Статьи

Используя метод проволочно-дугового аддитивного производства (WAAM-wire arc additive manufacturing) на подложке из алюминиевого сплава 5083, было сформировано покрытие из высокоэнтропийного сплава (ВЭС) Mn-Cr-Fe-Co-Ni неэквиатомного состава. Методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии выполнен анализ структуры, фазового и элементного состава зоны контакта после облучения низкоэнергетическими электронными пучками с параметрами: плотность энергии пучка электронов 30 Дж/см2, длительность импульса 200 мкс, количество импульсов 3, частота следования импульсов 0,3 Гц. Выявлено образование многофазной многоэлементной субмикро- нанокристаллической структуры, сформированной преимущественно в подложке, которая имеет более низкую температуру плавления по сравнению c ВЭС. Установлено, что контактные слои, примыкающие к подложке и покрытию, имеют структуру высокоскоростной ячеистой кристаллизации. В слое, примыкающем к подложке, ячейки образованы твердым раствором магния в алюминии. По границам ячеек выявлены прослойки второй фазы, обогащенные атомами покрытия и подложки. В слое, примыкающем к покрытию, ячейки сформированы сплавом состава 0,17Mg-20,3Al-4,3Cr-16,7Fe-9,3Co-49,2Ni. По границам ячеек выявлены прослойки второй фазы, обогащенные преимущественно магнием и атомами покрытия. Центральная область зоны контакта толщиной ~ 1700 мкм сформирована кристаллитами пластинчатой формы, ее основным элементом является алюминий (≈ 77 ат. %).

Методами современного физического материаловедения исследована структура, микротвердость и трибологические свойства быстрорежущей стали Р18Ю, легированной азотом и алюминием направленной на валки из среднеглеродистой стали 30ХГСА. Плазменная наплавка осуществлена в закрытой среде азота порошковой проволокой. Проведен регулируемый термический цикл для получения равномерного состояния и предотвращения формирования холодных трещин. Выявлено, что наплавленный слой имеет структуру ячеисто-дендритного типа. Зерна обогащены атомами железа, а границы разделены тонкими прослойками второй фазы, обогащенными атомами хрома, алюминия, вольфрама и ванадия. Внутри центральной части зерен обнаружены включения игольчатого типа длиной 150-730 нм. Четырехкратный высокотемпературный отпуск при 580 °С в течении 1 часа обеспечивает: растворение наноразмерных включений в объеме зерен; способствует более равномерному распределению легирующих элементов; формирует структуру пластинчатого (игольчатого) типа, характерную по морфологическому признаку для игольчатого мартенсита. Выдвинуто и обосновано предположение, что зерна наплавленного слоя сформированы твердым раствором γ-железа (аустенита). Выявлено незначительное снижение микротвердости, износостойкости и коэффициента трения наплавочного слоя после высокотемпературного отпуска. Такое поведение наплавочного материала при высокотемпературном отпуске может быть обусловлено релаксацией термических напряжений, сформированных в слое при наплавке.

Сформулирована одна из основных задач современного физического материаловедения по разработке и изучению высокоэнтропийных сплавов последнего поколения. Приведен краткий обзор последних публикаций по перспективным направлениям создания и применения высокоэнтропийных сплавов. Определен набор высоких эксплуатационных характеристик высокоэнтропийных сплавов для использования в современных наукоемких отраслях промышленности: износостойкость, прочность и ударная вязкость, химическая, радиационная и коррозионная стойкость, низкая плотность, сверхпластичность и сверхтекучесть, высокая и низкая теплопроводность, диффузионное сопротивление, низкотемпературный коэффициент сопротивления, экологичность и др. Указаны области перспективного применения высокоэнтропийных сплавов в ядерных реакторах, аэрокосмических двигателях, газо- и нефтепроводах, морских конструкциях, компьютерах и электронных устройствах. Отмечено, что многие высокоэнтропийные сплавы могут быть использованы в продукции двойного назначения. В качестве примера рассмотрено предложение по созданию тонкопленочных высокорезистивных материалов с низким температурным коэффициентом сопротивления методом спиннинга. Получена лента из высокоэнтропийного сплава Кантора неэквиатомного состава и исследованы ее свойства. Высказано и обосновано предположение о дальнейшем развитии высокоэнтропийных сплавов.

Рассмотрен метод формирования пленки высокоэнтропийных сплавов (ВЭС), заключающийся в ее осаждении на подложку в вакууме из многокомпонентной газо-металлической плазмы, созданной одновременным независимым вакуумно-дуговым испарением катодов выбранных элементов в режиме с плазменным ассистированием. Показано, что варьирование тока разряда электродуговых испарителей позволяет в широких пределах изменять элементный состав пленок ВЭС. Установлено, что сформированные пленки являются однофазными материалами, имеющими объемноцентрированную кристаллическую решетку, параметр которой изменяется в пределах от 0.31661 до 0.31959 нм и закономерным образом зависит от концентрации элементов в сплаве. Формируемые пленки ВЭС имеют нанокристаллическую структуру, области когерентного рассеивания которой изменяются в пределах от 15.1 до 25.2 нм. Микротвердость пленок зависит от концентрации химических элементов и изменяется в пределах от 13.0 до 15.0 ГПа.