CoCrFeNi ایک اچھی طرح سے مطالعہ شدہ چہرہ مرکز کیوبک (fcc) ہائی اینٹروپی الائے (HEA) ہے جس میں بہترین لچک لیکن محدود طاقت ہے۔اس مطالعہ کا فوکس آرک پگھلنے کے طریقہ کار کا استعمال کرتے ہوئے مختلف مقدار میں ایس آئی سی کو شامل کرکے ایسے HEAs کی طاقت اور لچک کے توازن کو بہتر بنانے پر ہے۔یہ قائم کیا گیا ہے کہ بیس HEA میں کرومیم کی موجودگی پگھلنے کے دوران SiC کے گلنے کا سبب بنتی ہے۔اس طرح، کرومیم کے ساتھ مفت کاربن کا تعامل کرومیم کاربائیڈز کی صورت حال کی تشکیل کا باعث بنتا ہے، جب کہ مفت سلکان بیس HEA میں محلول میں رہتا ہے اور/یا ان عناصر کے ساتھ تعامل کرتا ہے جو کہ HEA کو سلیکائڈز بناتے ہیں۔جیسا کہ SiC مواد میں اضافہ ہوتا ہے، مائیکرو اسٹرکچر کا مرحلہ درج ذیل ترتیب میں تبدیل ہوتا ہے: fcc → fcc + eutectic → fcc + کرومیم کاربائیڈ فلیکس → fcc + کرومیم کاربائیڈ فلیکس + سلسائیڈ → fcc + کرومیم کاربائیڈ فلیکس + سلسائیڈ + گریفائٹ بالز / گریفائٹ فلیکس۔نتیجہ خیز مرکبات روایتی مرکب دھاتوں اور اعلی اینٹروپی مرکبات کے مقابلے میں میکانی خصوصیات کی ایک بہت وسیع رینج (پیداوار کی طاقت 277 MPa سے لے کر 60٪ لمبائی پر 2522 MPa تک) کی نمائش کرتے ہیں۔کچھ اعلی درجے کی اینٹروپی مرکبات تیار کی گئی ہیں جو میکانکی خصوصیات کا ایک بہترین امتزاج دکھاتی ہیں (پیداوار کی طاقت 1200 MPa، لمبا 37%) اور پیداوار کے تناؤ کی لمبائی کے خاکے پر پہلے ناقابل رسائی علاقوں پر قبضہ کرتی ہے۔قابل ذکر طوالت کے علاوہ، HEA کمپوزٹ کی سختی اور پیداواری طاقت بلک میٹالک گلاسز کی حد میں ہے۔لہذا، یہ خیال کیا جاتا ہے کہ اعلی درجے کی اینٹروپی مرکبات کی ترقی اعلی درجے کی ساختی ایپلی کیشنز کے لئے میکانی خصوصیات کے بہترین مجموعہ کو حاصل کرنے میں مدد کر سکتی ہے.
ہائی اینٹروپی مرکبات کی ترقی دھات کاری 1,2 میں ایک امید افزا نیا تصور ہے۔ہائی اینٹروپی الائے (HEA) نے متعدد معاملات میں جسمانی اور مکینیکل خصوصیات کا بہترین امتزاج دکھایا ہے، بشمول اعلی تھرمل استحکام3,4 سپر پلاسٹک کی لمبائی5,6 تھکاوٹ کی مزاحمت7,8 سنکنرن مزاحمت9,10,11, بہترین لباس مزاحمت12,13,14 15 اور قبائلی خصوصیات15,16,17 اعلی درجہ حرارت پر بھی 18,19,20,21,22 اور کم درجہ حرارت 23,24,25 پر مکینیکل خصوصیات۔HEA میں مکینیکل خصوصیات کے بہترین امتزاج کو عام طور پر چار اہم اثرات سے منسوب کیا جاتا ہے، یعنی ہائی کنفیگریشنل اینٹروپی26، مضبوط جالی ڈسٹورشن27، سست بازی 28 اور کاک ٹیل اثر29۔HEAs کو عام طور پر FCC، BCC اور HCP اقسام میں درجہ بندی کیا جاتا ہے۔FCC HEA عام طور پر منتقلی عناصر پر مشتمل ہوتا ہے جیسے Co, Cr, Fe, Ni اور Mn اور بہترین لچک دکھاتا ہے (یہاں تک کہ کم درجہ حرارت25 پر) لیکن کم طاقت۔BCC HEA عام طور پر اعلی کثافت والے عناصر جیسے W, Mo, Nb, Ta, Ti اور V پر مشتمل ہوتا ہے اور اس کی طاقت بہت زیادہ ہے لیکن کم لچکدار اور کم مخصوص طاقت30۔
