Высокоэнтропийный магнитный сплав Fe_xCo₆Al₃Ni₂Si, полученный методом механического легирования и искрового плазменного спекания

Методом механического легирования получен высокоэнтропийный сплав Fe_xCo₆Al₃Ni₂Si (x = 5; 6; 8). Исследована микроструктура, фазовый и гранулометрический составы получаемых порошков. Определена необходимая удельная доза энергии для образования однородного твердого раствора (D = 30 Вт∙ч/г). С использованием метода CALPHAD построена фазовая диаграмма для многокомпонентной системы FexCo6Al3Ni2Si. Намагниченность насыщения и коэрцитивная сила порошка сплава Fe_xCo₆Al₃Ni₂Si после механического легирования составляли 154 эме/г и 53 Э соответственно. Из порошка сплава Fe_xCo₆Al₃Ni₂Si в установке искрового плазменного спекания были получены компактные образцы, которые отжигали при температурах 900, 950 и 1000°C. После отжига изучали микроструктуру и фазовый состав образцов. Испытания магнитных свойств образцов показали, что намагниченность насыщения образцов составила от 159 до 168 эме/г, коэрцитивная сила – от 8,9 до 29,2 Э, прочность на сжатие образцов – от 2190 до 2680 МПа, а микротвердость – от 681 до 811 HV.

1. Малая Е. В., Решенкин А. С., Гончаров Р. А., Воробьев С. С. Свойства порошковых композиционных магнитомягких материалов электротехнического назначения // Заготовительные производства в машиностроении. – 2015. – № 5. – С. 45–48.

2. Семин А . П., Громов В. Е., Иванов Ю. Ф., Панин С. В., Колубаев Е . А., Литовченко И . Ю., Боровский С. В. Структура и свойства ленты магнитомягкого сплава Fe-Co-Ni-Si-B, изготовленной методом спиннингования // Физическая мезомеханика. – 2024. – Т. 27, № 5. – C. 63–70.

3. Sai Ram B., Paul A.K., Kulkarni S.V. Soft magnetic materials and their applications in transfor mers // J. Magn. Magn. Mater. – 2021. – V. 537, N 1. – P. 168210. URL: https://10.1016/j.jmmm.2021.168210

4. Чехунова А . М . Влияние термической обработки на магнитные и механические свойства стали 10ХСНД // Евразийский союз ученых. – 2015. – № 12-5 (21). – С. 116–119.

5. Weir G . , Leveneur J . , Long N . Magnetic susceptibility of soft magnetic composite materials // J. Magn. Magn. Mater. – 2022. – V. 551, N 1. – P. 169103. URL: https:// 10.1016/j.jmmm.2022.169103

6. Ferraris L., Franchini F., Pošković E., Actis Grande M., Bidulský R. Effect of the Temperature on the Magnetic and Energetic Properties of Soft Magnetic Composite Materials // Energies. – 2021. – V. 14, N 15. – P. 4400. DOI: 10.3390/en14154400

7. Talaat A., Suraj M. V., Byerly K., Wang A., Wang Y., Lee J. K., Ohodnicki P. R. Review on soft magnetic metal and inorganic oxide nanocomposites for power applications // Journal of Alloys and Compounds. – 2021. – V. 870. – P. 159500. DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.159500

8. Zeraati M . , Feizabad M . , Khayati G . An investigation of the magnetic, mechanical, and kinetic characteristics of CuCrFeTiNi high entropy alloy by mechanical alloying and spark plasma sintering // Journal of Alloys and Compounds. – 2023. – V. 958. – P. 170347. DOI: 10.1016/j.jallcom.2023.170347

9. Lin M . , Zhao R . , Liao Y. , Li Y. , Zhang X . Determining magnetic properties of high entropy alloys by molar volume difference predicted by machine learning // AIP Advances. – 2024. – V. 14, N 4. – P. 045204–045204-6. DOI: 10.1063/5.0165470

10. Tsai M.-H. Physical Properties of High Entropy Alloys // Entropy. – 2013. – V. 15, N 12. – P. 5338–5345. DOI: 10.3390/e15125338

11. Kitagawa J . , Shintakuin D . Magnetic Properties of High-Entropy Alloy FeCoNiTi // Materials Science and Engineering A. – 2024. – V. 9 (35). – P. 37197–37204. DOI: 10.1021/acsomega.4c04556

12. Zhao R.-F., Ren B., Zhang G.-P., Liu Z.-X., Cai B., Zhang J. CoCrxCuFeMnNi high-entropy alloy powders with superior soft magnetic properties // J. Magn. Magn. Mater. – 2019. – V. 491. – P. 165574.

13. Zhu J., Lv M., Liu C., Tan X., Xu H. Effect of neodymium and yttrium addition on microstructure and DC soft magnetic property of dual-phase FeCoNi(CuAl)0.8 high-entropy alloy // J. Rare Earths. – 2023. – V. 41, N 10. – P. 1562–1567.

