بررسی تأثیر افزودن تیتانیوم بر تغییرات فازی و خواص مغناطیسی پودر آلیاژ انتروپی بالا FeCrCoNiMn تهیه‌شده توسط آلیاژسازی مکانیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شاهین‌شهر، اصفهان، ایران

چکیده

مقدمه و اهداف: برخی از آلیاژهای نوین، از جمله آلیاژهای انتروپی بالا، به‌دلیل طیف گسترده‌ای از خواص و کاربردهایشان، به‌سرعت مورد توجه و بررسی قرار گرفته‌اند. هدف از این پژوهش، بررسی ارتباط میان خواص مغناطیسی و تحولات ساختاری فازی در آلیاژ انتروپی بالای FeCrCoNiMn با افزودن تیتانیوم است.
مواد و روش‌ها: جهت سنتز پودر آلیاژ انتروپی بالا، از عناصر خالص تشکیل‌‎دهنده و فرایند آلیاژسازی مکانیکی با دستگاه آسیاب سیاره‎ای استفاده شده است. ساختار فازی نمونه‌ها توسط پراش اشعه ایکس بررسی شد و با نتایج حاصل از پیش‏بینی فازهای تشکیل‌شونده توسط روابط ترمودینامکی و نتایج نرم‌‎افزار شبیه‌سازی فازی JMatPro مقایسه شده است. رفتار مغناطیسی نمونه‎‌ها به کمک مغناطومتر ارتعاشی ارزیابی شد. همچنین مورفولوژی ذرات توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی مورد بررسی قرار گرفت.
یافته‌ها: آلیاژ انتروپی بالا FeCrCoNiMn، بعد از 40 ساعت آلیاژسازی مکانیکی، دارای ساختار تک‌فاز FCC است که با افزودن تیتانیوم به آن، فازهای BCC و بین‌‎فلزی لاوه، در آن ایجاد شده است که با نتایج پیش‎بینی فازی توسط روابط ترمودینامیکی و شبیه‌‎‌سازی مطابقت دارد. همچنین افزودن تیتانیوم منجر به افزایش نیروی وادارندگی و مغناطش اشباع مغناطیسی شده است. 
نتیجه‌‎گیری: افزایش نیروی وادارندگی و مغناطش اشباع، به ترتیب، به زیادشدن موانع حرکت دیواره حوزه‎‌های مغناطیسی ناشی از تشکیل فاز بین‌‎فلزی لاوه و مرزهای بین‌‎فازی و تشکیل فاز BCC با برهم‌کنش تبادلی بالای بین عناصر فرومغناطیس در اثر افزودن تیتانیوم، ارتباط دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

A Study on the Influence of Titanium Addition on the Phase Transformations and Magnetic Properties of FeCrCoNiMn High-Entropy Alloy Powder Prepared by Mechanical Alloying

نویسندگان [English]

  • Mohsen Alizadeh
  • Saeed-Reza Bakhshi
  • Mohammad-Reza Dehnavi
  • Gholam-Hossein Borhani
Department of Materials Engineering, Malek Ashtar University of Technology, Shahin shahr, Iran
چکیده [English]

Introduction and Objectives: Some novel alloys, including high-entropy alloys, have gained increasing attention due to their diverse properties and applications. This study aims to investigate the relationship between the magnetic properties and phase transformations of the FeCrCoNiMn high-entropy alloy with the addition of titanium.
Materials and Methods: The high entropy alloy powder was synthesized by mechanically alloying pure constituent elements in a planetary mill. The synthesized high entropy alloy powder was phase-analyzed using the X-ray diffraction method. Furthermore, phase structure formation was predicted by thermodynamic functions via JMatPro software. The magnetic behavior was analyzed using a vibrating sample magnetometer, and particle morphology was examined using field emission scanning electron microscopy.
Results: The FeCrCoNiMn alloy milled includes a single-phase FCC structure after 40 hours. The presence of Ti in the composition of the alloy created BCC and Laves phase structures. Concurrently, the addition of titanium increased both the coercivity force and saturation magnetization. 
Conclusion: The increase in saturation magnetization is due to the formation of the BCC phase in the FeCrCoNiMnTi alloy, while the BCC phase has a strong exchange interaction between ferromagnetic elements. However, the presence of both the non-magnetic Laves intermetallic phase and interphase boundaries has increased the coercivity force.

