Effects of mixing enthalpy and cooling rate on phase formation of AlxCoCrCuFeNi high-entropy alloys

材料科学 金属间化合物 高熵合金 热力学 合金 固溶体 晶格常数 混合熵 相(物质) 混合焓 立方晶系 冶金 结晶学 化学 衍射 有机化学 物理 光学
作者
Xiandong Xu,Sheng Guo,T.G. Nieh,Pan Liu,Akihiko Hirata,Mingwei Chen
出处
期刊:Materialia [Elsevier]
卷期号:6: 100292-100292 被引量:67
标识
DOI:10.1016/j.mtla.2019.100292
摘要

We investigated the influence of mixing enthalpy and cooling rate on phase formation and selected the melt-spun AlxCoCrCuFeNi (x = 0, 0.1, 0.5, 0.8 and 1.0 in molar ratios) high-entropy alloys (HEAs) as a model system. The mean mixing enthalpy (ΔHmix) of the alloy system is tuned from positive to negative by increasing Al molar ratios while the mixing entropy (ΔSmix) only has an insignificant variation. Microstructure analyses revealed that the dominant phase in the AlxCoCrCuFeNi HEAs changes from a face-centered cubic (FCC) to body-centered cubic (BCC) structure with the variation of the ΔHmix. Accompanying with phase changing, the lattice constant of the FCC phase increases linearly with Al molar ratio regardless of cooling rate, indicating that the lattice expansion caused by the substitutional alloying of Al plays an important role in the phase evolution, in addition to the effect of the ΔHmix. The increasingly negative enthalpy ΔHmix with Al addition also leads to more pronounced phase separation with the formation of ordered intermetallic phases in the BCC-dominant HEAs than the FCC-dominant ones. Interestingly, when the magnitude of the mean ΔHmix is small, both the coarsening of Cu-rich nanophase and decomposition of the solid-solution phase in the Al0.5CoCrCuFeNi HEA are suppressed. This observation is in line with thermodynamic predictions that a weak ΔHmix benefits the stabilization of the solid-solution phase.
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