Alの構造と選択された特性

Scientific Reports volume 12、記事番号: 14194 (2022) この記事を引用

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研究の目的は、液体状態から 2 つの異なる冷却速度で製造された二相構造の Al65Cr20Fe15 合金と多相構造の Al71Cr24Fe5 合金に関するデータを補足することでした。構造的に複雑な Al65Cr27Fe8 相の存在は、中性子回折、化学組成の分析を伴う走査型電子顕微鏡、および透過型電子顕微鏡によって確認されました。さらに、液体状態からの両方の冷却速度において、γ-真鍮構造を有する Al8Cr5 相が Al71Cr24Fe5 合金で確認されました。構造的に複雑な合金には興味深い特徴があるため、電気化学試験を行った後の耐摩耗性、磁気特性、腐食生成物が検査されました。ピンオンディスク測定に基づくと、Al71Cr24Fe5 多相合金 (μ ≈ 0.6) と比較して、Al65Cr20Fe15 合金 (μ ≈ 0.55) の方が摩擦係数が低いことが観察されました。二相 Al65Cr20Fe5 合金（HV0.1 = 917 ± 30）の平均硬度は、文献に記載されている多相 Al71Cr24Fe5 合金（HV0.1 = 728 ± 34）および単相 Al-Cr-Fe 合金と比較して高かった。さらに、急速凝固が硬度に及ぼす有益な効果が実証されました。合金 Al65Cr20Fe15 および Al71Cr24Fe5 は常磁性挙動を示しましたが、急速に凝固した Al71Cr24Fe5 合金は磁気特性の増加を示しました。研究された合金は、電気化学試験後の不動態層の存在によって特徴づけられました。不動態層の安定化に対するクロムのプラスの効果により、Al71Cr24Fe5 合金の表面にはより多量の酸化物が記録されました。

複合金属合金 (CMA) は金属間結晶性化合物です。 CMA は構造的に複雑な合金相 (SCAP) で構成されています1。それらは、数千の原子で構成される大きな単位胞によって特徴付けられます。セル内に数十個の原子を含む結晶 2、準結晶、およびその近似結晶 3 は、SCAP 型構造とみなされます。複雑な金属合金は、高い硬度、低い摩擦係数、優れた耐食性などの興味深い物理化学的特性を示します4,5。さらに、構造欠陥のない SCAP は、高度な磁気秩序によって特徴付けられます 6。構造的に複雑な構造を持つ合金の一連の独特な特性は、古典的な結晶格子の原子構造の違いによる電子とフォノンの輸送の違いから生じます 2,7。このグループの材料開発の主な制限は、構造的に複雑な単相合金の製造と、それを説明するための計算的および理論的リソースです6。物理化学的特性に基づいて、複雑な金属合金には、熱電材料、触媒材料、および構造材料 (特に、高負荷衛星部品) としての潜在的な用途があります 3,5,6。 CMA は摩擦係数が低いため、複合材料またはコーティング材料として適用できます4、5、8。

Al-Cr-Fe、Al-Cu-Fe、Al-Cu-Fe-Cr 合金は、構造的に複雑な合金相が存在するため、CMA として分類されました4。 γ-真鍮相の発生は、Al-Cr9,10、Al-Cr-Fe2,4,8,11,12,13,14、Al-Cu15,16、および Al-Cr9,10 の準結晶およびその近似結晶の調製中によく観察されました。 Al-Cu-Cr17,18 化学組成12. Dong9 は、γ-真鍮相は準結晶に近似していると述べました。同様に、Veys et al.19 は、Al65Cr27Fe8 の相が、準結晶正二十面体相および十角形相の近似物と考えられるγ-真鍮構造を有する CMA 化合物であることを示しました。他の出版物 4,11 では、構造的に複雑な合金である Al64.2Cr27.2Fe8.1 および Al66.9Cu11.6Fe11.6Cr10.6 合金が、直径 20 mm のロールの形で粉末を熱間焼結することによって製造され、その後、熱処理。Ｘ線回折分析に基づいて、Ａｌ６４．２Ｃｒ２７．２Ｆｅ８．１合金についてはＡｌ８Ｃｒ５相が同定され、Ａｌ６６．９Ｃｕ１１．６Ｆｅ１１．６Ｃｒ１０．６合金についてはＡｌ６．５Ｃｒ０．５Ｃｕ２Ｆｅ相が同定された。著者ら 11 は、Al8Cr5 相 (γ-真鍮) は Al65Cr27Fe8 相と等構造であると結論付けています。

