CC BY
15Рис. ЭГД-образование при относительно большой длине ориентационных возмущений Ly по оси у; показаны столбики (пунктирные линии) этих возмущений и распределения потоков и сил внутри них (как в истинном ЭГД эффекте [7]). Видимо, в образовании этого столбика как возмущения исходной однородной структуры проявляется максимум ионного тока, когда директор местами становится почти параллелен потокам. В столбиках ортогональной ориентации (исходное однородное состояние нема-тика) проявляется минимум ионного тока, когда директор везде перпендикулярен потокам при отрицательной анизотропии электропроводности. Т.о. электроны не прилипают к молекулам планарно ориентированного нематика при отрицательной анизотропии электропроводности (основной фон), но прилипают (одевают в электронные «шубы») к искаженным структурам ("пулям") НЖК. Заряженные "пули" двигаются равномерно вдоль оси у со средней скоростью vy. ~ <Е2>, как показывают возмущения исходной однородной структуры, когда проявляется максимум ионного тока (см. рис.).
The scientific heritage No 39 (2019) ^исок литературы
1. Li B.-X., Borshch V., Xiao R.-L., Paladugu S., Turiv T., Shiyanovskii S.V., Lavrentovich O.D. // Nature Commun. 2018. V. 9. P. 2912. DOI: 10.1038/s41467-018-05101-y.
2. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Физматгиз, 1959. 700 с.
3. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М.: Физматгиз, 1959. 532 с.
4. Ильин* В.А., Мордвинов А. Н, Петров Д. А. // 2015. ЖЭТФ, Т. 147. Вып. 1. C. 181. DOI: 10.7868/S0044451015010174
5. Пикин С.А., Уманский Б.А. // Кристаллография. 2018. Т. 63. No. 4. C. 615. DOI: 10.1134/S0023476118040215
6. Бобылев Ю.П., Пикин С.А. // ЖЭТФ. 1977. Т. 72. Вып. 1. С. 369.
7. Pikin S.A. Structural transformations in liquid crystals. New York: Gordon & Breach Science Publishers, 1991. 423 c.
8. De Gennes P.G. and Prost J. The Physics of Liquid Crystals. Clarendon Press, Oxford, 1993. pp. 597.
9. Пшеничнюк С.А., Кухто А.В., Кухто И.Н., Асфандиаров Н.Л. // Хим. физика. 2010. Т. 29. №№ 11. P. 82 2-96
10. Aya S., Araoka F. // Препринт "Kinetics of motile solitons in fluid nematics". Physicochemical Soft Matter Research Team, RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS), Japan.
ПОВЕРХНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ВЫСОКОЭНТРОПИЙНОГО СПЛАВА Ti-Cu-Al-Sn-Fe
Юров В.М.
кандидат физ.-мат. наук, доцент Гученко С.А.
докторант PhD
Карагандинский государственный университет имени Е.А. Букетова,
Казахстан, Караганда
SURFACE PROPERTIES OF HIGH ENTROPY ALLOY Ti-Cu-Al-Sn-Fe
Yurov V.
Candidate of phys.-mat. sciences, associate professor
Guchenko S. PhD student
Karaganda State University named after EA. Buketova,
Kazakhstan, Karaganda
Аннотация
Синтезированы сплавы Ti-Cu-Al-Sn-Fe из микропорошков в эквимолярной пропорции в плавленом кварцевом тигле. Электронно-микроскопическое исследование было проведено на растровом электронном микроскопе MIRA 3. Для сплавов были определены поверхностное натяжение, толщина поверхностного слоя, микротвердость и коэффициент трения. Сплав Ti-Cu-Al-Sn-Fe представляет собой высокоэнтропийный материал, с очень низким коэффициентом трения.
Abstract
Synthesized Ti-Cu-Al-Sn-Fe alloys from micropowders in equimolar proportions in a fused silica crucible. Electron microscopy was carried out using a MIRA 3 scanning electron microscope. For alloys, surface tension, surface layer thickness, microhardness, and friction coefficient were determined. Ti-Cu-Al-Sn-Fe alloy is a highly entropic material with a very low coefficient of friction.
Ключевые слова: поверхность, высокоэнтропийный сплав, энергия, атомный объем, температура плавления.
Keywords: surface, highly entropic alloy, energy, atomic volume, melting point.
Введение
Высокоэнтропийные сплавы (ВЭСы) представляют собой новый класс металлических материалов, исследование которых началось 15 лет тому назад [1]. Для достижения высокой энтропии смешения сплав должен, как правило, состоять из пяти и более основных элементов с атомной концентрацией между 5 и 35 %. На сегодняшний день исследование проведено чуть более 200 ВЭСов, в то время как для других сплавов - чуть более 10 тысяч наименований используются в промышленности.
Настоящая работа посвящена исследованию сплава (ВЭСа) Ti-Cu-Al-Sn-Fe, который не исследовался, насколько нам известно.
Объекты и методика эксперимента
Сплав микропорошков в эквимолярной пропорции: П-4,4 г; С^5,6 г; М-2,6 г; Sn-10,0 г; Fe-5,2 г получали в плавленом кварцевом тигле. На тигель плотно навивалась вольфрамовая проволока
диаметром 0.7мм через которую пропускался переменный ток. Перед нагревом тигель с смесью металлов помещался в вакуумную камеру и вакууми-ровался до давления 1 •lO-3 Па. Температуру тигля измеряли платино-платинородиевой термопарой, которая в процессе нагрева достигала 1700 °С. По достижению заданной температуры выдерживалось время 5 минут, затем тигель остывал в вакууме и из него извлекался полученный образец сплава. Торец полученного образца затем был отшлифован и отполирован. Электронно-микроскопическое исследование было проведено на растровом электронном микроскопе MIRA 3 фирмы TESCAN. Исследования проводились при ускоряющем напряжении 20 кВ и рабочем расстоянии около 15 мм. Микротвердость изменяясь прибором HVS - 1000. Коэффициент трения на установке работы [2].