کلیدواژه‌ها [English]

  • High Entropy Alloy
  • FeCrCoNiMn
  • Titanium
  • Magnetic Properties
  • Mechanical Alloying

مراجع

  1. Liu WH, Lu ZP, He JY, Luan JH, Wang ZJ, Liu B, et al. Ductile CoCrFeNiMox high entropy alloys strengthened by hard intermetallic phases. Acta Mater. 2016;116:332-342. https://doi.org/1016/j.actamat.2016.06.063
  2. Thurston KV, Gludovatz B, Hohenwarter A, Laplanche G, George EP, Ritchie RO. Effect of temperature on the fatigue-crack growth behavior of the high-entropy alloy CrMnFeCoNi. Intermetallics 2017;88:65-75. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2017.05.009
  3. Li P, Wang A, Liu C. A ductile high entropy alloy with attractive magnetic properties. J Alloys Compd. 2017;694:55-60. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.09.186
  4. Borkar T, Chaudhary V, Gwalani B, Choudhuri D, Mikler CV, Soni V, et al. A Combinatorial Approach for Assessing the Magnetic Properties of High Entropy Alloys: Role of Cr in AlCoxCr1–x Adv Eng Mater. 2017;19(8):1700048. https://doi.org/10.1002/adem.201700048
  5. Senkov O, Miller J, Miracle D, Woodward C. Accelerated exploration of multi-principal element alloys with solid solution phases. Nat Commun. 2015;6:6529. https://doi.org/10.1038/ncomms7529
  6. Li P, Wang A, Liu CT. Composition dependence of structure, physical and mechanical properties of FeCoNi(MnAl)x high entropy alloys. Intermetallics 2017;87:21-26. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2017.04.007
  7. Zhang M, Li R, Yuan T, Feng X, Li L, Xie S, et al. Densification and properties of B4C-based ceramics with CrMnFeCoNi high entropy alloy as a sintering aid by spark plasma sintering. Powder Technol. 2023;343:58-67. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.11.005
  8. Liu C, Peng W, Jiang CS, Guo H, Tao J, Deng X, et al. Composition and phase structure dependence of mechanical and magnetic properties for AlCoCuFeNix high entropy alloys. J Mater Sci. 2018;35(6):1175-1183. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2018.12.014
  9. Poletti MG, Fiore G, Gili F, Mangherini D, Battezzati L. Development of a new high entropy alloy for wear resistance: FeCoCrNiW3 and FeCoCrNiW0.3+5 at.% of C. Mater Des. 2017;115:247-254. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.11.027
  10. Nene SS, Frank M, Liu K, Sinha S, Mishra RS, Mcwilliams BA, et al. Corrosion-resistant high entropy alloy with high strength and ductility. Scr Mater. 2019;166:168-172. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2019.03.028
  11. Cantor B, Chang I, Knight P, Vincent A. Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys. Mater Sci Eng A. 2004;375-377:213-218. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.257
  12. Laurent-Brocq M, Akhatova A, Perriere L, Chebini S, Sauvage X, Leroy E. Insights into the phase diagram of the CrMnFeCoNi high entropy alloy. Acta Mater. 2015;88:355-365. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.01.068
  13. Chen Y, Liu W, Wang H, Xie J, Zhang T, Yin L, et al. Effect of Ti Content on the Microstructure and Properties of CoCrFeNiMnTix High Entropy Alloy. Entropy 2022;24(2):241-251. https://doi.org/10.3390/e24020241
  14. Cui P,  Ma Y,  Zhang L,  Zhang M,  Fan J,  Dong W, et al. Effect of Ti on microstructures and mechanical properties of high entropy alloys based on CoFeMnNi system. Mater Sci Eng A, 2018;737:198-204. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.09.050
  15. Gali A, George EP. Tensile properties of high- and medium-entropy alloys. Intermetallics 2013;39:74-78. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2013.03.018