この研究の目的は、液体状態から 2 つの異なる冷却速度で製造された Al65Cr20Fe15 合金と Al71Cr24Fe5 合金の詳細な構造研究を提供することでした。以前の研究 20 に加えて、これらの合金はこれまで構造に関して説明されていませんでした。さらに、CMA を含む Al-Cr-Fe 合金、特に二元および多相構造の興味深い特性を確認する実験データがまだいくつかあります 4,5。耐摩耗性、硬度、磁気的挙動、腐食後の表面の化学組成など、選択された特性の結果が分析されました。

純度 99.99% の Al、Cr、Fe の化学元素を、コランダムるつぼ (Φ = 30 mm、H = 45) 内のアルゴン保護雰囲気中で、適切な原子分率 (Al71Cr24Fe5 および Al65Cr20Fe15 at.%) で誘導炉で溶解しました。 mm）その後Ar冷却した。重量 50 g で製造されたインゴットを再溶解し、加圧下で液体状態から冷却速度を上げて（冷却速度約 103 K/s の高圧ダイカスト法）、水冷銅鋳型（90 倍）に鋳造しました。 80 × 45 mm）のプレートの形（30 × 10 × 1 mm）。これらの合金については、X 線回折、光学顕微鏡観察、メスバウアー分光法、示差走査熱量測定、および電気化学測定が以前の出版物に記載されています 20。

中性子回折研究は、ブダペスト中性子センターの MTEST 中性子粉末回折計で実施されました。波長 λ = 0.1446 nm の中性子を選択する Cu(111) モノクロメーターを使用しました。測定された 2θ 範囲は 10° ～ 140° でした。この設定により、サンプル内に存在するさまざまな位相を識別するのに十分な q 範囲と分解能が可能になりました。

インゴット構造の観察は、EDX 分析を備えた後方散乱電子 (BSE) モードの走査型電子顕微鏡 (Supra 35、Carl Zeiss) を使用して行われ、相の化学組成のマップを特定しました。

高分解能透過型電子顕微鏡 (HRTEM) を使用して、S/TEM TITAN 80-300 を使用して選択領域 (SAED) からの電子回折、構造、および形態を測定しました。 HRTEM観察用のサンプルは粉末化しました。

保磁力 (Hc) と飽和磁化 (Ms) は、10 kOe までの磁場の関数としての磁化の変化から決定されました。磁気特性は、LakeShore 7307 振動サンプル磁力計を使用して記録されました。

トライボロジー試験は、CSM Instruments を使用したピンオンディスク法を使用して実行されました。実験は、半径 26 mm、高さ 3 mm の円筒形のインゴットで実行されました。摩耗痕跡の半径は８ｍｍであった。直径 6 mm の 100C6 鋼製のボールをカウンターサンプルとして使用しました。線速度は０．０１ｍ／ｓ、荷重は１０Ｎとした。磨耗跡の観察は、摩擦試験後の幅の測定とともに、走査型電子顕微鏡 (Supra 35、Carl Zeiss) によって実行されました。硬度試験は、Future Tech FM-700 ビッカース硬度試験装置を使用し、100 g の荷重で 15 秒間実行されました。

25℃、3.5% NaCl溶液中での腐食試験後の板状のAl65Cr20Fe15およびAl71Cr24Fe5サンプルの表面の腐食生成物をX線光電子分光法(XPS)によって測定した。 UHVクラスター内の超高真空（10−9Torr）下で動作する物理エレクトロニクス（PHI 5700/660）分光計と単色Al Kα X線源（1486.6 eV）を使用した深さプロファイルモード（DP-XPS）を使用しました。。両方の試験サンプルは、最初に少なくとも 1 時間、真空 (10-8 Torr) 下に保持されたプレチャンバーに保管され、次に測定チャンバーに移されて分析されました。サーベイスペクトルは、187.85 eV の通過エネルギーで測定されました。深さプロファイル (DP-XPS) 分析は、集束 1.5 kV Ar+ ビームを 15 分間使用し、測定の合間にスパッタリングを行いながら実行されました。 DP-XPS 分析で収集されたコアレベルのラインは、23.5 eV の通過エネルギーで測定されました。取得されたすべての XPS データは、内部参照データベースを含む MultiPak 9.7 ソフトウェアを使用して分析され、NIST XPS データベースと比較されました。