مشینی، تھرمو مکینیکل پروسیسنگ اور عناصر کے اضافے پر مبنی HEA کی مائیکرو اسٹرکچرل ترمیم کی تحقیق کی گئی ہے تاکہ میکانی خصوصیات کا بہترین امتزاج حاصل کیا جا سکے۔CoCrFeMnNi FCC HEA کو ہائی پریشر ٹارشن کے ذریعے پلاسٹک کی شدید خرابی کا سامنا کرنا پڑتا ہے، جس سے سختی (520 HV) اور طاقت (1950 MPa) میں نمایاں اضافہ ہوتا ہے، لیکن نانو کرسٹل لائن مائیکرو اسٹرکچر (~50 nm) کی ترقی مصر کو ٹوٹ پھوٹ کا باعث بنتی ہے۔ .یہ پایا گیا ہے کہ CoCrFeMnNi HEAs میں ٹوئننگ ڈکٹلٹی (TWIP) اور ٹرانسفارمیشن انڈسڈ پلاسٹکٹی (TRIP) کو شامل کرنے سے اچھی محنت کی سختی ہوتی ہے جس کے نتیجے میں ٹینسائل ڈکٹلٹی زیادہ ہوتی ہے، حالانکہ اصل تناؤ کی طاقت کی قدروں کی قیمت پر۔ذیل میں (1124 MPa) 32. CoCrFeMnNi HEA میں ایک تہہ دار مائیکرو اسٹرکچر کی تشکیل (ایک پتلی بگڑی ہوئی تہہ اور ایک غیر شکل شدہ کور پر مشتمل) کے نتیجے میں طاقت میں اضافہ ہوا، لیکن یہ بہتری تقریباً 700 MPa33 تک محدود تھی۔طاقت اور لچک کے بہترین امتزاج کے ساتھ مواد کی تلاش میں، غیر آئسواٹومک عناصر کے اضافے کا استعمال کرتے ہوئے ملٹی فیز HEAs اور eutectic HEAs کی ترقی کی بھی 34,35,36,37,38,39,40,41 تحقیقات کی گئی ہیں۔درحقیقت، یہ پایا گیا ہے کہ eutectic ہائی اینٹروپی مرکب دھاتوں میں سخت اور نرم مراحل کی بہتر تقسیم سے طاقت اور لچک کا نسبتاً بہتر امتزاج ہو سکتا ہے 35,38,42,43۔
CoCrFeNi سسٹم ایک وسیع پیمانے پر مطالعہ شدہ سنگل فیز FCC ہائی اینٹروپی مرکب ہے۔یہ نظام کم اور زیادہ دونوں درجہ حرارت پر تیزی سے کام سخت کرنے والی خصوصیات44 اور بہترین لچک 45,46 کی نمائش کرتا ہے۔اس کی نسبتاً کم طاقت (~300 MPa) 47,48 کو بہتر بنانے کے لیے مختلف کوششیں کی گئی ہیں جن میں اناج کی تطہیر 25، متفاوت مائیکرو سٹرکچر49، ورن 50,51,52 اور ٹرانسفارمیشن انڈسڈ پلاسٹکٹی (TRIP)53 شامل ہیں۔سخت حالات میں کولڈ ڈرائنگ کے ذریعے کاسٹ چہرے پر مرکوز کیوبک HEA CoCrFeNi کی اناج کی تطہیر تقریباً 300 MPa47.48 سے 1.2 GPa25 تک طاقت کو بڑھاتی ہے، لیکن لچک کے نقصان کو 60% سے زیادہ سے 12.6% تک کم کرتی ہے۔CoCrFeNi کے HEA میں Al کے اضافے کے نتیجے میں ایک متفاوت مائیکرو اسٹرکچر کی تشکیل ہوئی، جس نے اس کی پیداوار کی طاقت کو 786 MPa تک بڑھا دیا اور اس کی نسبتاً لمبائی تقریباً 22%49 ہوگئی۔CoCrFeNi HEA کو Ti اور Al کے ساتھ شامل کیا گیا تاکہ precipitates تشکیل دیا جا سکے، اس طرح ورن کو تقویت ملتی ہے، اس کی پیداوار کی طاقت 645 MPa اور لمبا 39%51 ہو جاتی ہے۔TRIP میکانزم (چہرے پر مرکوز کیوبک → ہیکسہیڈرل مارٹینیٹک تبدیلی) اور جڑواں پن نے CoCrFeNi HEA کی تناؤ کی طاقت کو 841 MPa تک بڑھا دیا اور وقفے پر 76%53 تک بڑھا دیا۔
ہائی اینٹروپی کمپوزٹ تیار کرنے کے لیے HEA چہرے کے مرکز والے کیوبک میٹرکس میں سیرامک رینفورسمنٹ شامل کرنے کی بھی کوشش کی گئی ہے جو طاقت اور لچک کے بہتر امتزاج کی نمائش کر سکتی ہے۔ہائی اینٹروپی کے ساتھ مرکبات کو ویکیوم آرک میلٹنگ 44، مکینیکل الائینگ 45,46,47,48,52,53, اسپارک پلازما سنٹرنگ 46,51,52, ویکیوم ہاٹ پریسنگ 45, ہاٹ آئسوسٹیٹک پریسنگ 47,48 اور ڈیولپمنٹ کے عمل کے ذریعے پروسیس کیا گیا ہے۔ 50۔کاربائیڈز، آکسائیڈز اور نائٹرائڈز جیسے WC44, 45, 46, Al2O347, SiC48, TiC43, 49, TiN50 اور Y2O351 کو HEA کمپوزٹ کی ترقی میں سیرامک کمک کے طور پر استعمال کیا گیا ہے۔صحیح HEA میٹرکس اور سیرامک کا انتخاب خاص طور پر اہم ہے جب ایک مضبوط اور پائیدار HEA کمپوزٹ کو ڈیزائن اور تیار کیا جائے۔اس کام میں، CoCrFeNi کو میٹرکس میٹریل کے طور پر چنا گیا تھا۔CoCrFeNi HEA میں SiC کی مختلف مقداریں شامل کی گئیں اور مائکرو اسٹرکچر، فیز کمپوزیشن، اور مکینیکل خصوصیات پر ان کے اثرات کا مطالعہ کیا گیا۔
