Phase thermal stability and mechanical properties analyses of (Cr,Fe,V)-(Ta,W) multiple-based elemental system using a c

  • PDF / 1,383,063 Bytes
  • 9 Pages / 592.8 x 841.98 pts Page_size
  • 89 Downloads / 157 Views

DOWNLOAD

REPORT


Phase thermal stability and mechanical properties analyses of (Cr,Fe,V)–(Ta,W) multiple-based elemental system using a compositional gradient film Qiu-wei Xing 1), Jiang Ma 2), and Yong Zhang 1) 1) Beijing Advanced Innovation Center of Materials Genome Engineering, State Key Laboratory of Advanced Metals and Materials, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Guangdong Provincial Key Laboratory of Micro/Nano Optomechatronics Engineering, College of Mechatronics and Control Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China (Received: 29 October 2019; revised: 6 April 2020; accepted: 7 April 2020)

Abstract: High-entropy alloys (HEAs) generally possess complex component combinations and abnormal properties. The traditional methods of investigating these alloys are becoming increasingly inefficient because of the unpredictable phase transformation and the combination of many  constituents.  The  development  of  compositionally  complex  materials  such  as  HEAs  requires  high-throughput  experimental  methods, which involves preparing many samples in a short time. Here we apply the high-throughput method to investigate the phase evolution and mechanical properties of novel HEA film with the compositional gradient of (Cr,Fe,V)–(Ta,W). First, we deposited the compositional gradient film by co-sputtering. Second, the mechanical properties and thermal stability of the (Cr0.33Fe0.33V0.33)x(Ta0.5W0.5)100−x (x = 13–82) multiplebased-elemental (MBE) alloys were investigated. After the deposited wafer was annealed at 600°C for 0.5 h, the initial amorphous phase was transformed into a body-centered cubic (bcc) structure phase when x = 33. Oxides were observed on the film surface when x was 72 and 82. Finally, the highest hardness of as-deposited films was found when x = 18, and the maximum hardness of annealed films was found when x = 33. Keywords: high-throughput fabrication; hard coating; thermal resistance; mechanical property; phase stability; high-entropy alloys

 

1. Introduction Global  warming,  induced  by  carbon  dioxide  emission, threatens the lives of humans. Compared with fossil fuel, solar  energy  is  an  abundant  and  renewable  resource  in  nature [1]. Solar–thermal  technology  is  a  generally  applied   approach to  convert  solar  energy  into  electricity.  In  this   approach, a  concentrated  solar  power  (CSP)  system   concentrates the sunlight to a solar collector, and then the obtained thermal  energy  heats  water  to  generate  electricity  [2].  The solar–thermal conversion coating on the solar collector plays a vital role in improving the energy generation efficiency of the CSP. Because the temperature on the solar collector surface is often over 300°C, an ideal solar–thermal conversion coating should possess excellent thermal stability and mechanical  property  at  elevated  temperatures  [3–4].  A  series  of novel  alloys,  including  metal  glass  and  high-entropy  alloys (HEAs), have attracted much attention due to their exclusive structures  and