この記事には、著者らによって行われた人間の参加者または動物を対象とした研究は含まれていません。

20 で発表された XRD 法による相分析に基づいて、Al65Cr20Fe15 合金は二元相構造 (インゴット: Al65Cr27Fe8 (SCAP) + Al12.59Fe6.41、プレート: Al65Cr27Fe8 (SCAP) + Al5.6Fe2) によって特徴付けられました。 Al71Cr24Fe5 合金、多相 (インゴット: Cr + Al65Cr27Fe8 (SCAP) + Al8.26Cr4.74 + Al2Cr + Fe2CrAl + Al8Cr5 + Al45Cr7、プレート: Cr + Al65Cr27Fe8 (SCAP) + Al8.26Cr4.74 + Al2Cr + Fe2CrAl + Al8Cr5 + Al45Cr7)。インゴットの構造内に同定された相の存在は、図 1 の中性子回折図の分析によって確認されました。Al71Cr24Fe5 では、一致する反射の数が少ないため、Fe2CrAl 相と Cr 相の存在は除外されました。さらに、観察は、Al65Cr20Fe15 については図 2、Al71Cr24Fe5 合金については図 3 に示されている EDX 分析とともに BSE モードの走査型電子顕微鏡を使用して実行されました。 SEM 観察により、Al65Cr20Fe5 合金の構造中に 2 つの相が存在することが確認されました。提示された EDX マップにより、合金マトリックスは Al65Cr27Fe8 (SCAP) 相で構成され、強化相の役割は Al12.59Fe6.41 によって果たされたと推測できます。 Al71Cr24Fe5 合金の個々の相の識別は、多くの相が存在するため困難でした。ただし、Al65Cr20Fe8 (SCAP) 相の存在を示唆する鉄が豊富な領域が特定されました。 Al-Cr 相は樹枝状構造を形成しました。

インゴット状の Al65Cr20Fe15 (a) および Al71Cr24Fe5 (b) 合金の ND パターン。

インゴットの形態の Al65Cr20Fe15 合金の EDX マップ。

インゴットの形態の Al71Cr24Fe5 合金の EDX マップ。

さらに、透過型電子顕微鏡を使用した研究は、図1〜3に示されています。４、５を実施しました。Ａｌ６５Ｃｒ２０Ｆｅ１５合金の構造中に２つの相が存在すること、およびＡｌ７１Ｃｒ２４Ｆｅ５中に複数の相が存在することは、図１および２の領域からの選択視野電子回折（ＳＡＥＤ）パターンによって確認された。 4aと5a。 TEM 検査は、プレート状のサンプルに対して実行されました。 SAED 分析により ND 結果が確認されました。逆フーリエ変換 (IFT) 画像には、結晶構造の特徴である、原子の規則正しい構造を持つ領域も示されています。マークされた結晶領域の面間隔は、d = 0.458 nm (図4b)およびd = 0.368 nm (図5b)でした。明らかにされた d 間隔の値は、Al65Cr27Fe8 相の面間隔と非常に近いことが判明しました。

Al65Cr20Fe15 プレートの HRTEM 画像 (a)、IFT 画像 (b)、および SAED パターン (c)。

Al71Cr24Fe5 プレートの HRTEM 画像 (a)、IFT 画像 (b)、および SAED パターン (c)。

Al-Cr-Fe 合金は、主に構造的に複雑な相の形成という観点から文献に記載されています。 Ura-Binczyk ら 4,11 は、金属間化合物粉末のホットプレス焼結によって製造され、熱処理された Al64.2Cr27.2Fe8.1 の多結晶合金を研究しました。著者ら11は、XRDによって同定されたγ-Al8Cr5相がAl65Cr27Fe5と同構造であることを指摘した。この研究では、Al65Cr27Fe6 相の格子パラメータは、六角形表記で a = b = 12.6963 および c = 7.9211、それらの間の角度 α = β = 90°および γ = 120°であり、これは論文で報告されたデータと一致しています11。、16． Veys et al.19 が発表した報告によれば、Al65Cr27Fe8 の相はγ-真鍮構造を持ち、立方晶 Al9Cr4 (格子パラメータ a = 9.4 Å) と等構造です。

この研究では、多相 Al71Cr24Fe5 合金について、両方の冷却速度で Al8Cr5 相も特定されました。格子パラメータ a = b = c = 7.8050 および α = β = γ = 109.127°は、菱面体晶系に対応する α-Al8Cr5 相に対応します。単位格子セルのパラメータは説明と一致しています12。 10、12、21 によれば、菱面体晶構造の Al8Cr5 相は γ-真鍮構造を持っています。