ہائی پیوریٹی میٹلز Co, Cr, Fe، اور Ni (99.95 wt %) اور SiC پاؤڈر (99% طہارت، سائز -400 میش) کو ابتدائی ذرات کی شکل میں HEA کمپوزٹ بنانے کے لیے خام مال کے طور پر استعمال کیا گیا۔CoCrFeNi HEA کی isoatomic ساخت کو پہلے نصف کرہ کے پانی سے ٹھنڈے ہوئے تانبے کے سانچے میں رکھا گیا تھا، اور پھر چیمبر کو 3·10-5 mbar پر خالی کر دیا گیا تھا۔غیر قابل استعمال ٹنگسٹن الیکٹروڈ کے ساتھ آرک پگھلنے کے لیے درکار ویکیوم کو حاصل کرنے کے لیے ہائی پیوریٹی آرگن گیس متعارف کرائی گئی ہے۔اچھی یکسانیت کو یقینی بنانے کے لیے نتیجے میں آنے والے انگوٹوں کو الٹا اور پانچ بار دوبارہ پگھلایا جاتا ہے۔مختلف کمپوزیشنوں کے ہائی اینٹروپی کمپوزائٹس کو نتیجے میں ایکویاٹومک CoCrFeNi بٹنوں میں ایک مخصوص مقدار میں SiC شامل کرکے تیار کیا گیا تھا، جنہیں پانچ گنا الٹنے اور ہر معاملے میں ریمیلٹنگ کے ذریعے دوبارہ ہم آہنگ کیا گیا تھا۔نتیجے کے مرکب سے مولڈ بٹن کو مزید جانچ اور خصوصیت کے لیے EDM کا استعمال کرتے ہوئے کاٹا گیا۔مائکرو اسٹرکچرل اسٹڈیز کے نمونے معیاری میٹالوگرافک طریقوں کے مطابق تیار کیے گئے تھے۔سب سے پہلے، مقداری مرحلے کے تجزیہ کے لیے سافٹ ویئر لائیکا امیج اینالیسس (LAS فیز ایکسپرٹ) کے ساتھ ہلکے مائکروسکوپ (Leica Microscope DM6M) کا استعمال کرتے ہوئے نمونوں کی جانچ کی گئی۔تقریباً 27,000 µm2 کے کل رقبے کے ساتھ مختلف علاقوں میں لی گئی تین تصاویر کو مرحلے کے تجزیہ کے لیے منتخب کیا گیا تھا۔مزید تفصیلی مائیکرو اسٹرکچرل اسٹڈیز، بشمول کیمیائی ساخت کا تجزیہ اور عنصر کی تقسیم کا تجزیہ، ایک سکیننگ الیکٹران مائیکروسکوپ (JEOL JSM-6490LA) پر کیا گیا جو توانائی کے منتشر سپیکٹروسکوپی (EDS) تجزیہ کے نظام سے لیس تھا۔ایچ ای اے کمپوزٹ کے کرسٹل ڈھانچے کی خصوصیت ایکس رے ڈفریکشن سسٹم (بروکر ڈی 2 فیز شفٹر) کا استعمال کرتے ہوئے CuKα ذریعہ کا استعمال کرتے ہوئے 0.04° کے قدمی سائز کے ساتھ انجام دیا گیا تھا۔ایچ ای اے کمپوزٹ کی مکینیکل خصوصیات پر مائیکرو اسٹرکچرل تبدیلیوں کے اثر کا مطالعہ وِکرز مائیکرو ہارڈنیس ٹیسٹ اور کمپریشن ٹیسٹ کے ذریعے کیا گیا۔سختی کے ٹیسٹ کے لیے، فی نمونہ کم از کم 10 انڈینٹیشن کا استعمال کرتے ہوئے 15 سیکنڈ کے لیے 500 N کا بوجھ لگایا جاتا ہے۔کمرے کے درجہ حرارت پر ایچ ای اے کمپوزائٹس کے کمپریشن ٹیسٹ مستطیل نمونوں (7 ملی میٹر × 3 ملی میٹر × 3 ملی میٹر) پر شیمدزو 50KN یونیورسل ٹیسٹنگ مشین (UTM) پر 0.001/s کی ابتدائی سٹرین ریٹ پر کیے گئے۔
