Language
Country/Area
No result found
Рождение высокоэнтропийных сплавов: что движет этой революцией в металлургии?
Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) представляют собой новый класс сплавов, в основном состоящий из пяти или более элементов, смешанных в относительно равных пропорциях. Традиционные металлические сплавы обычно состоят всего из одного или двух основных компонентов с добавлением небольшого количества других элементов для улучшения их свойств. Концепция высокоэнтропийного сплава была впервые предложена тайваньским ученым Е Цзиньвэем в 1995 году. Этот прорыв заставил сообщество материаловедов пересмотреть возможности проектирования и применения сплавов.
При формировании высокоэнтропийных сплавов каждый элемент в рецепте оказывает тонкое влияние на конечный результат, отражая то, как их взаимодействие изменяет свойства сплава.
Высокоэнтропийные сплавы обладают потенциально превосходными свойствами по сравнению с обычными сплавами, включая более высокое отношение прочности к весу, улучшенную стойкость к разрушению и коррозионную стойкость. Хотя изучение высокоэнергетических материалов началось еще в 1980-х годах, настоящий прорыв произошел в 2010-х годах, когда интерес к этому материалу значительно возрос.
История развития HEA
Исследования высокоэнтропийных сплавов начались в 1981 и 1996 годах, но только в 1995 году Е Цзиньвэй добился первого успеха в реальном синтезе сплава. С тех пор исследования высокоэнтропийных сплавов постепенно приобрели популярность во всем мире, особенно в 2004 году, когда Йе и его команда успешно разработали высокоэнтропийный сплав, способный выдерживать чрезвычайно высокие температуры и давления. Потенциальные области применения этого типа сплава включают гоночные автомобили, космические корабли, подводные лодки, ядерные реакторы и другие высокотехнологичные области.
Концепция высокоэнтропийного сплава является не только теоретическим прорывом, но и открывает новые возможности для многих практических приложений и дает нам новое понимание свойств металлических материалов.
Основные эффекты HEA
Свойства сплавов с высокой энтропией можно свести к четырем основным эффектам: эффект высокой энтропии, сильное искажение решетки, медленная диффузия и эффект коктейля. Эти эффекты являются особыми проявлениями ВЭС в их микроструктуре и свойствах.
Эффект высокой энтропии
Эффект высокой энтропии является одной из важнейших особенностей ВЭС, поскольку он способствует образованию твердых растворов и упрощает микроструктуру. Традиционно предполагается, что многокомпонентные сплавы образуют сложные структуры из-за различных взаимодействий между элементами, но на самом деле эффект высокой энтропии повышает устойчивость твердого раствора, что тесно связано со вторым законом термодинамики. Сильное искажение решетки
В связи с наличием в ВЭС твердых растворов с несколькими основными элементами необходимо пересмотреть концепцию традиционной структуры решетки. Каждый из этих атомов окружен другими атомами, что приводит к увеличению деформации и напряжения решетки, оказывая существенное влияние на механические, термические и электронные свойства материала.
Медленно распространяется
Особая структура ГЭС приводит к медленной скорости диффузии, что значительно улучшает термическую стабильность и структурную целостность материала. Сложные атомные взаимодействия в процессе диффузии препятствуют быстрому перемещению атомов, тем самым повышая долговечность материала.
Эффект коктейля
Эффект коктейля подчеркивает усиливающее воздействие по крайней мере пяти основных элементов на свойства сплава. Свойства этих сплавов обусловлены интерактивным взаимодействием множества компонентов, что еще больше способствует поиску и разработке новых материалов.
Новые идеи для дизайна сплавов
Традиционная конструкция сплава обычно улучшает производительность за счет добавления небольшой доли элементов на основе основного элемента, но при проектировании высокоэнергетических усилителей исследователям необходимо изучить баланс между несколькими элементами. Согласно предварительным исследованиям, успешные высокоэффективные материалы часто должны содержать некоторые вторичные фазы для укрепления материала. Однако формирование однофазных материалов остается важным подходом для углубления понимания основных механизмов ВЭС.
Перспективы на будущее
С углублением исследований понимание высокоэнергетических электронов станет более полным, а области их применения продолжат расширяться. Ученые продолжают изучать вопрос о том, смогут ли высокоэнтропийные сплавы сыграть ключевую роль в будущих научных и технологических инновациях и принести больше удобства, эффективности и устойчивости человеческому обществу.
Вопрос, поднятый этой революцией в области металлов, заключается в следующем: как сплавы с высокой энтропией изменят наше фундаментальное понимание материалов и их применения?