  16. Gludovatz B, Hohenwarter A, Catoor D, Chang EH, George EP, Ritchie RO. A fracture-resistant high-entropy alloy for cryogenic applications. Science 2014;345(6201):1153-1158. http://doi.org/1126/science.1254581
  17. Liu Y, Wang J, Fang Q, Liu B, Wu Y, Chen S. Preparation of superfine-grained high entropy alloy by spark plasma sintering gas atomized powder. Intermetallics 2016;68:16-22. http://doi.org/1016/J.INTERMET.2015.08.012
  18. Wang X, Liu Q, Huang Y, Xie L, Xu Q, Zhao T. Effect of Ti Content on the Microstructure and Corrosion Resistance of CoCrFeNiTix High Entropy Alloys Prepared by Laser Cladding. Mater. 2020;13(10): 2209. https://doi.org/10.3390/ma13102209
  19. Mishra RK, Shahi RR. Effect of Annealing on Phase formation and their Correlation with Magnetic Characteristics of TiFeNiCrCo HEA. Mater Today Proc. 2019;18(3):1422-1429. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.06.610
  20. Mishra RK, Shahi RR. Novel Co35Cr5Fe20Ni20Ti20 high entropy alloy for high magnetization and low coercivity. J Magn Magn Mater. 2019;484:83-87. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.03.129
  21. Miracle DB, Senkov ON A critical review of high entropy alloys and related concepts Acta Mater. 2017; 122:448-511. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.08.081
  22. Cai Z, Jin G, Cui X, Li Y, Fan Y, Song J. Experimental and simulated data about microstructure and phase composition of a NiCrCoTiV high-entropy alloy prepared by vacuum hot-pressing sintering. 2016;124:5-10. http://doi.org/10.1016/j.vacuum.2015.11.007
  23. Ji W, Wang W, Wang H, Zhang J, Wang Y, Zhang F, et al. Alloying behavior and novel properties of CoCrFeNiMn high-entropy alloy fabricated by mechanical alloying and spark plasma sintering. Intermetallics 2015;56:24-27. http://doi.org/1016/j.intermet.2014.08.008
  24. Li Z, Bai G, Liu X, Bandaru S, Wu Z, Zhang X, et al. Tuning phase constitution and magnetic properties by composition in FeCoNiAlMn high-entropy alloys.J Alloys Compd. 2020;845:156204. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.156204
  25. Xu XD, Guo S, Nieh TG, Liu CT, Hirata A, Chen MW. Effects of mixing enthalpy and cooling rate on phase formation of AlxCoCrCuFeNi high-entropy alloys. Mater. 2019;6:100292. http://doi.org/1016/j.mtla.2019.100292
  26. Lee SY, Byeon S, Kim HS, Jin H, Lee S. Deep learning-based phase prediction of high-entropy alloys: Optimization, generation, and explanation. Mater Des. 2021;19:109260. http://doi.org/1016/j.matdes.2020.109260
  27. Tang Z, Gao MC, Diao H, Yang T, Liu J, Zuo T, et al. Aluminum Alloying Effects on Lattice Types, Microstructures, and Mechanical Behavior of High-Entropy Alloys Systems. JOM. 2013;65:1848-1858. http://doi.org/1007/s11837-013-0776-z
  28. Cai Z, Jin G, Cui X, Li Y, Fan Y, Song J. Experimental and simulated data about microstructure and phase composition of a NiCrCoTiV high-entropy alloy prepared by vacuum hot-pressing sintering. Vacuum 2016;124:5-10. http://doi.org/1016/j.vacuum.2015.11.007
  29. Yang X, Zhou Y, Zhu R, Xi S, He C, Wu H, et al. A Novel, Amorphous, Non-equiatomic FeCrAlCuNiSi High-Entropy Alloy with Exceptional Corrosion Resistance and Mechanical Properties. Acta Metall Sin (Engl Lett). 2020;33:1057-1063. http://doi.org/1007/s40195-019-00977-1
  30. Zhang Y, Zuo TT, Cheng YQ, Liaw PK. High-entropy Alloys with High Saturation Magnetization, Electrical Resistivity, and Malleability. Sci Rep. 2013;3:455. http://doi.org/10.1038/srep01455

 

 

 

 

مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 44، شماره 3
(شماره پیاپی 50)
مهر 1404
صفحه 135-149

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

تحت نظارت وف ایرانی