ہائی اینٹروپی کمپوزٹ، جسے بعد میں S-1 سے S-6 کے نمونے کہا جاتا ہے، CoCrFeNi میٹرکس میں 3%، 6%، 9%، 12%، 15%، اور 17% SiC (تمام وزن کے لحاظ سے%) شامل کر کے تیار کیے گئے تھے۔ .بالترتیبحوالہ نمونہ جس میں کوئی SiC شامل نہیں کیا گیا تھا اس کے بعد نمونہ S-0 کہا جاتا ہے۔ترقی یافتہ HEA کمپوزائٹس کے آپٹیکل مائکروگرافس کو انجیر میں دکھایا گیا ہے۔1، جہاں، مختلف additives کے اضافے کی وجہ سے، CoCrFeNi HEA کا سنگل فیز مائیکرو اسٹرکچر ایک مائیکرو اسٹرکچر میں تبدیل ہو گیا تھا جس میں مختلف شکلوں، سائز اور تقسیم کے ساتھ بہت سے مراحل شامل تھے۔ساخت میں SiC کی مقدار۔LAS فیز ایکسپرٹ سافٹ ویئر کا استعمال کرتے ہوئے تصویری تجزیہ سے ہر مرحلے کی مقدار کا تعین کیا گیا تھا۔شکل 1 کا انسیٹ (اوپری دائیں) اس تجزیہ کے لیے ایک مثال کے علاقے کے ساتھ ساتھ ہر فیز کے جزو کے لیے رقبہ کا حصہ دکھاتا ہے۔
ترقی یافتہ ہائی اینٹروپی کمپوزائٹس کے آپٹیکل مائکروگرافس: (a) C-1، (b) C-2، (c) C-3، (d) C-4، (e) C-5 اور (f) C- 6۔انسیٹ LAS فیز ایکسپرٹ سافٹ ویئر کا استعمال کرتے ہوئے کنٹراسٹ پر مبنی تصویری مرحلے کے تجزیہ کے نتائج کی ایک مثال دکھاتا ہے۔
جیسا کہ تصویر میں دکھایا گیا ہے۔1a، C-1 کمپوزٹ کے میٹرکس والیومز کے درمیان ایک eutectic microstructure تشکیل دیا گیا، جہاں میٹرکس اور eutectic مراحل کی مقدار کا تخمینہ بالترتیب 87.9 ± 0.47% اور 12.1% ± 0.51% لگایا گیا ہے۔تصویر 1b میں دکھائے گئے مرکب (C-2) میں، مضبوطی کے دوران eutectic رد عمل کے کوئی آثار نہیں ہیں، اور C-1 مرکب سے بالکل مختلف ایک مائیکرو اسٹرکچر دیکھا گیا ہے۔C-2 کمپوزٹ کا مائیکرو اسٹرکچر نسبتاً ٹھیک ہے اور پتلی پلیٹوں (کاربائیڈز) پر مشتمل ہوتا ہے جو میٹرکس فیز (fcc) میں یکساں طور پر تقسیم ہوتے ہیں۔میٹرکس اور کاربائیڈ کے حجم کے حصوں کا تخمینہ بالترتیب 72 ± 1.69% اور 28 ± 1.69% لگایا گیا ہے۔میٹرکس اور کاربائیڈ کے علاوہ، C-3 کمپوزٹ میں ایک نیا مرحلہ (سلیکسائیڈ) پایا گیا، جیسا کہ تصویر 1c میں دکھایا گیا ہے، جہاں اس طرح کے سلسائیڈ، کاربائیڈ، اور میٹرکس مراحل کے حجم کے حصوں کا تخمینہ تقریباً 26.5% ± لگایا گیا ہے۔ بالترتیب 0.41%، 25.9 ± 0.53، اور 47.6 ± 0.34۔ایک اور نیا مرحلہ (گریفائٹ) بھی C-4 کمپوزٹ کے مائیکرو اسٹرکچر میں دیکھا گیا۔کل چار مراحل کی نشاندہی کی گئی۔گریفائٹ فیز آپٹیکل امیجز میں گہرے کنٹراسٹ کے ساتھ ایک الگ گلوبلولر شکل رکھتا ہے اور یہ صرف تھوڑی مقدار میں موجود ہے (تخمینہ حجم کا حصہ صرف 0.6 ± 0.30% ہے)۔مرکبات C-5 اور C-6 میں، صرف تین مراحل کی نشاندہی کی گئی تھی، اور ان مرکبات میں سیاہ متضاد گریفائٹ مرحلہ فلیکس کی شکل میں ظاہر ہوتا ہے۔کمپوزٹ S-5 میں گریفائٹ فلیکس کے مقابلے، کمپوزٹ S-6 میں گریفائٹ فلیکس چوڑے، چھوٹے اور زیادہ باقاعدہ ہیں۔گریفائٹ مواد میں بھی اسی طرح کا اضافہ C-5 کمپوزٹ میں 14.9 ± 0.85% سے C-6 کمپوزٹ میں تقریباً 17.4 ± 0.55% تک دیکھا گیا۔
HEA کمپوزٹ میں ہر مرحلے کے تفصیلی مائیکرو اسٹرکچر اور کیمیائی ساخت کی مزید چھان بین کے لیے، SEM کا استعمال کرتے ہوئے نمونوں کی جانچ کی گئی، اور EMF پوائنٹ کا تجزیہ اور کیمیکل میپنگ بھی کی گئی۔جامع C-1 کے نتائج انجیر میں دکھائے گئے ہیں۔2، جہاں مرکزی میٹرکس مرحلے کے علاقوں کو الگ کرنے والے eutectic مرکب کی موجودگی واضح طور پر دیکھی جاتی ہے۔مرکب C-1 کا کیمیائی نقشہ تصویر 2c میں دکھایا گیا ہے، جہاں یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ Co، Fe، Ni، اور Si میٹرکس مرحلے میں یکساں طور پر تقسیم ہوتے ہیں۔