Mössbauer and Ultrasonic Study of the As-Cast High-Entropy AlxCuCrCoNiFe Alloys

Determination of the hyperfine-interaction parameters, acoustic and elastic properties of the high-entropy AlxCuCrCoNiFe alloys (HEAs) (x = 1, 1.8) in the as-cast state is carried out with the use of Mössbauer spectroscopy, x-ray diffractometry and high-precision ultrasonic techniques.Исследованы параметры сверхтонкого взаимодействия, акустические и упругие свойства высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) AlxCuCrCoNiFe (x = 1, 1,8) в литом состоянии с помощью мёссбауэровской спектроскопии, рентгеновской дифрактометрии и сверхточной ультразвуковой спектроскопии.Досліджено параметри надтонкої взаємодії, акустичні та пружні властивості високоентропійних стопів (ВЕС) AlxCuCrCoNiFe (x = 1, 1,8) у литому стані за допомогою месcбаверівської спектроскопії, рентґенівської дифрактометрії та надточної ультразвукової спектроскопії

Tracer Diffusion of Cobalt in High-Entropy Alloys AlxFeNiCoCuCr

The Co diffusion in the as-cast high-entropy alloys AlxFeNiCoCuCr (x = 1, 1.5, 1.8) is studied by means of the tracer-diffusion method using the ⁶⁰Cо isotope. As shown, the Co diffusion in the high-entropy alloys occurs by means of the vacancy mechanism and the diffusion coefficient decreases approximately in three times (from 3.21•10⁻¹⁶ to 0.98•10⁻¹⁶ m⁻¹⁶s⁻¹) with the increasing Al concentration. The decelerated Co diffusion is explained in terms of relatively large and negative enthalpy of mixing.Методом радиоактивных изотопов изучена диффузия ⁶⁰Cо в литых высокоэнтропийных сплавах AlxFeNiCoCuCr (х = 1, 1,5, 1,8). Показано, что диффузия Сo в высокоэнтропийных сплавах происходит по вакансионному механизму, и с увеличением концентрации Al значение коэффициента диффузии уменьшается примерно в три раза (от 3,21•10⁻¹⁶ до 0,98•10⁻¹⁶ м⁻¹⁶с⁻¹). Замедленная диффузия Co объясняется за счёт относительно большой и отрицательной энтальпии смешения.Методою радіоактивних ізотопів досліджено дифузію ⁶⁰Cо у литих високоентропійних стопах AlxFeNiCoCuCr (х = 1, 1,5, 1,8). Показано, що дифузія Сo у високоентропійних стопах відбувається за вакансійним механізмом, і зі збільшенням концентрації Al значення коефіцієнта дифузії зменшується приблизно втричі (від 3,21•10⁻¹⁶ до 0,98•10⁻¹⁶ м⁻¹⁶с⁻¹). Уповільнена дифузія Co пояснюється за рахунок відносно великої і неґативної ентальпії змішання

