High-entropy alloys (HEAs) are characterized by having five or more main elements and forming simple solids without forming intermetallic compounds, owing to the high entropy effect. HEAs with these characteristics are being researched as structural materials for extreme environments. Conventional refractory alloys have excellent high-temperature strength and stability; however, problems occur when they are used extensively in a high-temperature environment, leading to reduced fatigue properties due to oxidation or a limited service life. In contrast, refractory entropy alloys, which provide refractory properties to entropy alloys, can address these issues and improve the high-temperature stability of the alloy through phase control when designed based on existing refractory alloy elements. Refractory high-entropy alloys require sufficient milling time while in the process of mechanical alloying because of the brittleness of the added elements. Consequently, the high-energy milling process must be optimized because of the possibility of contamination of the alloyed powder during prolonged milling. In this study, we investigated the high-temperature oxidation behavior of refractory high-entropy alloys while optimizing the milling time.
In this paper, a new $Co_{10}Fe_{10}Mn_{35}Ni_{35}Zn_{10}$ high entropy alloy (HEA) is identified as a strong candidate for the single face-centered cubic (FCC) structure screened using the upgraded TCFE2000 thermodynamic CALPHAD database. The $Co_{10}Fe_{10}Mn_{35}Ni_{35}Zn_{10}$ HEA is fabricated using the mechanical (MA) procedure and pressure-less sintering method. The $Co_{10}Fe_{10}Mn_{35}Ni_{35}Zn_{10}$ HEA, which consists of elements with a large difference in melting point and atomic size, is successfully fabricated using powder metallurgy techniques. The MA behavior, microstructure, and mechanical properties of the $Co_{10}Fe_{10}Mn_{35}Ni_{35}Zn_{10}$ HEA are systematically studied to understand the MA behavior and develop advanced techniques for fabricating HEA products. After MA, a single FCC phase is found. After sintering at $900^{\circ}C$, the microstructure has an FCC single phase with an average grain size of $18{\mu}m$. Finally, the $Co_{10}Fe_{10}Mn_{35}Ni_{35}Zn_{10}$ HEA has a compressive yield strength of 302 MPa.
This research examines the effect of adding aluminum on the structural, phasic, and magnetic properties of CoCrFe NiMnAlx high-entropy alloys. To this aim, the arc-melt process was used under an argon atmosphere for preparing cast samples. The phasic, structural, and magnetic properties of the samples were characterized by x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and vibrational magnetometry (VSM) analyses. Based on the results, the addition of aluminum to the compound caused changes in the crystalline structure, from FCC solid solution in the CoCrFeNiMn sample to CoCrFeNiMnAl BBC solid solution. It was associated with changes in the magnetic property of CoCrFeNiMnAlx high-entropy alloys, from paramagnetic to ferromagnetic. The maximum saturation magnetization for the CoCrFeNiMnAl casting sample was estimated to be around 79 emu/g. Despite the phase stability of the FCC solid solution with temperature, the solid solution phase formed in the CrCrFeNiMnAl high-entropy compound was not stable, and changed into FCC solid solution with temperature elevation, causing a reduction in saturation magnetization to about 7 emu/g.
Although the mechanical properties of high-entropy alloys depend on the annealing conditions, limited works were established to investigate the annealing effect on the mechanical properties of Mo-added high-entropy alloys. Therefore, in the present work, the annealing effects on the microstructural evolution and mechanical properties of Mo-added high-entropy alloy were investigated. As a result, incomplete recrystallization from the limited annealing time not only suppresses deformation-induced phase transformation during cryogenic tensile test but also induces a deformation instability that results into the ductility reduction compare with the fully recrystallized sample. This result represents adjustment of annealing time is useful to control both transformation-induce plasticity and deformation instability of high-entropy alloys, and this can be applied to control the mechanical properties of metallic alloys by combining pre-straining and subsequent annealing.
High-entropy alloys have excellent mechanical properties under extreme environments, rendering them promising candidates for next-generation structural materials. It is desirable to develop non-equiatomic high-entropy alloys that do not require many expensive or heavy elements, contrary to the requirements of typical high-entropy alloys. In this study, a non-equiatomic high-entropy alloy powder Fe49.5Mn30Co10Cr10C0.5 (at.%) is prepared by high energy ball milling and fabricated by spark plasma sintering. By combining different ball milling times and ball-to-powder ratios, we attempt to find a proper mechanical alloying condition to achieve improved mechanical properties. The milled powder and sintered specimens are examined using X-ray diffraction to investigate the progress of mechanical alloying and microstructural changes. A miniature tensile specimen after sintering is used to investigate the mechanical properties. Furthermore, quantitative analysis of the microstructure is performed using electron backscatter diffraction.