تاہم، بیس HEA کے دیگر عناصر کے مقابلے میٹرکس مرحلے میں Cr کی تھوڑی سی مقدار پائی گئی، جس سے یہ معلوم ہوتا ہے کہ Cr میٹرکس سے باہر نکل گیا ہے۔SEM امیج میں سفید eutectic مرحلے کی ساخت کرومیم اور کاربن سے بھرپور ہے، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ یہ کرومیم کاربائیڈ ہے۔مائیکرو اسٹرکچر میں مجرد SiC ذرات کی عدم موجودگی، میٹرکس میں کرومیم کی کم مقدار کے ساتھ مل کر اور کرومیم سے بھرپور مراحل پر مشتمل eutectic مرکب کی موجودگی، پگھلنے کے دوران SiC کے مکمل گلنے کی نشاندہی کرتی ہے۔SiC کے گلنے کے نتیجے میں، سلکان میٹرکس مرحلے میں گھل جاتا ہے، اور مفت کاربن کرومیم کے ساتھ تعامل کر کے کرومیم کاربائیڈز بناتا ہے۔جیسا کہ دیکھا جا سکتا ہے، EMF طریقہ کار سے صرف کاربن کا تعین کیا گیا تھا، اور مرحلے کی تشکیل کی تصدیق ایکس رے کے پھیلاؤ کے نمونوں میں کاربائیڈ کی خصوصیت کی چوٹیوں کی شناخت سے ہوئی تھی۔
(a) نمونہ S-1 کی SEM تصویر، (b) توسیع شدہ تصویر، (c) عنصر کا نقشہ، (d) اشارہ کردہ مقامات پر EMF نتائج۔
جامع C-2 کا تجزیہ انجیر میں دکھایا گیا ہے۔3. آپٹیکل مائیکروسکوپی میں ظاہری شکل کی طرح، SEM امتحان سے صرف دو مراحل پر مشتمل ایک عمدہ ساخت کا انکشاف ہوا، جس میں ایک پتلی لیملر مرحلے کی موجودگی پورے ڈھانچے میں یکساں طور پر تقسیم کی گئی تھی۔میٹرکس مرحلہ، اور کوئی eutectic مرحلہ نہیں ہے۔لیملر مرحلے کے عنصر کی تقسیم اور EMF پوائنٹ کے تجزیے سے اس مرحلے میں Cr (پیلا) اور C (سبز) کے نسبتاً زیادہ مواد کا انکشاف ہوا، جو پگھلنے کے دوران SiC کے گلنے اور کرومیم اثر کے ساتھ جاری کاربن کے تعامل کی طرف اشارہ کرتا ہے۔ .VEA میٹرکس ایک لیملر کاربائیڈ مرحلہ بناتا ہے۔عناصر کی تقسیم اور میٹرکس مرحلے کے نقطہ تجزیہ سے معلوم ہوا کہ زیادہ تر کوبالٹ، آئرن، نکل اور سلکان میٹرکس مرحلے میں موجود ہیں۔
(a) نمونہ S-2 کی SEM تصویر، (b) توسیع شدہ تصویر، (c) عنصر کا نقشہ، (d) اشارہ کردہ مقامات پر EMF نتائج۔
C-3 مرکبات کے SEM مطالعہ نے کاربائیڈ اور میٹرکس کے مراحل کے علاوہ نئے مراحل کی موجودگی کا انکشاف کیا۔عنصری نقشہ (تصویر 4c) اور EMF پوائنٹ تجزیہ (تصویر 4d) ظاہر کرتے ہیں کہ نیا مرحلہ نکل، کوبالٹ اور سلکان سے بھرپور ہے۔
(a) نمونہ S-3 کی SEM تصویر، (b) توسیع شدہ تصویر، (c) عنصر کا نقشہ، (d) اشارہ کردہ مقامات پر EMF نتائج۔
C-4 مرکب کے SEM اور EMF تجزیہ کے نتائج انجیر میں دکھائے گئے ہیں۔5. جامع C-3 میں مشاہدہ کیے گئے تین مراحل کے علاوہ، گریفائٹ نوڈولس کی موجودگی بھی پائی گئی۔سلکان سے بھرپور مرحلے کا حجم کا حصہ بھی C-3 مرکب سے زیادہ ہے۔
(a) نمونہ S-4 کی SEM تصویر، (b) توسیع شدہ تصویر، (c) عنصر کا نقشہ، (d) اشارہ کردہ مقامات پر EMF نتائج۔
مرکبات S-5 اور S-6 کے SEM اور EMF سپیکٹرا کے نتائج بالترتیب اعداد 1 اور 2. 6 اور 7 میں دکھائے گئے ہیں۔تھوڑی تعداد میں کرہوں کے علاوہ گریفائٹ فلیکس کی موجودگی بھی دیکھی گئی۔C-6 مرکب میں گریفائٹ فلیکس کی تعداد اور سلکان پر مشتمل مرحلے کے حجم کا حصہ دونوں C-5 مرکب سے زیادہ ہیں۔
(a) نمونہ C-5 کی SEM تصویر، (b) بڑھا ہوا منظر، (c) عنصری نقشہ، (d) اشارہ کردہ مقامات پر EMF کے نتائج۔
