A equipe de pesquisa do professor Sang-Ho Oh identificou o mecanismo de reforço por estabilização de deslocamento durante a deformação plástica através de experimentos de deformação de microscopia eletrônica de transmissão em tempo real e análise de componentes de raios-X de resolução atômica de ligas de alta entropia.
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[에너지경제신문 송기우 에디터] A Korea Energy University of Technology (Presidente Eui-Jun Yoon, doravante referida como KENTECH) é uma liga de alta entropia por pesquisa conjunta liderada pelo Professor Sang-Ho Oh (foto) e Professor Gerhard Dehm do Instituto Max Planck de Aço na Alemanha, Professor Karsten Albe da Universidade de Darmstadt na Alemanha, e Dr. Soben Lee do Instituto Karlsruhe na Alemanha. Monitoramento em tempo real do fenômeno de fixação de discordâncias durante a deformação plástica e análise precisa da distribuição de elementos em torno de perturbações por meio de análise de elemento de raios-X de resolução atômica usando STEM corrigido para aberração descobriu que a ligação atômica de elementos específicos impede o movimento de discordância. Foi anunciado em 22 de agosto que havia identificado com sucesso o mecanismo de reforço, verificando-o com a primeira conta básica.
A liga de alta entropia na qual três ou mais elementos formam uma solução sólida condutora é um material que apresenta propriedades mecânicas muito boas em comparação com o material base e é particularmente promissor para uso em ambientes agressivos. Em geral, no caso de liga geral, o desempenho é melhorado pela adição de uma pequena quantidade de elementos de liga ao material base. Por outro lado, em uma liga de alta entropia, três ou mais elementos da mesma quantidade são misturados aleatoriamente para formar uma solução sólida monofásica. Como cada elemento componente é arranjado aleatoriamente na posição da rede, a entropia composicional é alta, daí o nome liga de alta entropia. CoCrNi é uma liga de média entropia de três componentes típica, e CoCrFeMnNi é uma liga de cinco componentes de alta entropia, composta principalmente de elementos com uma estrutura cúbica de face centrada localizados lado a lado na tabela periódica. As ligas de alta entropia têm um baixo coeficiente de difusão e um limite de escoamento muito alto, especialmente em baixas temperaturas, por isso são um material promissor para materiais aeroespaciais, instalações de tubulação de gás e instalações supercondutoras que requerem um ambiente criogênico.
As excelentes propriedades mecânicas das ligas de alta entropia se devem ao fato de que o movimento das discordâncias é suprimido durante a deformação plástica, portanto, é necessária uma tensão maior do que nas ligas em geral. A pesquisa sobre o local de fixação que suprime o movimento de perturbação em ligas de alta entropia e o mecanismo de aprimoramento continua até hoje. Mecanismos de reforço representativos propostos até agora incluem: 1) o efeito do reforço de solução sólida de acordo com a deformação da rede causada em torno de cada elemento componente, 2) um arranjo atômico uniforme de curto alcance e 3) a distribuição dos elementos constituintes. Existe uma energia de falha de empilhamento que varia em uma ampla faixa.
No entanto, como a maioria dos estudos são resultados de cálculos de unidades atômicas realizados em modelos específicos, é difícil julgar qual deles desempenha um papel decisivo. Portanto, para dissipar a controvérsia sobre o mecanismo de fortalecimento das ligas de alta entropia, é necessário observar diretamente o processo de estabilização que se move durante o processo de deformação plástica real e analisar a resolução atômica do arranjo dos elementos relevantes. paralelo.
A equipe de pesquisa do professor Oh Sang-ho da Kentech conduziu experimentos de deformação em tempo real usando microscopia eletrônica de transmissão corrigida por aberração e análise de componentes de raios-X de resolução atômica para observar o fenômeno de estabilização de perturbação em tempo real. O mecanismo de realce foi determinado e verificado por simulação de unidades atômicas.
