مسعود پنجه پور
آلیاژهای آنتروپی بالا دسته نسبتا جدیدی از فلزات هستند که برخلاف سایر سیستم های آلیاژی متداول و مرسوم پایه فلزی مشخصی نداشته و اصولا تمام عناصر آلیاژی با کسر مولی یکسان یا تقریبا برابر به یکدیگر اضافه می شوند. یکی از مهمترین آلیاژهای طراحی شده و توسعه یافته در این زمینه FeCrMnNiCo است. اگرچه مطالعات فراوانی بر روی این آلیاژ انجام شده، اما در زمینه ی آلیاژهای غیراستوکیومتری و بررسی تاثیر عناصر آلیاژی جانشین به طور همزمان کمتر پژوهشی انجام گرفته است. هدف از پژوهش حاضر بررسی تاثیرات اضافه کردن عناصر شبه فلزی سیلیسیوم و ژرمانیوم به آلیاژ آنتروپی بالای غیراستوکیومتری FeCrMnNiCo می باشد. در این راستا عنصر کبالت (به عنوان گران قمیت ترین عنصر بین عناصر سازنده ی آلیاژ پایه) با سیلیسیوم و ژرمانیوم به مقادیر 3، 6 و 9 درصد اتمی جایگزین شده و آلیاژهای طراحی شده با ترکیب کلی Fe28Cr18Mn18Ni18Co18-xMx (M= Ge or Si و x=3 or 6 or 9) ایجاد شدند. برای این منظور از ذوب کردن عناصر خالص درون یک کوره ذوب قوسی تحت اتمسفر محافظ (که برای اجرای پژوهش حاضر طراحی و ساخته شد) استفاده گردید. هر نمونه حداقل پنج باز ذوب مجدد شد تا از یکنواختی ترکیب شیمیایی آن اطمینان حاصل شود. شبیه سازی به کمک نرم افزار Thermo-Calc، بررسی رفتار حرارتی به کمک آنالیز حرارتی و بررسی خواص مغناطیسی از جمله ی بررسی های انجام شده بر روی این آلیاژها می باشند. همچنین بررسی های متالورژیکی شامل بررسی ساختار ماکروسکوپی نمونه ها، متالوگرافی با میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی و بررسی ترکیب شیمیایی فازهای مختلف به کمک EDS، آزمون XRD و بررسی خواص مکانیکی شامل سختی سنجی، آزمون کشش و شکست نگاری تاکنون بر روی نمونه های آلیاژها انجام گرفته است. بررسی های ریزساختاری نشان داد هر دو عنصر سیلیسیوم و ژرمانیوم در مقادیر بالا تمایل به جدایش دارند. به نظر می رسد هر دو آلیاژ تکفاز یا شامل دو فاز FCC بوده و پیش بینی می شود تنها نمونه حاوی نه درصد سیلیسیوم حاوی ترکیبات بین فلزی باشد. همچنین به طور کلی هر دو عنصر باعث افزایش استحکام و سختی و کاهش انعطاف پذیری می شوند. سیلیسیوم بر افزایش سختی (تا حدود 80 درصد افزایش)، استحکام (بیش از 60 درصد) و مدول یانگ (بالغ بر 140 درصد) تاثیر بیشتری داشته و در مقابل ژرمانیوم انعطاف پذیری آلیاژ پایه را کمتر کاهش داده است. بررسی ها نشان داد جایگزینی کبالت با دو عنصر سیلیسیوم و ژرمانیوم به مقدار نه درصد اتمی باعث کاهش چشمگیر انعطاف پذیری خواهد شد. آنالیز حرارتی (DSC) نمونه های آلیاژی نشانگر هیچگونه واکنش یا استحاله فازی نبود. همچنین ظرفیت حرارتی نمونه ها به کمک نمودارهای آنالیز حرارتی و نیز اطلاعات حاصل از شبیه سازی با نرم افزار محاسبه گردید، به نظر می رسد رفتار منظمی بین ظرفیت حرارتی با نوع و مقدار عنصر آلیاژی وجود ندارد. در نهایت خواص مغناطیسی آلیاژها نیز مورد بررسی قرار گرفت که در این زمینه تاثیر ژرمانیوم بر خواص مغناطیسی بیشتر از تاثیر سیلیسیوم بر آلیاژ پایه بود. هرچند به طور کلی می توان تمام آلیاژهای این پژوهش را پارامغناطیس دانست. در مجموع به نظر می رسد بهبود خواص مختلف آلیاژ پایه در اثر اضافه کردن ژرمانیوم بهتر از نمونه های حاوی سیلیسیوم باشد.

