Проблема підвищення надійності та довговічності деталей машин та механізмів шляхом цілеспрямованої зміни структури та властивостей поверхні є актуальним напрямком сучасної науки та техніки. Помітне місце у вирішенні вказаної проблеми належить методам та технологіям зміни властивостей поверхневого шару шляхом нанесення захисних зміцнювальних покриттів з нових перспективних матеріалів, до яких відносяться високоентропійні сплави (ВЕС) [1, 2]. Висока ентропія змішування різних металевих елементів з концентрацією, близькою до еквіатомної, може значно зменшити вільну енергію Гіббса і стабілізувати тверді розчини з простою кристалічною структурою і хорошою комбінацією властивостей [1-3]. ВЕС виявляють унікальне поєднання високої міцності, корозійної тривкості, радіаційної стійкості, тощо [1-3], що відкриває перспективи для їх потенційного використання в умовах підвищених температур, ударних, динамічних навантажень, тертя, та інших екстремальних експлуатаційних умовах. Використання ВЕСів в якості покриттів є перспективним та економічно обґрунтованим.

Метою роботи є дослідження формування фазового складу, структури та механічних властивостей покриттів системи Al-Ni-Co-Fe-Cr-Si-Ti, отриманих методом електронно-променевого наплавлення на сталеву підкладку.

Для отримання рівномірного розподілу вихідних компонентів у шихті змішування проводили у планетарному млині протягом 5 хв. Нанесення покриттів проводили на електронно-променевій установці ЕЛА-6 в середовищі вакууму (10^-3 Па) зі швидкістю наплавлення 1 мм/с.

За результатами рентгеноструктурного аналізу (рис. 1) встановлено, що AlNiCoFeCr, AlNiCoFeCrSi та AlNiCoFeCrSiТі покриття складаються з твердих розчинів з ОЦК кристалічною структурою та періодом ґратки 0,2884; 0,2857 та 0,2893 нм, відповідно.

Особливою рисою дифракційної картини покриттів є дуже низька інтенсивність максимумів відносно фону та їх значне розмиття, а на великих кутах дифракції (2θ>80°) немає розділення К_α–дублету, тобто максимуми мають настільки сильне розмиття і малу інтенсивність, що виявити їх майже неможливо. Ці особливості пов’язані з сильним викривленням кристалічної решітки твердих розчинів завдяки розмірній невідповідності атомів компонентів [1, 3].

Товщина високоентропійних покриттів становить 1,25 мм, а мікротвердість HV AlNiCoFeCrSi та AlNiCoFeCrSiТі покриттів при додаванні Si та Ті досягає 9,2 і 11,25 ГПа (рис. 1), відповідно, що значно вище твердості більшості ВЕС покриттів, отриманих методами лазерного наплавлення (HV = 3…7,8 ГПа) [1], та в 4…5 разів вище твердості сталевої підкладки (HV = 1,8 ГПа). Покриття набувають високих значень мікротвердості, завдяки ефекту твердорозчинного зміцнення та сильного спотворення кристалічної ґратки.

Рис. 1. Мікротвердість вихідних компонентів та покриттів

Література:

1. High-Entropy Alloys. Fundamentals and Applications / Editors Gao M. C.,           Yeh J.-W., Liaw P.K., Zhang Y. – Elsevier, 2015. – 516 р.

2. Y.F. Ye, Q. Wang, J. Lu, C.T. Liu and Y. Yang. High-entropy alloy: challenges and prospects // Materials Today. – 2016. – Vol. 19,Nо 6. – Р. 349-362.

3. K.K. Alaneme, M.O. Bodunrina, S.R. Oke. Processing, alloy composition and phase transition effect on the mechanical and corrosion properties of high entropy alloys: a review // J.  Mater.  Res. Technol. – 2016. – Vol. 5(4). –P. 384–393.