Mechanical properties modification and design of high entropy alloys studied based on Molecular dynamics simulations

Hochentropische Legierungen sind neuartige Strukturwerkstoffe mit einzigartigen Mikrostrukturen und hervorragenden Gesamt Eigenschaften wie hohe Festigkeit und Zähigkeit, Reibungs und Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Strahlungsbeständigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit. Sie haben ein vielversprechendes Anwendungspotenzial im Transportwesen sowie in der Luft und Raumfahrt und rücken zunehmend in den Fokus der Forschung. Eine einzelne Metalllegierung weist jedoch bei verschiedenen Verarbeitungsprozessen Leistungseinschränkungen auf. Die Modifizierung von hoch entropischen Legierung Verbundwerkstoffen zielt darauf ab, den Engpass der inversen Festigkeits-Zähigkeits-Beziehung konventioneller Legierungen zu überwinden. Gleichzeitig verbessern hochentropielegierte Verbundwerkstoffe effektiv die Strahlungsbeständigkeit der Werkstoffe. Die bestehenden experimentellen Bedingungen erfüllen kaum den Forschungsbedarf hinsichtlich der mikroskopischen Verformungsmechanismen und der mechanischen Eigenschaften von hoch entropischen Legierung Werkstoffen. Aus diesem Grund befindet sich die Forschung zu den mechanischen Eigenschaften von Hochentropie-Legierungen noch in der Entwicklungsphase und das Wissen über die mikroskopischen Mechanismen von Hochentropie-Legierungen ist unzureichend. Als Antwort auf die oben genannten Probleme untersucht diese
Arbeit die Leistungsoptimierung und den mikroskopischen Mechanismus des hochentropischen AlCoCrFeNi-Legierungssystems auf der Basis von Molekulardynamik-Simulationen und führt folgende Untersuchungen durch Untersuchungen durchgeführt.
Zunächst werden das Verformungsverhalten und die Bestrahlungsresistenz von Laminaten mit hoher Entropie anhand der Nanolaminate Modelle FeCoCrNiAl1.7 MG und FeCoCrNiAl0.5 HEA untersucht, um den Einfluss von Grenzflächen auf Verformungsmechanismen und Bestrahlung Reaktionen aufzuzeigen. Bei niedrigen Dehnungen erleichtert die Glas-Kristall-Grenzfläche die plastische Verformung, indem sie die Aktivierungsbarriere für die Bildung und Ausbreitung von Versetzungen herabsetzt. Wenn die angewandte Spannung zunimmt, werden Versetzungen durch Gleiten an der Glas-Kristall-Grenzfläche in die amorphe Platte aufgenommen, wodurch die Aktivierung von gleichmäßig verteilten Scher Übergangszonen (STZ) in der amorphen Platte ausgelöst wird. Diese konkurrierenden Mechanismen unterdrücken die lokale Bildung von Scherbändern, verbessern die Duktilität und die Festigkeit Erhaltung und lösen damit den typischen Kompromiss zwischen Festigkeit und Duktilität. Unter Bestrahlung wirkt die Grenzfläche als Defekt Senke, beschleunigt die Zerstörung von interstitiellen Atomen und verursacht die Akkumulation von Leerstellen in der kristallinen Platte. Dieses Ungleichgewicht begünstigt Stapelfehler und die Bildung von Versetzungen Netzwerken in der HEA-Platte. Gleichzeitig löst die Grenzfläche Kristallisationskeime in der MG-Platte aus, während die Umverteilung des freien Volumens strukturelle Schäden mildert und die strukturelle Stabilität des Laminats während Kollision Kaskaden sicherstellt.
Anschließend werden die Rissheilung Mechanismen und Struktur Reaktionen für FeCoCrNiAl0.5 HEA und FeCoCrNiAl1.7 MG untersucht. Die Rissheilung in beiden Strukturtypen, Glas und Kristall, folgt einem ähnlichen Ansatz: lokales Schmelzen im Kollision Kaskaden Kern und verstärkte Ionendiffusion im Rissbereich. Die unterschiedlichen strukturellen Reaktionen werden in Glas und Kristallphasen demonstriert. Bei HEA diffundieren durch Bestrahlung hervorgerufene interstitielle Defekte im Kaskaden Kern in den Rissbereich, was bei der anschließenden Rekristallisation zur Rissheilung führt. Darüber hinaus akkumulieren die entsprechenden Leerstellen und bilden große Leerstellen Cluster, die zu Stapeln Fehlern und komplexen Versetzung Netzwerken führen, die um den geheilten Rissbereich verteilt sind. Mit zunehmender Anzahl von Bestrahlungen steigt die Defekt Rekombinationsrate und die Phasenstabilität verbessert sich weiter. Bei HEMG beschleunigt die erhöhte atomare Diffusion die Umverteilung des freien Volumens, wodurch der Rissbereich heilen kann. Defekte in der HEMG-Struktur erzeugen während der Bestrahlung mehr freies Volumen, was zur Wiederherstellung der strukturellen Integrität und Verjüngung führt. Daher kann die strahleninduzierte Reparatur von Rissen die strukturelle Integrität wirksam wiederherstellen und dadurch die Lebensdauer von Werkstoffen mit hoher Entropie in fortgeschrittenen Kernstruktur Anwendungen verlängern.