ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ БАГАТОКОМПОНЕНТНІ ВИСОКОЛЕГОВАНІ СПЛАВИ СИСТЕМИ Al–Si–Cu–Ni–Zn

І.Ф.  Ліхацький

doi:10.15407/plit2026.01.051

Автор(и)

І.Ф. Ліхацький Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України (Київ, Україна) https://orcid.org/0000-0002-2069-5255

DOI:

https://doi.org/10.15407/plit2026.01.051

Ключові слова:

багатокомпонентні високолеговані сплави, високоентропійні сплави, мікроструктура, фазовий склад, мікротвердість, ливарні властивості

Анотація

Роботу присвячено дослідженням експериментальних багатокомпонентних високолегованих сплавів системи Al–Si–Cu–Ni–Zn при переході від високоентропійного до низькоентропійного стану, що досягалося шляхом варіювання вмісту алюмінію. Метою дослідження було одержання сплавів, які можна було б приготувати в печах опору без захисної атмосфери при температурах одержання розплаву до 1000 °С, при тому що сплави за своїми значеннями ентропії змішування наближалися б до високоентропійних. Встановлювали закономірності формування мікроструктури, фазового складу, мікротвердості структурних складових та рідкоплинності сплавів залежно від хімічного складу. За результатами сканувальної електронної мікроскопії та локального EDX-аналізу встановлено, що високоентропійний сплав із майже еквіатомним складом характеризується складною багатофазною мікроструктурою. Перехід від еквіатомного складу до надлишкового вмісту алюмінію змінює тип мікроструктури від крупнозернистої неоднорідної до гетерогенної структури з високою дисперсністю складових, у якій домінує утворення високотемпературних інтерметалідів β+β’ (CuZn), Ni₄Al₃Si₄ та В2-Al(CuNi), первинного кремнію та незначної кількості твердого розчину на основі алюмінію. Також показано, що зростання концентрації алюмінію супроводжується зниженням температури плавлення та підвищенням рідкоплинності сплавів і зменшенням частки грубих інтерметалідних фаз. Матриця в низькоентропійному сплаві демонструє аномально високі значення мікротвердості (до 490 HV) завдяки високому ступеню легування алюмінієвого твердого розчину та присутності великої кількості дисперсних рівномірно розподілених інтерметалідів у всьому об’ємі сплаву. Показано, що в розглянутих сплавах домінуючим фактором структуро- та фазоутворення виступає ентальпійний внесок, тоді як ентропійний ефект має обмежений стабілізуючий характер, що узгоджується з експериментально встановленим багатофазним станом сплавів.

Біографія автора

І.Ф. Ліхацький, Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України (Київ, Україна)

аспірант

Посилання

Yeh, J. W., Chen, S. K., Lin, S. J., Gan, J. Y., Chin, T. S., Shun, T. T., Tsau, C. H., & Chang, S. Y. (2004). Nanostructured high-entropy alloys with multiple principal elements: Novel alloy design concepts and outcomes. Advanced Engineering Materials, 6(5), 299–303. https://doi.org/10.1002/adem.200300567

Cantor, B., Chang, I. T. H., Knight, P., & Vincent, A. J. B. (2004). Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys. Materials Science and Engineering: A, 375–377, 213–218. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.257

Huang, P. K., Yeh, J. W., Shun, T. T., & Chen, S. K. (2004). Multi-principal-element alloys with improved oxidation and wear resistance for thermal spray coating. Advanced Engineering Materials, 6(12), 74–78. https://doi.org/10.1002/adem.200300507

Li, W., Xie, D., Li, D., Zhang, Y., Gao, Y., & Liaw, P. K. (2021). Mechanical behavior of high-entropy alloys. Progress in Materials Science, 118, 100777. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2021.100777

Miracle, D. B., & Senkov, O. N. (2017). A critical review of high entropy alloys and related concepts. Acta Materialia, 122, 448–511. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.08.081

Liao, Y. C., Li, T. H., Tsai, P. H., Jang, J. S. C., Hsieh, K. C., Chen, C. Y., Huang, J. C., Wu, H. J., Lo, Y. C., Huang, C. W., & Tsao, I. Y. (2020). Designing novel lightweight, high-strength and high-plasticity Tix(AlCrNb)100−x medium-entropy alloys. Intermetallics, 117, 106673. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2019.106673

