Diseño de aleaciones de alta entropía basadas en refractarios cuaternarios y quinarios: Análisis estadístico de su distorsión de red, propiedades mecánicas y térmicas
Autores: San, Saro; Hasan, Sahib; Adhikari, Puja; Ching, Wai-Yim
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales estructurales
Palabras clave
Evolución
Aleaciones de alta entropía
Estructuras electrónicas
Distorsiones de la red
Propiedades térmicas
Propiedades mecánicas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 6
Citaciones: Sin citaciones
La rápida evolución en la ciencia de materiales ha resultado en un interés significativo en aleaciones de alta entropía (HEAs) por sus propiedades únicas. Este estudio se centra en comprender tanto las aleaciones cúbicas centradas en el cuerpo (BCC) cuaternarias como quinarias de 12 HEAs basadas en refractarios, y en el análisis de sus estructuras electrónicas, distorsiones de la red, propiedades mecánicas y térmicas. Se lleva a cabo una evaluación integral mediante cálculos de primeros principios basados en la teoría del funcional de densidad (DFT). Es bien sabido que múltiples constituyentes conducen a notables distorsiones de la red, especialmente en las HEAs quinarias. Esta distorsión, a su vez, tiene implicaciones significativas en la estructura electrónica que afectan en última instancia los comportamientos mecánicos y térmicos de estas aleaciones, como la ductilidad, la conductividad térmica de la red y la tenacidad. Nuestro análisis en profundidad de sus estructuras electrónicas reveló el papel de la concentración de electrones de valencia y su correlación con el orden de enlace y las propiedades mecánicas. Se investigó la distorsión local de la red (LD) para estos 12 modelos de HEA. M1 (WTiVZrHf), M7 (TiZrHfW) y M12 (TiZrHfVNb) tienen la mayor LD, mientras que los modelos M3 (MoTaTiV), M5 (WTaCrV), M6 (MoNbTaW) y M9 (NbTaTiV) tienen la menor LD. Además, investigamos las propiedades térmicas centrándonos en la temperatura de Debye (D), la conductividad térmica, el parámetro de Grüneisen (alpha) y la longitud de onda del fonón dominante (dom). Los modelos NbTaTiV (M9) y TiVNbHf (M10) tienen conductividades térmicas de red (L) significativamente reducidas. Esta reducción se debe al aumento de masa y las fluctuaciones de tensión, que a su vez significan distorsión de la red. Los hallazgos no solo proporcionan una comprensión de estos materiales prometedores, sino que también ofrecen orientación para el diseño de HEAs de próxima generación con propiedades adaptadas para aplicaciones específicas potenciales.
Descripción
La rápida evolución en la ciencia de materiales ha resultado en un interés significativo en aleaciones de alta entropía (HEAs) por sus propiedades únicas. Este estudio se centra en comprender tanto las aleaciones cúbicas centradas en el cuerpo (BCC) cuaternarias como quinarias de 12 HEAs basadas en refractarios, y en el análisis de sus estructuras electrónicas, distorsiones de la red, propiedades mecánicas y térmicas. Se lleva a cabo una evaluación integral mediante cálculos de primeros principios basados en la teoría del funcional de densidad (DFT). Es bien sabido que múltiples constituyentes conducen a notables distorsiones de la red, especialmente en las HEAs quinarias. Esta distorsión, a su vez, tiene implicaciones significativas en la estructura electrónica que afectan en última instancia los comportamientos mecánicos y térmicos de estas aleaciones, como la ductilidad, la conductividad térmica de la red y la tenacidad. Nuestro análisis en profundidad de sus estructuras electrónicas reveló el papel de la concentración de electrones de valencia y su correlación con el orden de enlace y las propiedades mecánicas. Se investigó la distorsión local de la red (LD) para estos 12 modelos de HEA. M1 (WTiVZrHf), M7 (TiZrHfW) y M12 (TiZrHfVNb) tienen la mayor LD, mientras que los modelos M3 (MoTaTiV), M5 (WTaCrV), M6 (MoNbTaW) y M9 (NbTaTiV) tienen la menor LD. Además, investigamos las propiedades térmicas centrándonos en la temperatura de Debye (D), la conductividad térmica, el parámetro de Grüneisen (alpha) y la longitud de onda del fonón dominante (dom). Los modelos NbTaTiV (M9) y TiVNbHf (M10) tienen conductividades térmicas de red (L) significativamente reducidas. Esta reducción se debe al aumento de masa y las fluctuaciones de tensión, que a su vez significan distorsión de la red. Los hallazgos no solo proporcionan una comprensión de estos materiales prometedores, sino que también ofrecen orientación para el diseño de HEAs de próxima generación con propiedades adaptadas para aplicaciones específicas potenciales.