ЕНТРОПІЙНА ЕВОЛЮЦІЯ В СИСТЕМАХ СПЛАВІВ Ni–Co–(Fe–Mn)–(Cr–Cu): ВІД УПОРЯДКОВАНИХ ІНТЕРМЕТАЛІДІВ ДО ОДНОФАЗНИХ ВИСОКОЕНТРОПІЙНИХ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ
DOI:
https://doi.org/10.31319/2519-8106.1(54)2026.356606Ключові слова:
високоентропійні сплави, конфігураційна ентропія, інтерметаліди, термодинамічне моделювання, система Ni–Co, CALPHAD, ентропійний інжинірингАнотація
Перехід від традиційних інтерметалідів до високоентропійних сплавів (ВЕС) становить фундаментальну зміну парадигми сучасного матеріалознавства. Ця еволюція зумовлена вирішальною стабілізуючою роллю високої конфігураційної ентропії змішування, яка при збільшенні кількості компонентів переважає над ентальпійним внеском і пригнічує утворення крихких упорядкованих фаз.
У роботі виконано системний термодинамічний аналіз поступової еволюції сплавів на базі Ni–Co: від бінарного еквіатомного Ni₅₀Co₅₀ через четверний середньоентропійний Ni₂₅Co₂₅Fe₂₅Mn₂₅ до високоентропійного Ni₁₆.₆₇Co₁₆.₆₇Fe₁₆.₆₇Mn₁₆.₆₇Cr₁₆.₆₇Cu₁₆.₆₇.
Моделювання проведено з використанням інтегрованих методів: CALPHAD, ab initio DFT-розрахунків та чисельних обчислень у MATLAB для визначення ключових параметрів — конфігураційної ентропії змішування, ентальпії змішування та вільної енергії Гіббса (ΔG_mix) у широкому температурному діапазоні 300—1500 K.
Результати демонструють чітке логарифмічне зростання ΔSmix з збільшенням числа елементів: від 0,693R у бінарній системі до 1,792R у шестикомпонентній. Це зростання поступово послаблює ентальпійну перевагу впорядкованих фаз. У високоентропійному сплаві це забезпечує термодинамічну стабільність однофазного FCC-твердого розчину в усьому досліджуваному температурному інтервалі та практично повне виключення крихких інтерметалідних фаз.
Паралельно показано, що параметри структурної несумісності — різниця атомних радіусів δ (від 0,24 % до 1,19 %) та середня валентна електронна концентрація VEC (від 9,50 до 8,50) — залишаються в межах зон стабільності гранецентрованої кубічної структури (за критеріями Guo та ін.), навіть при вираженому спотворенні ґратки в HEA.
Дослідження формулює кількісні принципи «ентропійного інжинірингу» — цілеспрямованого керування фазовим складом шляхом варіювання кількості компонентів та ентропійного внеску. Запропоновано прогнозну термодинамічну модель, яка дозволяє прогнозувати критичні температури переходу та фазову стабільність без трудомістких експериментів. Модель має високу практичну цінність для розробки матеріалів спеціального призначення методом термохімічного пресування, що поєднує високу температуру, механічну деформацію та екзотермічні реакції для формування наноструктурованих сплавів.
Посилання
Rekabizadeh A., Yeganeh M., Baghal S. M. L. (2024). Methods for fabrication of high-entropy alloys. High-Entropy Alloys. P. 87–120. URL: https://doi.org/10.1016/b978-0-443-22142-2.00005-3
Cantor, B. (2020). Multicomponent high-entropy Cantor alloys. Progress in Materials Science, 100754. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2020.100754.
Belokon, Y., et al. (2023). Development of composite materials based on TiN - Mo cermets dur-ing thermochemical pressing. International Journal of Lightweight Materials and Manufacture, 6(4), 508-511. https://doi.org/10.1016/j.ijlmm.2023.05.006.