High-entropy alloys (HEAs) are generally defined as solid solutions containing at least 5 constituent elements with concentrations between 5 and 35 atomic percent without the formation of intermetallic compounds. Currently, HEAs receive great attention as promising candidate materials for extreme environments due to their potentially desirable properties that result from their unique structural properties. In this review paper, we aim to introduce HEAs and explain their properties and related research by classifying them into three main categories, namely, mechanical properties, thermal properties, and electrochemical properties. Due to the high demand for structural materials in extreme environments, the mechanical properties of HEAs including strength, hardness, ductility, fatigue, and wear resistance are mainly described. Thermal and electrochemical properties, essential for the application of these alloys as structural materials, are also described.
This study investigates the interfacial reaction between powder-metallurgy high-entropy alloys (HEAs) and cast aluminum. HEA pellets are produced by the spark plasma sintering of Al0.5CoCrCu0.5FeNi HEA powder. These sintered pellets are then placed in molten Al, and the phases formed at the interface between the HEA pellets and cast Al are analyzed. First, Kirkendall voids are observed due to the difference in the diffusion rates between the liquid Al and solid HEA phases. In addition, although Co, Fe, and Ni atoms, which have low mixing enthalpies with Al, diffuse toward Al, Cu atoms, which have a high mixing enthalpy with Al, tend to form Al-Cu intermetallic compounds. These results provide guidelines for designing Al matrix composites containing high-entropy phases.
We have carried out the study of magnetocaloric effect for as-quenched and annealed $Fe_{91-x}Y_xZr_9$ alloys. Samples were prepared by arc melting the high-purity elemental constituents under argon gas atmosphere and by single roller melt spinning. These alloys were annealed one hour at 773 K in vacuum chamber. The magnetization behaviours of the samples were measured by vibrating sample magnetometer. The Curie temperature increases with increasing Y concentration (x=0 to 8). Temperature dependence of the entropy variation ${\Delta}S_M$ was found to appear in the vicinity of the Curie temperature. The results show that annealed $Fe_{86}Y_5Zr_9$ and $Fe_{83}Y_8Zr_9$ alloys a bigger magnetocaloric effect than that those in as-quenched alloys. The value is 1.23 J/kg K for annealed $Fe_{86}Y_5Zr_9$ alloy and 0.89 J/kg K for as-quenched alloy, respectively. In addition, the values of ${\Delta}S_M$ for $Fe_{83}Y_8Zr_9$ alloy is 0.72 J/Kg K for as-quenched and 1.09 J/Kg K for annealed alloy, respectively.
Eun Seong Kim;Jae Man Park;Do Won Lee;Hyojeong Ha;Jungho Choe;Jaemin Wang;Seong Jin Park;Byeong-Joo Lee;Hyoung Seop Kim
한국분말재료학회지
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제31권3호
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pp.243-254
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2024
High-entropy alloys (HEAs) have been reported to have better properties than conventional materials; however, they are more expensive due to the high cost of their main components. Therefore, research is needed to reduce manufacturing costs. In this study, CoCrFeMnNi HEAs were prepared using metal injection molding (MIM), which is a powder metallurgy process that involves less material waste than machining process. Although the MIM-processed samples were in the face-centered cubic (FCC) phase, porosity remained after sintering at 1200℃, 1250℃, and 1275℃. In this study, the hot isostatic pressing (HIP) process, which considers both temperature (1150℃) and pressure (150 MPa), was adopted to improve the quality of the MIM samples. Although the hardness of the HIP-treated samples decreased slightly and the Mn composition was significantly reduced, the process effectively eliminated many pores that remained after the 1275℃ MIM process. The HIP process can improve the quality of the alloy.
Eun Seong Kim;Jae Man Park;Ji Sun Lee;Jungho Choe;Soung Yeoul Ahn;Sang Guk Jeong;Do Won Lee;Seong Jin Park;Hyoung Seop Kim
한국분말재료학회지
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제30권1호
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pp.1-6
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2023
High-entropy alloys (HEAs) are attracting attention because of their excellent properties and functions; however, they are relatively expensive compared with commercial alloys. Therefore, various efforts have been made to reduce the cost of raw materials. In this study, MIM is attempted using coarse equiatomic CoCrFeMnNi HEA powders. The mixing ratio (powder:binder) for HEA feedstock preparation is explored using torque rheometer. The block-shaped green parts are fabricated through a metal injection molding process using feedstock. The thermal debinding conditions are explored by thermogravimetric analysis, and solvent and thermal debinding are performed. It is densified under various sintering conditions considering the melting point of the HEA. The final product, which contains a small amount of non-FCC phase, is manufactured at a sintering temperature of 1250℃.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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