14. Mazeeva A. K., Kim A., Shamshurin A. I., Razumov N. G., Nazarov D. V., Borisov A. N., Popovich A. A. Effect of heat treatment on structure and magnetic properties of Ni36Co37Al27 alloy produced by laser powder bed fusion // J. Alloys Compd. – 2023. – V. 938. – P. 168461.

15. Xiaohua Tan X., Chen L., Lv M., Peng W., Xu H . Tailoring Mechanical and Magnetic Properties in Dual-Phase FeCoNi(CuAl)0.8 High-Entropy Alloy // Materials. – 2023. – V. 16 (22). – P. 7222. DOI: 10.3390/ma16227222

16. Setia Budi S., Sukro Muhab S., Purwanto A., Kurniawan B., Manaf A . Effect of the Electrodeposition Potential on the Magnetic Properties of FeCoNi Films // Materials Science-Poland. – 2019. – V. 37 (3). – P. 389–394. DOI: 10.2478/msp-2019-0044

17. Ouyang G., Chen X., Liang Y. F., Macziewski C., Cui J. Review of Fe-6.5 wt% Sihigh silicon steel–A promising soft magnetic material for sub-kHz application // J. Magn. Magn. Mater. – 2019. – V. 481. – 1 July. – P. 234–250. DOI: 10.1016/j.jmmm.2019.02.089

18. Xiaohua Tan X . , Li J . , Zhang S . , Xu H . Enhanced DC and AC Soft Magnetic Properties of Fe-Co-Ni-Al-Si High-Entropy Alloys via Texture and Iron Segregation // J. Mater. Sci. Technol. – 2024. – V. 14 (10). – P. 1113. DOI: 10.3390/met14101113

19. Feuerbacher M., Lienig T., Thomas C. A single-phase bcc high-entropy alloy in the refractory Zr-Nb-Ti-V-Hf system // Scripta Materialia. – 2018. – V. 152. – P. 40–43. DOI:10.1016/j.scriptamat.2018.04.009

20. Yang T., Zhao Y. L., Tong Y., Jiao Z. B., Wei J., Cai J. X., Han X. D., Chen D., Hu A., Kai J. J. Multicomponent intermetallic nanoparticles and superb mechanical behaviors of complex alloys // Science. – 2018. – V. 362. – P. 933–937. DOI:10.1126/science.aas8815

21. Zhao Y. J., Qiao J. W., Ma S. G., Gao M. C., Yang H. J., Chen M. W., Zhang Y. A hexa-gonal close-packed high-entropy alloy: the effect of entropy // Materials & Design. – 2016. – V. 96. – P. 10–15. DOI: 10.1016/j.matdes.2016.01.149

22. Lilensten L., Couzinié J. P., Perrière L., Bourgon J., Emery N., Guillot I. New structure in refractory high-entropy alloys // Materials Letters. – 2014. – V. 132. – P. 123–125. DOI: 10.1016/j.matlet.2014.06.064

23. Lu L., Chen X., Huang X., Lu K. Revealing the maximum strength in nanotwinned copper // Science. – 2009. – V. 323. – P. 607–610. DOI: 10.1126/science.1167641

24. Gao M. C., Zhang B., Guo S. M., Qiao J. W., Hawk J. A. High-entropy alloys in hexagonal close-packed structure // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2016. – V. 47. – P. 3322–3332. DOI: 10.1007/s11661-015-3091-1

25. Chen C., Zhang H., Fan Y., Zhang W., Ran Wei R., Tan Wang T., Tao Zhang T., Li F. A novel ultrafine-grained high entropy alloy with excellent combination of mechanical and soft magnetic properties // J. Magn. Magn. Mater. – 2020. – V. 502. – P. 166513. DOI: 10.1016/j.jmmm.2020.166513

26. Li Z., Tasan C. C., Pradeep K. G., Raabe D. A trip-assisted dual-phase high-entropy alloy: grain size and phase fraction effects on deformation behavior // Acta Materialia. – 2017. – V. 131. – P. 323–335. DOI: 10.1016/j.actamat.2017.03.069

27. Streletsky A . N . Measurements and calculation of main parameters of powder mechanical treatment in different mills // Proceedings of the 2nd International Conference on Structural Application of Mechanical Alloying. – 1993. – P. 51–58

28. Takacs L., Mc Henry J. S. Temperature of the milling balls in shaker and planetary mills // Journal of Materials Science. – 2006. – V. 41. – P. 5246–5249.

29. Kim A., Makhmutov T., Razumov N., Silin A., Popovich A., Zhu J.-N., Popovich V. Synthesis of NiTi alloy powders for powder-based additive manufacturing // Materials Today: Proceedings 2020 International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment. – 2020. – V. 30. – P. 679–682. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.01.521