Language
Country/Area
No result found
Удивительный мир смешанных металлов: почему сплавы с высокой энтропией демонстрируют беспрецедентные свойства?
Высокоэнтропийные сплавы (ВЭА) — это революция в материаловедении последних лет. В отличие от традиционных металлических сплавов, эти сплавы образуются путем смешивания пяти или более элементов в относительно равных пропорциях. Традиционные металлические сплавы обычно содержат только один или два основных компонента и небольшое количество других элементов. Например, в сплавы железа добавляют углерод или марганец для улучшения их свойств, но доли этих элементов часто относительно невелики. Поэтому появление высокоэнтропийных сплавов можно охарактеризовать как исследование нового материала.
"Определение сплавов с высокой энтропией происходит от увеличения энтропии из-за увеличения количества элементов во время процесса смешивания. Это увеличение энтропии более очевидно, когда соотношение компонентов одинаково."
Этот термин был впервые предложен тайваньским ученым Е Цзяньвэем. Он предложил метод реального синтеза высокоэнтропийных сплавов в 1995 году и после этого проводил исследования в течение многих лет. В то время его исследования представляли собой практически самостоятельное исследование мирового масштаба, в то время как другие страны относительно отставали в исследованиях высокоэнтропийных сплавов. К 2010-м годам, с развитием технологий и появлением потенциала их применения, страны начали расширять исследования высокоэнтропийных сплавов.
Характеристики и применение высокоэнтропийных сплавов
Исследования показывают, что некоторые высокоэнтропийные сплавы превосходят традиционные сплавы по соотношению прочности к весу, сопротивлению разрушению, прочности на разрыв, а также стойкости к коррозии и окислению. С точки зрения применения, потенциал практического применения высокоэнтропийных сплавов в гоночных, аэрокосмических, подводных лодках и ядерных энергетических реакторах привлекателен. Возможные применения высокоэнтропийных сплавов практически всеобъемлющи, и в будущем они могут стать ключевыми материалами в аэрокосмической, военной, медицинской и других областях.
«Будь то стабильность твердых электретов или долговечность высокопрочных сплавов, потенциал высокоэнтропийных сплавов полон проблем и возможностей в будущем».
Основной эффект высокоэнтропийных сплавов
Четыре основных эффекта высокоэнтропийных сплавов включают эффект высокой энтропии, эффект сильного искажения решетки, эффект медленной диффузии и эффект коктейля. Эти характеристики делают высокоэнтропийные сплавы сильно отличающимися от традиционных сплавов с точки зрения микроструктуры и механических свойств.
Эффект высокой энтропии
Эффект высокой энтропии считается одной из наиболее важных характеристик высокоэнтропийных сплавов. Он способствует образованию твердого раствора и упрощает микроструктуру сплава. Согласно второму началу термодинамики, твердые растворы, обычно содержащие несколько элементов, с большей вероятностью образуют устойчивое состояние равновесия из-за их высокого значения энтропии.
Сильное искажение решетки
Множество главных компонентов в высокоэнтропийных сплавах вызывают более сильные деформации решетки и напряжения в кристаллической структуре. Это серьезное искажение решетки влияет на механические, термические, электрические и химические свойства материала, а это преимущества, которые не могут предложить обычные сплавы.
Эффект медленной диффузии
Поскольку структура высокоэнтропийных сплавов макроскопически однородна, а пути диффузии, необходимые атомам, более сложны, они демонстрируют более низкие скорости диффузии, что делает их более устойчивыми к изменениям термической и функциональной стабильности.
Эффект коктейля
Эффект коктейля означает, что улучшение свойств сплава происходит за счет взаимодействия как минимум пяти основных элементов. Характеристики ВЭА обусловлены не только физическими свойствами отдельных элементов, но также взаимодействиями и эффектами сочетания между их составными фазами.
Проектирование сплавов и фазообразование
В отличие от традиционных конструкций сплавов, высокоэнтропийные сплавы ориентированы на применение равных пропорций нескольких компонентов. Традиционно выбор одного доминирующего элемента мог ограничить характеристики сплава. В этом отношении высокоэнтропийные сплавы чрезвычайно гибки и универсальны, и новые типы сплавов могут быть разработаны в соответствии с потребностями.
В процессе фазообразования сплавов фазовый закон Гиббса обеспечивает основу для определения предела числа фаз. Однако на практике многие высокоэнтропийные сплавы в основном образуют одну фазу твердого раствора, что превосходит обычные ожидания для многокомпонентных систем. Это явление раскрывает огромный потенциал высокоэнтропийных сплавов, который является ключом к их способности достигать превосходных свойств в различных сочетаниях составов.
Исследование высокоэнтропийных сплавов не только расширяет границы материаловедения, но и стимулирует спрос и применение новых материалов во всех сферах жизни. Означает ли это, что мы вступаем в новую эру революции металлических материалов?
