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

Легирование и деформационное упрочнение высокоэнтропийных мембранных, аккумулирующих нано-и кристаллических сплавов

Р.М. Белякова, Э.Д. Курбанова, В.А. Полухин

ФГБУН «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук»

DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.512

Оригинальная статья

Аннотация: В статье представлены как молекулярно-динамические расчеты бинарных сплавов Fe–Ni, так и экспериментальные исследования легированных Ti и Co нанокристаллических сплавов с матричной структурой B2–Ti(Fe, Co) и эвтектическими фазами ОЦК–(Nb, Ti) и B2–Ti(Fe, Co). Исследованы структуры мембранных сплавов и на основе Fe–Ni (расположение атомов в координационных полиэдрах и межатомные расстояния между атомами), а также кинетики водорода – диффузии и проницаемости. Показано, что в мембранах легированных сплавов с замещением Ni кобальтом
Fe35-XCoXTi35Nb30 с превышением доли Fe, чем у кобальта – в фазе B2–TiFe проявляется механическая хрупкость, а также снижается пластичность фазы B2. При этом ослабляется и устойчивость к росту водородного поглощения, – вплоть до механического разрушения мембран – так что в высокоэнтропийных сплавах Fe0,2Ni0,2Cr0,2Co0,2Mn0,2, Fe0,2Co0,2Cr0,2 Ti0,2Al0,2 содержится Fe и Co в равных долях. Перспективны и другие интерметаллидные сплавы, имеющие более сложные составы с высокой или умеренной энтропией, к примеру – Zr0,2Ti0,2Nb0,2V0,2Co0,2 и Zr0,2Ti0,2Ta0,2V0,2Co0,2. Эти сплавы помимо мембранного выделения водорода обладают
и аккумулирующими свойствами. В рамках молекулярной динамики представлен эффект деформационного упрочнения мембранных ВЭС сплавов – механизма синергии с многократной деформацией. В результате такого упрочнения происходит частичная трансформация аустенитной фазы в мартенситную с образованием двойникования в их зернах ГЦК/ГПУ и формированием двухфазной матричной структуры.

Ключевые слова: нанокристаллические сплавы, моделирование, легирование, деформационное упрочнение, матричная структура, эвтектические фазы, высокоэнтропийные сплавы, аустенит, мартенсит, мембраны, водород, гидриды

  • Белякова Римма Михайловна – к.т.н., старший научный сотрудник, ФГБУН «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук»
  • Курбанова Эльмира Джумшудовна – к.х.н., научный сотрудник, ФГБУН «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук»
  • Полухин Валерий Анатольевич – д.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник, ФГБУН «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук»

Ссылка на статью:

