. A RESTful API for exchanging materials data in the AFLOWLIB.org consortium / R.H. Taylor, F. Rose, C. Toher et al. // Computational Materials Science. – 2014. – V. 93. – P. 178-192. DOI: 10.1016/j.commatsci.2014.05.014.
19. Calderon, C.E. The AFLOW Standard for high-throughput materials science calculations / C.E. Calderon, J.J. Plata et al. // Computational Materials Science. – 2015. – V. 108. – Part A. – P. 233-238. doi: 10.1016/j.commatsci.2015.07.019.
20. Stanev, V. Machine learning modeling of superconducting critical temperature / V. Stanev, C. Oses, A.G. Kusne et al. // NPJ Computational Materials. – 2018. – V. 4. – Art. № 29. – 14 p. DOI: 10.1038/s41524-018- 0085-8.
21. Gossett, E. AFLOW-ML: A RESTful API for machine-learning predictions of materials properties / E. Gossett, C. Toher, C. Oses et al. // Computational Materials Science. – 2018. – V. 152. – P. 134-145. DOI: 10.1016/j.commatsci.2018.03.075.
22. Kosmachev, P.V. Quantitative phase analysis of plasma-treated high-silica materials / P.V. Kosmachev, Yu.A. Abzaev, V.A. Vlasov // Russian Physics Journal. – 2018. – V. 61. – I. 2. – P. 264-269. DOI: 10.1007/s11182-018-1396-4.
23. Oganov, A.R. Crystal structure prediction using ab initio evolutionary techniques: Principles and applications / A.R. Oganov, C.W. Glass // The Journal of Chemical Physics. – 2006. – V. 124. – I. 24. – Р. 244704-1-244704-15. DOI: 10.1063/1.2210932.
24. Oganov, A.R. How evolutionary crystal structure prediction works and why / A.R. Oganov, A.O. Lyakhov, M. Valle // Accounts of Chemical Research. – 2011. – V. 44. – I. 3. – P. 227-237. DOI: 10.1021/ar1001318.
25. Lyakhov, A.O. New developments in evolutionary structure prediction algorithm USPEX / A.O. Lyakhov, A.R. Oganov, H.T. Stokes, Q. Zhu // Computer Physics Communications. – 2013. – V. 184. – I. 4. – P. 1172-1182. DOI: 10.1016/j.cpc.2012.12.009.
26. Mazhnik, E. Application of machine learning methods for predicting new superhard materials / E. Mazhnik, A.R. Oganov // Journal of Applied Physics. – 2020. – V. 128. – I. 7. – Р. 075102-1-075102-14. DOI: 10.1063/5.0012055.
27. Mazhnik, E. A model of hardness and fracture toughness of solids / E. Mazhnik, A. R. Oganov // // Journal of Applied Physics. – 2019. – V. 126. – I. 12. – Р. 125109-1-125109-11. DOI: 10.1063/1.5113622.
28. Isayev, O. Universal fragment descriptors for predicting electronic properties of inorganic crystals / O. Isayev, C. Oses, C. Toher et al. // Nature Communications. – 2017. – V.8. – Art. № 15679. – 12 p. DOI: 10.1038/ncomms15679.
29. Legrain, F. J. How chemical composition alone can predict vibrational free energies and entropies of solids / F. Legrain, J. Carrete, A. van Roekeghem, S. Curtarolo, N. Mingo // Chemistry of Materials. – 2017. – V. 29. – I. 15. – Р. 6220-6227. DOI: 10.1021/acs.chemmater.7b00789.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