Belokon, Yu. O., et al. (2025). Design and thermodynamic evaluation of a multi-component high entropy alloy catalyst Al-Ni-Co-Fe-Cu-Mn under thermochemical pressing conditions. Mathe-matical Modeling, 1(52), 141–149. https://doi.org/10.31319/2519-8106.1(52)2025.330532.
Dewangan, S. K., et al. (2022). A review on High-Temperature Applicability: A milestone for high entropy alloys. Engineering Science and Technology, an International Journal, 101211. https://doi.org/10.1016/j.jestch.2022.101211.
Nene S. S. Microstructure and Mechanical Properties of High Entropy Alloys. High Entropy Alloys. Singapore, 2024. P. 99–175. URL: https://doi.org/10.1007/978-981-99-7173-2_4.
Garcia Filho, F. D. C., Ritchie, R. O., Meyers, M. A., Monteiro, S. N. (2022). Cantor-derived medium-entropy alloys: bridging the gap between traditional metallic and high-entropy alloys. Journal of Materials Research and Technology, 17, 1868–1895. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.01.118.
Mazitov, A., et al. (2024). Surface segregation in high-entropy alloys from alchemical machine learning. Journal of Physics: Materials, 7 025007. https://doi.org/10.1088/2515-7639/ad2983.
Metastable high entropy alloys / X. Liu et al. Applied Physics Letters. 2022. Vol. 120, 12. P. 120401. URL: https://doi.org/10.1063/5.0091351.
Soni V. Phase Transformations in Refractory High Entropy Alloys : thesis. 2019. 132 p. URL: https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc1538735/
Rekabizadeh A., Yeganeh M., Baghal S. M. L. Methods for fabrication of high-entropy alloys. High-Entropy Alloys. 2024. P. 87–120. URL: https://doi.org/10.1016/b978-0-443-22142-2.00005-3
Cantor, B. Multicomponent high-entropy Cantor alloys. Progress in Materials Science. 2020. 100754. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2020.100754.
Belokon, Y., et al. Development of composite materials based on TiN - Mo cermets during thermochemical pressing. International Journal of Lightweight Materials and Manufacture. 2023. 6(4), 508-511. https://doi.org/10.1016/j.ijlmm.2023.05.006.
Бєлоконь Ю.О. та ін. Розробка та термодинамічна оцінка багатокомпонентного високоентропного сплавного каталізатора Al-Ni-Co-Fe-Cu-Mn в умовах термохімічного пресування. Математичне моделювання. 2025. № 1(52). С. 141–149. DOI: 10.31319/2519-8106.1(52)2025.330532.
Dewangan, S. K., et al. A review on High-Temperature Applicability: A milestone for high entropy alloys. Engineering Science and Technology, an International Journal. 2022. 101211. https://doi.org/10.1016/j.jestch.2022.101211.
Nene S. S. Microstructure and Mechanical Properties of High Entropy Alloys. High Entropy Alloys. Singapore, 2024. P. 99–175. URL: https://doi.org/10.1007/978-981-99-7173-2_4.
Garcia Filho, F. D. C., Ritchie, R. O., Meyers, M. A., Monteiro, S. N. Cantor-derived medium-entropy alloys: bridging the gap between traditional metallic and high-entropy alloys. Journal of Materials Research and Technology. 2022. 17, 1868–1895. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.01.118.
Mazitov, A., et al. Surface segregation in high-entropy alloys from alchemical machine learning. Journal of Physics: Materials. 2024. 7 025007. https://doi.org/10.1088/2515-7639/ad2983.
Metastable high entropy alloys / X. Liu et al. Applied Physics Letters. 2022. Vol. 120, 12. P. 120401. URL: https://doi.org/10.1063/5.0091351.
Soni V. Phase Transformations in Refractory High Entropy Alloys : thesis. 2019. 132 p. URL: https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc1538735/
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
a. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
b. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
c. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