Белякова, Р.М. Легирование и деформационное упрочнение высокоэнтропийных мембранных, аккумулирующих нано-и кристаллических сплавов / Р.М. Белякова, Э.Д. Курбанова, В.А. Полухин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 512-520. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.512.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Dawood, F. Hydrogen production for energy: An overview / F. Dawood, M. Anda, G.M. Shafiullah // International Journal of Hydrogen Energy. – 2020. – V. 45. – I. 7. – P. 3847-3869. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.12.059.
2. 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.
3. Vatolin, N.A. Simulation of the influence of hydrogen on the structural properties of amorphous iron / N.A. Vatolin, V.A. Polukhin, R.M. Belyakova, E.A. Pastukhov // Materials Science and Engineering. – 1988. – V. 99. – I. 1-2. – P. 551-554. DOI: 10.1016/0025-5416(88)90396-5.
4. Li, F.C. Amorphous-nanocrystalline alloys: fabrication, properties, and applications / F.C. Li, T. Liu, J.Y. Zhang et al. // Materials Today Advances. – 2019. – V. 4. – Art. № 100027. – 20 p. DOI: 10.1016/j.mtadv.2019.100027.
5. Sidorov, N.I. Hydrogen kinetics in membrane alloys / N.I. Sidorov, S. Kh. Estemirova, E.D. Kurbanova, V.A. Polukhin // Russian Metallurgy (Metally). – 2022. – V. 2022. – I. 8. – P. 887-897. DOI: 10.1134/S0036029522080158.
6. Suzuki, A. A Review for consistent analysis of hydrogen permeability through dense metallic membranes / A. Suzuki, H.A. Yukawa // Membranes. – 2020. – V. 10. – I. 6. – Art. № 120. – 20 p. DOI: 10.3390/membranes10060120.
7. Zhu, K Improving hydrogen permeability and sustainability of Nb30Ti35Co35 eutectic alloy membrane by substituting Co using Fe / K. Zhu, X. Li, G. Liu et al. // International Journal of Hydrogen Energy. – 2020. – V. 45. – I. 55. – P. 30720-30730. DOI:10.1016/j.ijhydene.2020.08.101.
8. Polukhin, V.A. Spatial arrangement of the fragmented phases in nanostructured 3d metal alloys during a change in the melt composition and cooling conditions / V.A. Polukhin, R.M. Вelyakova, L.K. Rigmant // Russian Metallurgy (Metally). – 2010. – V. 2010. – I. 8. –P. 681-698. DOI: 10.1134/S0036029510080045.
9. Xing, W. Preferred nanocrystalline configurations in ternary and multicomponent alloys / W. Xing, A.R. Kalidindi, C.A. Schuh // Scripta Materialia. – 2017. – V. 127. – P. 136-140. DOI: 10.1016/J.SCRIPTAMAT.2016.09.014.
10. Dolan, M.D. The effect of Ti on the microstructure, hydrogen absorption and diffusivity of V – Ni alloy membranes / M.D. Dolan, G. Song, K.G. McLennan et al. // Journal of Membrane Science. – 2012. – V. 415-416. – P. 320-327. DOI: 10.1016/J.MEMSCI.2012.05.012.
11. Jiang, P. Effect of partial Ni substitution in V85Ni15 by Ti on microstructure, mechanical properties and hydrogen permeability of V-based bcc alloy membranes / P. Jiang, B. Sun, H. Wang et al. // Materials Research Express. – 2020. – V. 7. – № 6. – Art. № 066505. – 11 p. DOI: 10.1088/2053-1591/ab98ca.
12. Polukhin, V.A. Presolidification changes in the structural–dynamic characteristics of glass-forming metallic melts during deep cooling, vitrification, and hydrogenation / V.A. Polukhin, N.I. Sidorov, N.A. Vatolin // Russian Metallurgy (Metally). – 2019. – V. 2019. – I. 8. – P. 758-780. DOI: 10.1134/S0036029519080123.
13. Otto, F. The influence of temperature and microstructure on the tensile properties of a CoCrFeMnNi high- entropy alloy / F. Otto, A. Dlouhy, Ch. Somsen et al. // Acta Materialia. – 2013. – V. 61. – I. 13. – P. 5743-5755. DOI: 10.1016/j.actamat.2013.06.018.
14. Polukhin, V.A. Dendrite-hardened amorphous and graphene-reinforced metal composites: Deformation mechanisms and strength characteristics / V.A. Polukhin, S.Kh. Estemirova, E.D. Kurbanova // AIP Conference Proceedings. – 2020. – V. 2315. – P. 050019-1-050019-5. DOI: 10.1063/5.0036724.
15. Gao, M.C. The thermodynamics and kinetics of high-entropy alloys / M.C. Gao, R. Arróyave, J.E. Morral, U.R. Kattner // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. – 2021. – V. 42. – I. 5. – P. 549-550. DOI: 10.1007/s11669-021-00923-8.
16. Sarker, S. Icosahedra clustering and short range order in Ni – Nb – Zr amorphous membranes/ S. Sarker, D. Isheim, G. King et al. // Scientific Reports. – 2018. – V. 8. – Art. № 6084. 14 p. DOI: 10.1038/s41598-018-24433-9.
17. Liu, D.M. Development of Nb35Mo5Ti30Ni30 alloy membrane for hydrogen separation applications / D.M. Liu, X.Z. Li, H.Y. Geng et al. // Journal of Membrane Science. – 2018. – V. 553. – P. 171-179. DOI: 10.1016/j.memsci.2018.02.052.
18. Zhang, Y. Electromagnetic interference shielding effectiveness of high entropy AlCoCrCuFeNi alloy powder laden composites / Y. Zhang, B. Zhang, K. Li et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2018. – V. 734. – P. 220-228. DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.11.044.
19. Hadibeik, S. High‐entropy alloy induced metallic glass transformation: Challenges posed by in‐situ alloying via additive manufacturing / S. Hadibeik, F. Spiekermann, M. Nosko et al. // Advanced Engineering Materials. – 2022. – V. 24. – I. 8. – Art. № 2000130. – 9 p. DOI: 10.1002/adem.202200764.
20. Manzoni, A.M. Influence of W, Mo and Ti trace elements on the phase separation in Al8Co17Cr17Cu8Fe17Ni33 based high entropy alloy / A.M. Manzoni, H.M. Daoud, R. Voelkl et al. // Ultramicroscopy. – 2015. – V. 159. – Part 2. – P. 265-271. DOI: 10.1016/j.ultramic.2015.06.009.
21. Polukhin, V.A. Formation of intermediate order in metallic glasses and a long order in nanocrystalline alloys with allowance for the character of binding and the transformation of the short order in a melt / V.A. Polukhin, E.D. Kurbanova, N.A. Vatolin // Russian Metallurgy (Metally). – 2018. – V. 2018. – I. 2. – P. 95-109. DOI: 10.1134/S0036029518020167.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