Optimization of cryogenic mechanical alloying parameters to synthesize ultrahard refractory high entropy materials

材料科学 杂质 合金 压痕硬度 碳化物 高熵合金 碳化钨 冶金 深冷处理 球磨机 扫描电子显微镜 氮化物 退火(玻璃) 复合材料 微观结构 化学 有机化学 图层(电子)
作者
Joshua A. Smeltzer,Mari-Therese Burton,B.C. Hornbuckle,Anit K. Giri,Kristopher A. Darling,Martin P. Harmer,Christopher J. Marvel
出处
期刊:Materials & Design [Elsevier BV]
卷期号:210: 110070-110070 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.matdes.2021.110070
摘要

Cryogenic mechanical alloying is a viable method to synthesize nanostructured alloys that exhibit improved mechanical properties without using highly contaminating, process control agents. However, cryogenically milled alloys still contain impurities introduced from the milling media and cryogenic fluid, and it is unclear how these milling parameters can be tailored to optimize alloy design. Here, milling media and cryogenic fluid were systematically varied and studied to quantify differences in impurity concentrations, microstructural evolution, and microhardness. Four derivatives of a Mo25Nb25Ta25W25 high entropy alloy were mechanically alloyed using tool steel or tungsten carbide milling media with either liquid N2 or Ar. Alloys were annealed for 100 h at 1000 °C or 1200 °C. Aberration-corrected scanning transmission electron microscopy (STEM) was primarily used to characterize as-milled and annealed specimens, and Vicker's microindentation was used to compare hardness. Depending on the milling parameters, total impurity concentrations varied between 12 and 44 at.%, different impurity nitrides or carbides were identified in annealed specimens, and differences in hardness of up to 5 GPa were measured amongst the alloys. Overall, milling with LN2 led to the precipitation of ultrahard nitride phases that when combined with optimized heat treatments, improved the hardness beyond 17 GPa.

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