Geleneksel sinterleme ve spark plazma sinterleme yöntemlerinin nanokristal yapılı CoCrFeNi yüksek entropili alaşımın mikroyapısal özellikleri ve sertliği üzerine etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of conventional sintering and spark plasma sintering methods on the microstructural properties and hardness of nanostructured CoCrFeNi high entropy alloy
Yazar: Baloğlu, Ali Rıza; Tekin, Mustafa; Kotan, Hasan
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 41 No. 1, 2023
Anahtar kelimeler: Material Characterization ; Malzeme Karekterizasyonu ; Material Production Technologies ; Malzeme Üretim Teknolojileri ; Metals and Alloy Materials ; Metaller ve Alaşım Malzemeleri ; Powder Metallurgy ; Toz Metalurjisi ; Manufacturing Metallurgy ; Üretim Metalurjisi ; yüksek entropili alaşımlar,mekanik alaşımlama,geleneksel sinterleme,spark plazma sinterleme,mikroyapısal karakterizasyon ; high entropy alloys,mechanical alloying,conventional sintering,spark plasma sintering,microstructural characterization

CoCrFeNi YEA’ları mekanik alaşımlama yöntemiyle üretilerek geleneksel sinterleme ve spark plazma sinterleme yöntemleriyle konsolide edilmiştir. Sinterleme yöntemi ve sıcaklıklarının bir fonksiyonu olarak mikroyapıların incelenmesi için x-ışınları difraksiyonu (XRD), odaklanmış iyon demeti mikroskobu (FIB) ve geçirimli elektron mikroskobu (TEM) yöntemleri kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar, alaşımlanmış yapıların tek fazlı yüzey merkezli kübik (ymk) kristal yapıya sahip olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, aynı sıcaklıklarda uygulanan spark plazma sinterleme sonrasında alaşımların mikroyapılarında ymk kristal yapıya sahip matris fazına ilave olarak Cr7C3 fazının da oluştuğu tespit edilmiştir. Mekanik alaşımlanmış yapıların tane boyutu 10 nm civarında iken, 1000 ve 1100 °C’deki geleneksel sinterleme sonrasında tane boyutu sırasıyla 450 nm ve 1,5 µm değerlerine ulaşmış, bu da nanokristal yapılı CoCrFeNi alaşımının geleneksel sinterleme ile termal kararlığını koruyamadığını göstermektedir. Mekanik alaşımlanmış tozların spark plazma sinterleme ile 1100 °C’de konsolidasyonu sonrası YEA’nın tane boyutu yaklaşık 355 nm olarak elde edilmiş olup bu değer aynı sıcaklıkta geleneksel sinterleme ile elde edilmiş alaşımın tane boyutundan daha küçüktür. Buna göre, CoCrFeNi YEA’sının mekanik alaşımlama sonrası 4,6 GPa olarak tespit edilen sertliği, 1100 °C’deki geleneksel sinterleme sonrasında görülen tane büyümesi nedeniyle 2,1 GPa’ya düşmüş, ancak 1100 °C’de spark plazma sinterleme ile konsolidasyon sonucunda sertlik değeri 3,6 GPa olarak korunmuştur.

In the present study, CoCrFeNi HEAs were prepared in nanocrystalline structure and consolidated via conventional sintering and spark plasma sintering. Investigation of microstructures were implemented by using x-ray diffraction (XRD), focused ion beam microscopy (FIB), and transmission electron microscopy (TEM) with respect to sintering type and temperature. The findings have showed that the as-milled single-phase face centered cubic (fcc) crystal structure was retained after conventional sintering at 1000 and 1100 °C, whereas spark plasma sintering yielded additional phase (Cr7C3) at the same temperatures. The as-milled grain size was increased from 10 nm to 450 nm and 1.5 µm after conventional sintering at 1000 and 1100 °C, respectively, revealing that the nano-structured CoCrFeNi alloy does not remain thermally stable after long exposures at elevated temperatures. On the other hand, the grain size was retained around 353 nm after spark plasma sintering at 1100 °C, which is dramatically smaller than that of conventional sintering. Accordingly, the hardness of mechanically alloyed CoCrFeNi HEA reduced from 4.6 GPa to 2.1 GPa after conventional sintering at 1100 °C due to the significant grain growth, whereas the advanced hardness of 3.6 GPa was maintained after consolidation at the same temperature with spark plasma sintering.