Ultrasonic study of as-cast heterogeneous high-entropy alloy AlCuCrCoNiFe

The longitudinal vl and transverse vt ultrasonic velocities in different geometric directions and sections of samples of as-cast equimolar high-entropy alloy (HEA) AlCuCrCoNiFe in spatially heterogeneous state are measured by means of the automated ultrasonic techniques of high resolution at the frequencies of 10–30 MHz. A considerable spread of the vl and vt values and the corresponding elastic moduli is revealed in different sections of samples. This fact points to spatial inhomogeneity of the HEA that is consistent with the existence of the α, γ1 and γ2 phases. Alongside with the spatial inhomogeneity, the anisotropy of ultrasonic velocities (4–8%) of the samples is revealed. The values of the elastic moduli 〈Е〉, 〈G〉, 〈B〉, the Debye temperature ΘD, the Poisson’s ratio 〈η〉 and the ratio 〈B〉/〈G〉 are calculated with using the averaged ultrasonic velocities 〈vl〉, 〈vt〉 and the mass density ρ. The acoustic parameters 〈E〉 = 199.1 GPa, 〈G〉 = 77.5 GPa, 〈B〉 = 159.9, 〈ΘD〉 = 498.4 K exceed those for pristine metals composing the HEA and indicate high interatomic bond stiffness, high resistance to dislocations movement and low compressibility. Relatively low established ratios 〈η〉 = 0.29 and 〈B〉/〈G〉 = 2.132 are consistent with low plasticity of the HEA.С помощью автоматизированного ультразвукового метода высокого разрешения на частотах 10–30 MHz измерены продольная vl и поперечная vt скорости ультразвука в различных геометрических направлениях и на разных участках образцов в литом эквиатомном высокоэнтропийном сплаве (ВЭС) AlCuCrCoNiFe в пространственно неоднородном состоянии. Обнаружен значительный разброс значений vl и vt и соответствующих модулей упругости на различных участках образцов, что указывает на пространственную неоднородность ВЭС и согласуется с существованием α-, γ1- и γ2-фаз. Наряду с пространственной неоднородностью выявлена анизотропия ультразвуковых скоростей (4–8%) в образцах. С использованием усредненных скоростей ультразвука 〈vl〉, 〈vt〉 и массовой плотности ρ рассчитаны значения модулей упругости 〈E〉, 〈G〉, 〈B〉, температура Дебая ΘD, коэффициент Пуассона 〈η〉 и отношение 〈B〉/〈G〉. Акустические параметры 〈E〉 = 199.1 GPa, 〈G〉 = 77.5 GPa, 〈B〉 = 159.9, 〈ΘD〉 = 498.4 K превышают эти значения для чистых металлов, входящих в состав ВЭС, и указывают на высокие жесткость межатомной связи и устойчивость к движению дислокаций и малую сжимаемость. Установлены относительно низкие значения 〈η〉 = 0.29 и отношения 〈B〉/〈G〉 = 2.132, что согласуется с низкой пластичностью ВЭСЗа допомогою автоматизованого ультразвукового методу високої роздільної здатності на частотах 10–30 MHz були виміряні поздовжня vl і поперечна vt швидкості ультразвуку в різних геометричних напрямках і на різних ділянках зразків у литому еквіатомному високоентропійному сплаві (ВЕС) AlCuCrCoNiFe в просторово неоднорідному стані. Виявлено значний розкид значень vl і vt та відповідних модулів пружності на різних ділянках зразків, що вказує на просторову неоднорідність ВЕС і узгоджується з існуванням α-, γ1- і γ2-фаз. Поряд з просторовою неоднорідністю виявлено анізотропію швидкостей ультразвуку (4–8%) у зразках. З використанням усереднених значень швидкостей ультразвуку 〈vl〉, 〈vt〉 і масової густини ρ розраховано величини модулів пружності 〈Е〉, 〈G〉, 〈B〉, температури Дебая ΘD, коефіцієнта Пуассона 〈η〉 і відношення 〈B〉/〈G〉. Акустичні параметри 〈E〉 = 199.1 GPa, 〈G〉 = 77.5 GPa, 〈B〉 = 159.9, 〈ΘD〉 = 498.4 K перевищують ці значення для чистих металів, що входять до складу ВЕС, і вказують на високі жорсткість міжатомного зв’язку та високу стійкість до руху дислокацій і мале стискання. Встановлено відносно низькі значення 〈η〉 = 0.29 і відношення 〈B〉/〈G〉 = 2.132, що узгоджується з низькою пластичністю ВЕ

Effect of Al Content on Magnetic Properties and Thermal Expansion of As-Cast High-Entropy Alloys AlxFeCoNiCuCr

The high-entropy alloys (HEA) AlxFeCoNiCuCr (x = 1.0, 1.5, 1.8) in cast state are investigated by means of X-ray diffraction, Mössbauer spectroscopy, magnetic and dilatometric methods. Two-phase state in the HEA and the increase of the crystal lattice parameter а of the f.c.c. and b.c.c. phases are detected. The decrease of the Curie temperature and the saturation magnetization upon deviation of Al content from equimolar composition are found out. Inhomogeneous magnetic order characterizes the studied HEA. For the studied HEA, the magnetic moment 0.2—0.4 μB and the average thermal expansion coefficient = 12.4∙10⁻⁶ К⁻¹ in the temperature range of 135—545 K are determined.Рентґеновою дифракцією, Мессбауеровою спектроскопією, магнетним і дилатометричним методами досліджено структуру та властивості високоентропійних стопів (ВЕС) AlxFeCoNiCuCr (х = 1,0, 1,5, 1,8) у литому стані. Виявлено двофазний стан ВЕС і зростання параметра кристалічної ґратниці а ОЦК- і ГЦК-фаз. Встановлено зниження температури Кюрі і намагнетованости наситу при відхилі концентрації Al від еквіатомового складу. Вивчені ВЕС характеризуються неоднорідним магнетним ладом. Для інтервалу температур 135—545 К визначено магнетний момент 0,2—0,4 μB і середнє значення температурного коефіцієнта теплового розширення = 12.4∙10⁻⁶ К⁻¹ досліджуваних ВЕС.Рентгеновской дифракцией, мёссбауэровской спектроскопией, магнитным и дилатометрическим методами исследованы структура и свойства высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) AlxFeCoNiCuCr (х = 1,0, 1,5, 1,8) в литом состоянии. Выявлено двухфазное состояние ВЭС и рост параметра кристаллической решётки a ОЦК- и ГЦК-фаз. Обнаружено снижение температуры Кюри и намагниченности насыщения при отклонении содержания Al от эквиатомного состава. Изученные ВЭС характеризуются неоднородным магнитным порядком. Для интервала температур 135—545 К определён магнитный момент 0,2—0,4 μB и среднее значение температурного коэффициента теплового расширения = 12,4∙10⁻⁶ К⁻¹ исследуемых ВЭС