Результаты эксперимента и их обсуждение
На рис. 1 показано электронно-микроскопическое изображение сплава._
Рисунок 1. Микроструктура сплава Т1-Сы-А1-8п-Ев На рис. 2 показан РФЭС сплава в двух разных точках слитка.
| Спектр 17
Вес.% а
Fe 54.0 0,3
AI 224 0,2
Си 14.6 0.3
Ii 73 0,1
Sn 1.1 0,1
I I I I J I I ■ I ■ I I I I J I I I I I I I I I J I I I I I I I I
Рисунок 2 - РФЭС сплава в двух разных точках слитка
Суммарный спектр РФЭС показывает содержание элементов, близкое к ВЭСам. Рассмотрим теперь поверхностные свойства сплава. Для определения толщины поверхностного слоя различных соединений использовалась размерная зависимость физического свойства A(r) [3]:
A(r) = Л0- r >> d, (1)
A(r)=Ч1-db} räi
Параметр d связан с поверхностным натяжением с формулой:
d = ^, (2) RT
Здесь с-поверхностное натяжение массивного образца; и-объем одного моля; Я-газовая постоянная; Т-температура. В работе [3] было показано, что с большой точностью выполняется соотношение:
ст = 0.7 -10-3 • Т, (3) где Тт - температура плавления твердого тела (К). Соотношение выполняется для всех металлов и для других кристаллических соединений. Если его подставить в (2), то при Т = Тт получим:
d = 0.17-1СТ6 и.
(4)
Уравнение (4) показывает, что толщина поверхностного слоя d(I) определяется одним фундаментальным параметром - атомным объемом элемента, который периодически изменяется в соответствие с таблицей Д.И. Менделеева. Однако, размерная зависимость физических свойств твердых тел начинается при И ~ 10d. В табл. 1 представлены поверхностное натяжение и толщина поверхностного слоя d(I) сплава Т1-Си-А1-8п-Бе.
Таблица 1
Поверхностное натяжение и толщина поверхностного слоя сплава Т1-Си-А1-8п-Ре
Сплав Tm, K с, Дж/м2 d(I), нм d(II), нм
ТЮиА18пБе 1973 1,381 9,9 99
Толщина поверхностного слоя d(II), с которой начинаются размерные эффекты, укладывается в 100 нм по Глейтеру [4]. Это значить, что размерные эффекты в высокоэнтропийных сплавах начинаются раньше, чем в однокомпонентных металлах и раньше проявляются свойства наноструктур.
В табл. 2 приведены значения микротвердости сплава, а в табл. 3. показаны коэффициенты трения. Для сравнения приведем коэффициенты трения для одноименных пар материалов [5].
Таблица 2
Микротвердость образцов из стали А181 с термическим покрытием Т1-Си-А1-8п-РЪ :_
Кол-во изм. Микротвердость покрытия Ti-Cu-Al-Sn-Pb, Мпа
HV1= 9,807N HV0,5= 4,903N HV0,3= 2,942N HV0,2= 1,961N HV0,1= 0,981N HV0,05= 0,49N
1 298,3 280,3 360,2 488,6 399,9 722,5
2 308,5 316,9 365,5 512,4 337,9 654,4
3 302,2 304,5 422,0 497,2 493,5 728,6
4 292,1 320,2 358,3 431,7 457,8 697,1
5 303,2 338,9 383,0 380,5 518,9 680,0
Ср.арифмет. 282,7 321,5 380,9 436,3 458,5 699,9
Таблица 3
Коэффициент трения покрытия из сплава_
Кол-во измерений Коэффициент трения покрытия в газовой среде азота
Образец № 39 Ti-Cu-Al-Sn-Fe Образец № 16 Ti-Cu-Al-Sn-Pb
1 0,173 0,182
2 0,169 0,162
3 0,184 0,151
4 0,136 0,158
5 0,165 0,159
Ср.арифмет 0,173 0,157
Таблица 4
Коэффициенты трения для одноименных пар материалов [5]_
Комбинации материалов Коэффициент трения
Алюминий Алюминий (1,05-1,35)
Медь Медь 1,0
Сталь Сталь 0,8
Железо Железо 1,0
продолжение табл. 4
Кадмий Кадмий 0,5
Хром Хром 0,41
Магний Магний 0,6
Никель Никель (0,7-1,1)
Платина Платина 1,2
Серебро Серебро 1,4
Цинк Цинк 0,6
Заключение
Таким образом, для сплавов Ti-Cu-Al-Sn-Fe были определены поверхностное натяжение, толщина поверхностного слоя, микротвердость и коэффициент трения.
Благодарность
Работа выполнена по программе Министерства образования и науки Республики Казахстан. Гранты №0118РК000063 и №Ф.0781.
Список литературы
1. Yeh J.W., Chen Y.L., Lin S.J. High-entropy alloys - a new era of exploitation // Materials Science Forum. 2007. Vol. 560. - P. 1-9.
2. Юров В.М., Гученко С.А., Ибраев Н.Х. Определение коэффициента трения скольжения. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2010. №8. - С. 148-152.
3. Юров В.М., Гученко С.А. Поверхностные свойства семиатомных высокоэнтропийных сплавов // The scientific heritage (Budapest, Hungary). 2019. No 38. Р.1. - С. 49-53.
4. Gleiter H. Nanostructured materials: basic concepts and microstructure // Acta mater. 2000. V.48. - P. 1-29.
5. Крагельский И.В., Виноградова И.Э. Коэффициенты трения. - М.: Машгиз, 1962. - 220 с.