(a) نمونہ S-6 کی SEM تصویر، (b) توسیع شدہ تصویر، (c) عنصر کا نقشہ، (d) اشارہ کردہ مقامات پر EMF نتائج۔
XRD پیمائش کا استعمال کرتے ہوئے HEA کمپوزٹ کے کرسٹل ڈھانچے کی خصوصیت بھی انجام دی گئی۔نتیجہ شکل 8 میں دکھایا گیا ہے۔ بیس WEA (S-0) کے پھیلاؤ کے نمونے میں، صرف fcc مرحلے کے مطابق چوٹیاں نظر آتی ہیں۔مرکبات C-1، C-2، اور C-3 کے ایکس رے پھیلاؤ کے نمونوں نے کرومیم کاربائیڈ (Cr7C3) سے متعلق اضافی چوٹیوں کی موجودگی کا انکشاف کیا، اور C-3 اور C-4 کے نمونوں کے لیے ان کی شدت کم تھی، جس سے ظاہر ہوتا ہے۔ وہ بھی ان نمونوں کے ڈیٹا EMF کے ساتھ۔نمونے S-3 اور S-4 کے لیے Co/Ni سلی سائیڈز سے مماثل چوٹیوں کا مشاہدہ کیا گیا، جو دوبارہ اعداد و شمار 2 اور 3 میں دکھائے گئے EDS میپنگ کے نتائج سے مطابقت رکھتے ہیں۔ جیسا کہ شکل 3 اور شکل 4 میں دکھایا گیا ہے۔ 5 اور S-6 چوٹیوں کا مشاہدہ کیا گیا۔ گریفائٹ کے مطابق.
ترقی یافتہ مرکبات کی مائکرو اسٹرکچرل اور کرسٹللوگرافک خصوصیات دونوں نے شامل کردہ SiC کے گلنے کا اشارہ کیا۔یہ VEA میٹرکس میں کرومیم کی موجودگی کی وجہ سے ہے۔کرومیم کا کاربن 54.55 سے بہت مضبوط تعلق ہے اور کاربائیڈز بنانے کے لیے مفت کاربن کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے، جیسا کہ میٹرکس کے کرومیم مواد میں مشاہدہ شدہ کمی سے ظاہر ہوتا ہے۔SiC56 کی علیحدگی کی وجہ سے Si fcc مرحلے میں گزر جاتا ہے۔اس طرح، بیس HEA میں SiC کے اضافے سے کاربائیڈ مرحلے کی مقدار اور مائکرو اسٹرکچر میں مفت Si کی مقدار میں اضافہ ہوا۔یہ پایا گیا ہے کہ یہ اضافی Si میٹرکس میں کم ارتکاز میں جمع کیا جاتا ہے (مرکب S-1 اور S-2 میں)، جبکہ زیادہ ارتکاز (مرکب S-3 سے S-6) میں اس کے نتیجے میں اضافی کوبالٹ جمع ہوتا ہے۔نکل سلائڈ.Co اور Ni silicides کی تشکیل کا معیاری enthalpy، جو براہ راست ترکیب اعلی درجہ حرارت کیلوری میٹری کے ذریعے حاصل کیا گیا ہے، بالترتیب Co2Si، CoSi اور CoSi2 کے لیے -37.9 ± 2.0، -49.3 ± 1.3، -34.9 ± 1.1 kJ mol -1 ہے قدریں ہیں – 50.6 ± 1.7 اور – 45.1 ± 1.4 kJ mol-157 برائے Ni2Si اور Ni5Si2، بالترتیب۔یہ قدریں SiC کی تشکیل کی حرارت سے کم ہیں، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ Co/Ni silicides کی تشکیل کا باعث بننے والے SiC کی تقسیم توانائی کے لحاظ سے سازگار ہے۔S-5 اور S-6 دونوں مرکبات میں، اضافی مفت سلیکون موجود تھا، جو سلسائیڈ کی تشکیل سے باہر جذب ہو گیا تھا۔یہ مفت سلکان روایتی اسٹیلز58 میں مشاہدہ شدہ گرافٹائزیشن میں حصہ ڈالنے کے لیے پایا گیا ہے۔
HEA کی بنیاد پر تیار شدہ سیرامک ریئنفورسڈ کمپوزائٹس کی مکینیکل خصوصیات کی جانچ کمپریشن ٹیسٹ اور سختی ٹیسٹ کے ذریعے کی جاتی ہے۔ترقی یافتہ مرکبات کے تناؤ کے منحنی خطوط کو انجیر میں دکھایا گیا ہے۔9a، اور تصویر 9b میں مخصوص پیداوار کی طاقت، پیداوار کی طاقت، سختی، اور ترقی یافتہ مرکبات کی لمبائی کے درمیان ایک بکھرا ہوا پلاٹ دکھایا گیا ہے۔
(a) دبانے والے تناؤ کے منحنی خطوط اور (b) بکھرے ہوئے پلاٹ جو مخصوص پیداواری تناؤ، پیداوار کی طاقت، سختی اور لمبا پن کو ظاہر کرتے ہیں۔نوٹ کریں کہ صرف S-0 سے S-4 کے نمونے دکھائے گئے ہیں، جیسا کہ S-5 اور S-6 کے نمونوں میں نمایاں نقائص موجود ہیں۔