さらに、その結果は、Al-Cr-Fe ベースの合金を鋳造した研究と比較されました13。 Al66Fe22Cr12 合金の SEM 画像には、α-Al8Cr5 と Al5Fe2 の 2 つの相が示されています。微細構造は、図 2 に示した Al65Cr20Fe1513 の微細構造と同様です。

多くの研究者は、数千個の原子で構成される高対称性クラスターと単位格子に関連する特定の電子構造のため、複雑な金属合金の表面特性を研究しています。準結晶は、複雑な金属合金のグループに含まれており、低い摩擦係数と高い耐摩耗性を特徴としています2。耐摩耗性を説明するために、ピンオンディスク法を使用したトライボロジー試験が実施されました。記事 22 に記載されているパラメータを使用してテスト測定を実行しましたが、線速度 0.05 m/s と距離 8 m が低く、荷重も比較的低かったため (FN = 2 N)、明らかな摩耗の兆候は観察されませんでした。。 23 で説明されているパラメータを使用しました。図6は、インゴットの形態のAl65Cr20Fe15およびAl71Cr24Fe5のピンオンディスク中に記録された摩擦係数の距離依存性のグラフを示しています。研究の初期段階では、摩擦係数が約 0.46 (Al65Cr20Fe15) および 0.5 (Al71Cr24Fe5) の値に減少したことが観察できました。 25 m の距離を離れると徐々に増加が見られ、安定化が起こり、摩擦係数の平均値は Al71Cr24Fe5 では 0.6、Al65Cr20Fe15 では 0.55 でした。実施された測定に基づくと、Al65Cr20Fe15 二相合金は、Al71Cr24Fe5 多相合金と比較して摩擦係数が低いという特徴があることがわかります。

滑り距離の関数における摩擦係数の関係としての、Al65Cr20Fe15 および Al71Cr24Fe5 (インゴット) のピンオンディスク曲線。

ピンオンディスクテストの結果も24に記載されており、コーティングに使用されたAl-Cu-Fe-Cr合金とAl-Cu-Fe合金を比較しました。クロムを添加した化学組成の場合、摩擦係数は、この記事で説明した Al65Cr20Fe15 および Al71Cr24Fe5 合金 (μ ≈ 0.6)24 の結果と同様であると比較できます。 Dubois et al.25,26 は、異なる化学組成を持つ CMA 合金のトライボロジー試験の結果を比較しました。この出版物では、斜方晶系の Al-Cr-Fe 合金および γ-Al-Cr-Fe 合金の摩擦係数の値は 0.5 ÷ 0.6 の範囲にあります。ただし、出版物 25、26 では、ピンオンディスクの研究は真空下で実施されたことに注意する必要があります。著者ら 25,26 は、特性摩擦値が大気中よりも低いことに注目しました。これは、酸化皮膜が摩擦係数の測定値に大きく影響するためである。私たちの研究で説明されている合金が二元多相であるという事実を考慮すると、耐摩耗性は単相合金と同様であると想定できます25、26。

図 7 は、SEM によって調査された摩耗痕跡の形態を示しています。塑性変形、層間剥離、酸化という 3 種類の摩耗メカニズムが形成の痕跡を支配していることが観察できました。摩耗メカニズムの特定は、論文 27 に記載された結果によって裏付けられました。 Duckham ら 28 は、準結晶 Al-Pd-Mn 合金および Al-Ni-Co 合金の耐摩耗性を調査しました。顕微鏡法を使用したピンオンディスクテスト後にも摩耗跡が観察されました。著者ら 28 は、研究した Al65Cr20Fe15 および Al71Cr24Fe5 合金にも現れる特徴的な亀裂に注目しました。このメカニズムは、最大引張応力を示す脆性材料の特徴であるリング亀裂として 28 と呼ばれます。記事 28 では、材料の部分的な除去、つまり層間剥離についても説明しています。 Dubois et al.25、26 の出版物には、空気雰囲気によって引き起こされるピンオンディスクテスト中の酸化現象が記載されており、この酸化現象は SEM を使用して酸化物の破片の形で観察されました。さらに、摩耗跡幅の測定を行ったところ、その平均値は、Ａｌ６５Ｃｒ２０Ｆｅ１５合金では１．２３（±０．０５）、Ａｌ７１Ｃｒ２４Ｆｅ５合金では１．２７（±０．０７）であった。しかし、文献には、同様の合金および同じ実験条件での摩耗跡の幅に関するデータがありません。

