A new method of preparing high-performance high-entropy alloys through high-gravity combustion synthesis

  • PDF / 651,543 Bytes
  • 6 Pages / 592.8 x 841.98 pts Page_size
  • 56 Downloads / 169 Views

DOWNLOAD

REPORT


A new method of preparing high-performance high-entropy alloys through high-gravity combustion synthesis Fu-kai Zheng 1,2), Guan-nan Zhang 3), Xiu-juan Chen 1,2), Xiao Yang 3), Zeng-chao Yang 3), Yong Li 3), and Jiang-tao Li 3) 1) College of Materials Science and Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China 2) College of Mechano-Electronic Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China 3) Key Laboratory of Cryogenics, Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China (Received: 24 December 2019; revised: 23 February 2020; accepted: 24 February 2020)

Abstract: A new method of high-gravity combustion synthesis (HGCS) followed by post-treatment (PT) is reported for preparing high-performance high-entropy alloys (HEAs), Cr0.9FeNi2.5V0.2Al0.5 alloy, whereby cheap thermite powder is used as the raw material. In this process, the HEA melt and the ceramic melt are rapidly formed by a strong exothermic combustion synthesis reaction and completely separated under a high-gravity field. Then, the master alloy is obtained after cooling. Subsequently, the master alloy is sequentially subjected to conventional vacuum arc melting (VAM), homogenization treatment, cold rolling, and annealing treatment to realize a tensile strength, yield strength, and elongation of 1250 MPa, 1075 MPa, and 2.9%, respectively. The present method is increasingly attractive due to its low cost of raw materials and the intermediate product obtained without high-temperature heating. Based on the calculation of phase separation kinetics in the high-temperature melt, it is expected that the final alloys with high performance can be prepared directly across master alloys with higher high-gravity coefficients. Keywords: high-entropy alloys; high gravity; combustion synthesis; post-treatment; low-cost; high performance

 

1. Introduction High-entropy alloys  (HEAs)  have  received  extensive   attention  due  to  their  special  composition  and  microstructure [1–7]. For a long time, most studies have focused on realizing  excellent  mechanical  properties.  In  particular, Cr0.9FeNi2.5V0.2Al0.5  alloy  with  good  plasticity  and  ultrahigh yield strength up to 1700–1900 MPa has been explored based on precipitation strengthening mechanism [8]. In general, arc melting, induction  melting,  mechanical  alloying,   electrochemical deposition, laser cladding, and many other conventional  preparation  methods  have  been  adopted  to  fabricate HEAs. However, to obtain the excellent properties of the material, the expensive high-purity metals such as Cr, Ni, and V must be used as raw materials, which results in high manufacturing cost and serious restrictions in engineering applications. Therefore, to promote the practical use of HEAs, reducing  the  production  cost  is  necessary,  and  this  requires  the development of a new material preparation technology that is not dependent to expensive metal materials.    

A corresponding metal can be obtained by a redox reactio