جیسا کہ انجیر میں دیکھا گیا ہے۔9، پیداوار کی طاقت بیس VES (C-0) کے لیے 136 MPa سے بڑھ کر C-4 کمپوزٹ کے لیے 2522 MPa ہو گئی۔بنیادی WPP کے مقابلے میں، S-2 کمپوزٹ نے تقریباً 37% کی ناکامی کے لیے بہت اچھی لمبائی ظاہر کی، اور نمایاں طور پر زیادہ پیداوار کی طاقت کی اقدار (1200 MPa) کو بھی دکھایا۔اس مرکب کی طاقت اور لچک کا بہترین امتزاج مجموعی مائیکرو اسٹرکچر میں بہتری کی وجہ سے ہے، بشمول پورے مائیکرو اسٹرکچر میں باریک کاربائیڈ لیملی کی یکساں تقسیم، جس سے نقل مکانی کو روکنے کی امید ہے۔C-3 اور C-4 مرکبات کی پیداواری طاقت بالترتیب 1925 MPa اور 2522 MPa ہے۔ان اعلی پیداوار کی طاقتوں کی وضاحت سیمنٹڈ کاربائیڈ اور سلائیڈ کے مراحل کے اعلی حجم کے حصے سے کی جا سکتی ہے۔تاہم، ان مراحل کی موجودگی کے نتیجے میں صرف 7٪ کے وقفے پر توسیع ہوئی۔بیس کمپوزٹ CoCrFeNi HEA (S-0) اور S-1 کے تناؤ کے منحنی خطوط محدب ہیں، جو جڑواں اثر یا TRIP59,60 کے فعال ہونے کی نشاندہی کرتے ہیں۔نمونہ S-1 کے مقابلے میں، نمونہ S-2 کے تناؤ کا منحنی خطوط تقریباً 10.20 فیصد کے تناؤ پر مقعر کی شکل رکھتا ہے، جس کا مطلب یہ ہے کہ اس بگڑی ہوئی حالت میں نمونے کی عام مسخ ہونے والی پرچی 60,61 میں نمونے کا بنیادی اخترتی موڈ ہے۔ .تاہم، اس نمونے میں سختی کی شرح ایک بڑے تناؤ کی حد میں زیادہ رہتی ہے، اور زیادہ تناؤ پر محدب کی طرف منتقلی بھی نظر آتی ہے (حالانکہ اس بات کو مسترد نہیں کیا جا سکتا کہ یہ چکنا کرنے والے کمپریسیو بوجھ کی ناکامی کی وجہ سے ہے)۔)۔کمپوزٹ C-3 اور C-4 میں صرف محدود پلاسٹکٹی ہے کیونکہ مائکرو اسٹرکچر میں کاربائڈز اور سلی سائیڈز کے زیادہ حجم والے حصوں کی موجودگی کی وجہ سے۔کمپوزٹ کے ان نمونوں پر معدنیات سے متعلق اہم نقائص کی وجہ سے کمپوزٹ C-5 اور C-6 کے نمونوں کے کمپریشن ٹیسٹ نہیں کیے گئے تھے (تصویر 10 دیکھیں)۔
کمپوزٹ C-5 اور C-6 کے نمونوں میں معدنیات سے متعلق نقائص (سرخ تیروں سے ظاہر) کے سٹیریومیکروگراف۔
VEA مرکبات کی سختی کی پیمائش کے نتائج انجیر میں دکھائے گئے ہیں۔9ب۔بیس WEA کی سختی 130±5 HV ہے، اور S-1، S-2، S-3 اور S-4 کے نمونوں کی سختی کی قدریں 250±10 HV، 275±10 HV، 570±20 HV اور 755±20 HV۔سختی میں اضافہ کمپریشن ٹیسٹوں سے حاصل ہونے والی پیداوار کی طاقت میں تبدیلی کے ساتھ اچھے معاہدے میں تھا اور اس کا تعلق جامع میں ٹھوس مقدار میں اضافے سے تھا۔ہر نمونے کی ہدف کی ساخت پر مبنی مخصوص پیداوار کی طاقت کو بھی انجیر میں دکھایا گیا ہے۔9ب۔عام طور پر، مجموعی C-2 کے لیے پیداوار کی طاقت (1200 MPa)، سختی (275 ± 10 HV)، اور ناکامی کی نسبت طوالت (~37%) کا بہترین امتزاج دیکھا جاتا ہے۔
