طراحی آلیاژهای دیرگداز آنتروپی بالا با هدف کاهش وزن و هزینه

آلیاژهای آنتروپی بالا دسته جدیدی از آلیاژهای چند جزیی هستند که فاز محلول جامد به عنوان فاز اصلی در آنها تشکیل می شود. این آلیاژها به دلیل تنوع عناصراصلی در ترکیب شان، ظرفیت بسیار مناسبی جهت طراحی آلیاژهایی با خواص مورد نظر از جمله وزن کمتر و هزینه کمتر را دارند. در سال های اخیر فعالیت های متعددی در زمینه آلیاژهای دیرگداز آنتروپی بالا جهت کاربردهای دما بالا انجام شده است. با این حال از آنجایی که فلزات دیرگداز عموما دارای چگالی بسیار بالا و تا حدودی گران قیمت است، لذا طراحی ترکیب آلیاژ به نحوی که بتوان وزن و هزینه مواد اولیه را کاهش داد، اهمیت ویژه ای دارد. در این پژوهش با استفاده از محاسبات پارامترهای ترمودینامیکی و فیزیکی ترکیب عناصر در آلیاژهای دیرگداز آنتروپی بالا W-Mo-Ta-Nb-V و W-Mo-Cr-Ti-Al به نحوی بهینه سازی شد که ضمن رسیدن به فاز محلول جامد، وزن و هزینه به حداقل برسد. نهایتا آلیاژ دیرگداز آنتروپی بالا W10Mo27Cr21Ti22Al20 به عنوان آلیاژ با ترکیب بهینه در سیستم آلیاژی W-Mo-Cr-Ti-Al انتخاب و به روش ذوب قوسی  در خلاء  ذوب و آلیاژسازی شد. این آلیاژ حاوی فاز محلول جامد با ساختار BCC به عنوان فاز اصلی و مقدار کمی فاز لاوه به عنوان فاز فرعی است که توافق خوبی با نتایج محاسباتی دارد. تصویر SEM-BSE آلیاژ ریختگی یک ریزساختار دندریتی را نشان می دهد که دندریت ها غنی از عناصر با نقطه ذوب بالاتر همچون تنگستن و مولیبدن و بین دندریت ها غنی از آلومینیم، تیتانیم و کروم است.