Wang, M., Lu, Y., Lan, J., Wang, T., Zhang, C., Cao, Z., Li, T., & Liaw, P. K. (2023). Lightweight, ultrastrong and high thermal-stable eutectic high-entropy alloys for elevated-temperature applications. Acta Materialia, 248, 118806. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118806

Laplanche, G., Kostka, A., Reinhart, C., Hunfeld, J., Eggeler, G., & George, E. P. (2017). Reasons for the superior mechanical properties of medium-entropy CrCoNi compared to high-entropy CrMnFeCoNi. Acta Materialia, 128, 292–303. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2017.02.036

Garcia Filho, F. D. C., Ritchie, R. O., Meyers, M. A., & Monteiro, S. N. (2022). Cantor-derived medium-entropy alloys: Bridging the gap between traditional metallic and high-entropy alloys. Journal of Materials Research and Technology, 17, 1868–1895. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.01.118

Xu, D., Wang, M., Lu, Y., et al. (2022). A critical review of the mechanical properties of CoCrNi-based medium-entropy alloys. Microstructures, 2, 2022001. https://doi.org/10.20517/microstructures.2021.10

Otto, F., Dlouhý, A., Pradeep, K. G., Kuběnová, M., Raabe, D., & George, E. P. (2016). Decomposition of the single-phase high-entropy alloy CrMnFeCoNi after prolonged annealing at intermediate temperatures. Acta Materialia, 112, 40–52. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.04.005

Murty, B. S., Yeh, J. W., Ranganathan, S., & Bhattacharjee, P. (2019). High-entropy alloys. Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816067-1.00002-3

Zhang, R., Gao, M. C., Yeh, J. W., & Liaw, P. K. (2021). Lightweight high-entropy alloys: Recent progress and challenges. Journal of Materials Science & Technology, 79, 1–15. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.12.042

Li, D., Zhang, Y., Wu, Y., & Liaw, P. K. (2021). Phase formation and transformation in lightweight Al-based high-entropy alloys. Materials & Design, 204, 109662. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.109662

Tsai, M.-H., Yeh, J.-W., Gan, J.-Y., et al. (2016). Design of light-weight high-entropy alloys. Entropy, 18(9), 333. https://doi.org/10.3390/e18090333

Liu, J., Li, Z., Lin, D., Tang, Z., Song, X., He, P., Zhang, S., Bian, H., Fu, W., & Song, Y. (2024). Eutectic high-entropy alloys and their applications in materials processing engineering: A review. Journal of Materials Science & Technology, 189, 211–246. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.10.057

Li, K., Zhai, Y., Lai, M., Song, M., Zou, S., Huang, G., Yaqoob, K., Wang, Z., & Zhang, N. (2023). Corrosion of eutectic high-entropy alloys: A review. Crystals, 13, 1231. https://doi.org/10.3390/cryst13081231

Yang, Y.-F., Hu, F., Xia, T., et al. (2025). High entropy alloys: A review of preparation techniques, properties and industry applications. Journal of Alloys and Compounds, 1010, 177691. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.177691

Ujah, C. O., & Von Kallon, D. V. (2024). Characteristics of phases and processing techniques of high entropy alloys. International Journal of Lightweight Materials and Manufacture, 7(6), 809–824. https://doi.org/10.1016/j.ijlmm.2024.07.002

Zobac, O., Kroupa, A., & Richter, K. W. (2020). Experimental study of the Al–Cu–Zn ternary phase diagram. Journal of Materials Science, 55, 10796–10810. https://doi.org/10.1007/s10853-020-04686-4

Jain, M., & Gupta, S. P. (2003). Formation of intermetallic compounds in the Ni–Al–Si ternary system. Materials Characterization, 51(4), 243–257. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2003.12.002

Dong, H., Li, J. F., Ma, K. D., Xia, F., Lei, X., Liang, Y. F., Guo, Q. Q., Bai, Y. P., & Guo, Y. C. (2025). Effects of cooling rate and Sc content on Al₃CuNi phase in cast heat-resistant Al–Si–Cu–Ni alloys. Journal of Materials Research and Technology, 38, 1593–1602. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.08.033