مختلف طبقوں کے مواد کے ساتھ تیار کردہ مرکب کی پیداوار کی طاقت اور نسبتاً لمبائی کا موازنہ تصویر 11a میں دکھایا گیا ہے۔اس مطالعے میں CoCrFeNi پر مبنی مرکبات نے کسی بھی تناؤ کی سطح پر اعلی طوالت کا مظاہرہ کیا۔یہ بھی دیکھا جا سکتا ہے کہ اس مطالعے میں تیار کردہ HEA کمپوزٹ کی خصوصیات پیداواری طاقت بمقابلہ لمبائی کے پلاٹ کے پہلے سے خالی علاقے میں موجود ہیں۔اس کے علاوہ، ترقی یافتہ مرکبات میں طاقت (277 MPa، 1200 MPa، 1925 MPa اور 2522 MPa) اور لمبا (>60%، 37%، 7.3% اور 6.19%) کے امتزاج کی ایک وسیع رینج ہے۔اعلی درجے کی انجینئرنگ ایپلی کیشنز63,64 کے لیے مواد کے انتخاب میں پیداوار کی طاقت بھی ایک اہم عنصر ہے۔اس سلسلے میں، موجودہ ایجاد کی HEA کمپوزٹ پیداوار کی طاقت اور لمبائی کا ایک بہترین امتزاج ظاہر کرتی ہے۔اس کی وجہ یہ ہے کہ کم کثافت SiC کے اضافے کے نتیجے میں اعلی مخصوص پیداوار کی طاقت کے ساتھ مرکبات ہوتے ہیں۔HEA کمپوزٹ کی مخصوص پیداواری طاقت اور لمبا ہونا HEA FCC اور ریفریکٹری HEA کی حد میں ہے جیسا کہ تصویر 11b میں دکھایا گیا ہے۔تیار شدہ مرکبات کی سختی اور پیداواری طاقت اسی حد میں ہے جو بڑے پیمانے پر دھاتی شیشوں کے لیے ہے65 (تصویر 11c)۔بڑے پیمانے پر دھاتی شیشے (BMS) اعلی سختی اور پیداوار کی طاقت سے نمایاں ہیں، لیکن ان کی لمبائی محدود ہے 66,67۔تاہم، اس مطالعے میں تیار کردہ کچھ HEA مرکبات کی سختی اور پیداوار کی طاقت نے بھی نمایاں توسیع ظاہر کی۔اس طرح، یہ نتیجہ اخذ کیا گیا کہ VEA کی طرف سے تیار کردہ مرکبات مختلف ساختی ایپلی کیشنز کے لیے میکانکی خصوصیات کا ایک منفرد اور مطلوبہ امتزاج رکھتے ہیں۔مکینیکل خصوصیات کے اس منفرد امتزاج کی وضاحت FCC HEA میٹرکس میں موجود سخت کاربائیڈز کے یکساں پھیلاؤ سے کی جا سکتی ہے۔تاہم، طاقت کے بہتر امتزاج کو حاصل کرنے کے مقصد کے ایک حصے کے طور پر، سیرامک مراحل کے اضافے کے نتیجے میں پیدا ہونے والی مائیکرو اسٹرکچرل تبدیلیوں کا بغور مطالعہ اور کنٹرول کیا جانا چاہیے تاکہ معدنیات سے متعلق نقائص سے بچ سکیں، جیسے کہ S-5 اور S-6 مرکبات میں پائے جاتے ہیں، اور لچکدارصنف.
اس مطالعے کے نتائج کا موازنہ مختلف ساختی مواد اور HEAs کے ساتھ کیا گیا: (a) لمبائی بمقابلہ پیداوار کی طاقت62، (b) مخصوص پیداوار کا تناؤ بمقابلہ لچک 63 اور (c) پیداوار کی طاقت بمقابلہ سختی65۔
SIC کے اضافے کے ساتھ HEA CoCrFeNi سسٹم پر مبنی HEA-سیرامک کمپوزائٹس کی ایک سیریز کے مائکرو اسٹرکچر اور مکینیکل خصوصیات کا مطالعہ کیا گیا ہے اور مندرجہ ذیل نتائج اخذ کیے گئے ہیں:
آرک پگھلنے کے طریقہ کار کا استعمال کرتے ہوئے CoCrFeNi HEA میں SiC شامل کرکے ہائی اینٹروپی الائے کمپوزٹ کو کامیابی سے تیار کیا جاسکتا ہے۔
ایس آئی سی آرک پگھلنے کے دوران گل جاتا ہے، جس کے نتیجے میں کاربائیڈ، سلسائیڈ اور گریفائٹ کے مراحل بنتے ہیں، جس کی موجودگی اور حجم کا حصہ HEA میں شامل کردہ SiC کی مقدار پر منحصر ہوتا ہے۔
HEA کمپوزٹ بہت سی بہترین میکانکی خصوصیات کی نمائش کرتے ہیں، ان خصوصیات کے ساتھ جو پیداوار کی طاقت بمقابلہ لمبا پلاٹ پر پہلے غیر قبضہ شدہ علاقوں میں آتے ہیں۔6 wt% SiC کا استعمال کرتے ہوئے بنائے گئے HEA کمپوزٹ کی پیداواری طاقت بیس HEA سے آٹھ گنا زیادہ تھی جبکہ 37% لچک کو برقرار رکھتی ہے۔
HEA کمپوزٹ کی سختی اور پیداوار کی طاقت بلک میٹالک گلاسز (BMG) کی حد میں ہے۔
نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ اعلی اینٹروپی مرکب مرکبات اعلی درجے کی ساختی ایپلی کیشنز کے لئے دھات میکانی خصوصیات کے بہترین مجموعہ کو حاصل کرنے کے لئے ایک امید افزا نقطہ نظر کی نمائندگی کرتے ہیں۔
پوسٹ ٹائم: جولائی 12-2023