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▲ Figura 1. Movimento de discordância observado em um experimento de tensão de tração por microscopia eletrônica em tempo real de ligas de alta entropia (CoCrFeMnNi). Devido à presença de locais de fixação precisos, as perturbações não se dobram com uma curvatura uniforme no processo de movimento, e as saliências localizadas aparecem de forma intermitente. (Fonte = KENTECH) |
Como resultado da observação do movimento de turbulência em um teste de tensão de tração em microscópio eletrônico em tempo real para liga de alta entropia (CoCrFeMnNi), observou-se que uma infinidade de locais de fixação precisos inibiam o movimento de turbulência. Devido a esses locais de fixação, as perturbações móveis não se dobram com uma curvatura uniforme, mas as saliências localizadas aparecem esporadicamente (ver Figura 1).
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▲ Figura 2. Análise dos componentes de resolução atômica STEM EDS como resultado da região central de subluxação de shockley. Os cinco elementos de liga, Co, Cr, Fe, Mn e Ni que compõem a liga de alta entropia, são distribuídos aleatoriamente sem comportamento de ordem de curto alcance de elementos específicos próximos ao núcleo da discordância. (Fonte = KENTECH) |
Como resultado da análise dos componentes STEM EDS de resolução atômica, os cinco elementos de liga Co, Cr, Fe, Mn e Ni que compõem as ligas de alta entropia não têm comportamento de ordenação de curto alcance de elementos específicos próximos ao foi confirmada a luxação (luxação parcial de Shockley) randomização (ver Figura 2).
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▲ Figura 3. Resultado do cálculo da barreira de potencial e resistência resistiva (barreira de Peilerls) testada durante o movimento de cisalhamento no plano do cristal de valência. Como resultado dos cálculos das ligas de alta entropia distribuídas aleatoriamente, verifica-se que a barreira de Peierls está na região onde ocorrem grandes discordâncias, e as ligações Co-Cr com força de ligação relativamente forte são distribuídas na região onde as perturbações ocorrem. instalado. . Em outras palavras, a ligação Co-Cr, que está em um estado em que os cinco elementos de liga não apresentam comportamento regulatório e estão distribuídos aleatoriamente, foi a principal causa de estabilização dos distúrbios. (Fonte = KENTECH) |
Para determinar o local de fixação observado, foram realizadas simulações em nível atômico (ver Fig. 3). Primeiramente, a barreira de potencial e resistência (barreira de Peilerls) durante o movimento de cisalhamento foram calculadas no plano de deslizamento dos átomos em uma liga de alta entropia onde cinco elementos são distribuídos aleatoriamente. Como resultado do cálculo, verifica-se que a barreira de Peierls na região de discordância é muito maior do que a região circundante, e existem muitas ligações Co-Cr com força de ligação relativamente forte distribuídas na região. Em outras palavras, a ligação Co-Cr presente no caso em que os cinco elementos de liga não apresentam comportamento organizado e estão distribuídos aleatoriamente é a principal razão para a estabilização das discordâncias.
O professor Oh Sang Ho disse: “Este estudo tem importância como o primeiro resultado para determinar o mecanismo de aprimoramento para ligas de alta entropia, que tem sido objeto de muitas discussões, por meio de experimentos e cálculos, e será capaz de encerrar grande parte do a controvérsia.” No futuro, pode ser usado como dados Útil para projetar ligas de alta entropia com alta resistência, alta ductilidade e ligas multielementares similares.”
Além disso, em relação ao mais recente microscópio eletrônico de transmissão com correção de aberração a ser instalado no KENTECH Joint Equipment Center, “O desempenho da análise dos componentes de raios-X de resolução atômica melhorou mais de 3 vezes em comparação com o mais alto atual, portanto, a análise inicial de as ligas de entropia de altura e dopagem Para futuros dispositivos semicondutores, ele acrescentou: “Pode melhorar significativamente as capacidades analíticas de catalisadores primários e monoatômicos”.
O professor Sang Ho Oh, o professor Gerhard Dam e o professor Carsten Albee como coautores, e o estudante Yaolong Xing e o pesquisador Hye-Jin Jeong como coautores desta pesquisa. Além disso, foi publicado on-line em 15 de agosto na Nature Communications, uma revista acadêmica internacional da Nature-Springer fundada no Reino Unido (a origem do movimento de deslocamento irregular em ligas de alta entropia).
Esta pesquisa foi realizada com o apoio da Fundação Nacional de Pesquisa Coreana do Ministério da Ciência, Tecnologia e Tecnologia da Informação e do Projeto de Descoberta de Materiais do Futuro.
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