(a、b) Al65Cr20Fe15、(c、d) インゴットの形の Al71Cr24Fe5 合金のピンオンディスク摩擦トラックの表面形態。

インゴットおよび板状の Al65Cr20Fe15 合金および Al71Cr24Fe5 合金のビッカース法による平均硬度測定の結果と標準偏差を棒グラフの形で図 8 に示します。二相構造は平均値 917 (± 30) HV0.1 を示しましたが、多相 Al71Cr24Fe5 は 728 (± 34) HV0.1 でした。両方の化学組成の場合、Al65Cr20Fe15 では 943 (± 20) HV0.1、および 802 (± 43) HV0.1 という値が得られたため、液体状態の冷却速度の増加を適用したことの明らかな効果が観察されました。 Al71Cr24Fe5の場合。得られた値は、γ-Al-Cr-Fe の硬度が 700 HV をわずかに超えるという文献 25,26 の比較データから興味深いと思われます。別の記事2では、γ-Al67.6Cr23.3Fe9.1 840 (± 50) HV のビッカース硬さの平均値を示しています。

インゴットおよび板状の Al65Cr20Fe15 合金と Al71Cr24Fe5 合金の硬度の比較。

Dubois29 によれば、準結晶と格子の優れた近似結晶は、約 50 K から融点までの広い範囲で反磁性特性を特徴とします。とりわけ、準結晶 Al-Cu-Fe 合金は 2 ～ 300 K (-271 ～ 27 ℃) の温度で反磁性特性を示しました。論文 30 によれば、Al-Cu-Fe 合金の常磁性特性は、結晶相または構造欠陥の関与によって生じます。 Al86Cr8Fe631、Al61.3Cr31.1Fe7.632、Al80Cr15Fe533 合金は常磁性特性によって特徴づけられました。 Bihar et al.32 によれば、γ-AlCrFe 近似では、鉄原子が磁気モーメントのキャリアです。したがって、調査した合金の構造には 2 つ以上の相が存在するため、磁気試験は現在の知識を大幅に補足するものと思われます。特に、構造的に複雑な合金の磁気特性に関するデータはまだ少量しか存在しないためです。インゴットおよびプレートの形態の Al65Cr20Fe15 および Al71Cr24Fe5 の磁場の関数における磁化の変化を図 9 に示します。飽和磁化 (Ms) と保磁力 (Hc) の値を表 1 に示します。多くの研究で、磁気特性に対する構造の影響が観察されました。 Al65Cr20Fe15合金の場合、インゴット形状の方が飽和磁化が高かった。関係は逆であり、Al71Cr24Fe5 組成のインゴットではより低い値が認められました。両方の化学組成のプレートの保磁力は数倍高かった。これは、液体状態からの冷却速度の影響による構造の変化に関連している可能性があります。ナノ結晶構造を有する Fe 基合金の研究 34 では、アニーリング後の粒子成長に起因する保磁力の変化が観察されました。この研究では、鋳造条件の増加が構造の断片化につながるため、逆の現象が観察されました。研究された合金は常磁性特性を示しました。得られた結果に基づいて、Al65Cr20Fe15 合金では液体状態からの冷却速度の増加、Al71Cr24Fe5 合金では増加に伴う磁気特性の低下が見られます。単相 Al80Cr15Fe5 SCAP 型合金の常磁性特性も 2,33 に記載されています。さらに、多結晶で構造的に複雑な Al86Cr6Fe631 および Al61.3Cr31.1Fe7.632 合金は常磁性体として以前に文献に記載されています。実施された研究に基づいて、Al65Cr20Fe15 および Al71Cr24Fe5 合金に結晶相が存在しても、室温での磁気特性は変化しないと結論付けることができました。

インゴット (a) およびプレート (b) の形態の Al65Cr20Fe15 および Al71Cr24Fe5 合金の室温での磁化 (M) と磁場 (µ0H) の関数。

Al-Cr-Fe 合金の耐食性は論文で報告されています20。時間の関数としての開路電位の電気化学的測定および動電位分極曲線は、温度 25 °C の 3.5% NaCl 水溶液中で記録されました。電気化学的インピーダンス分光法テストも実施されました。研究した Al-Cr-Fe 合金の EOCP、Ecorr、Rp、jcorr などの電気化学パラメータは変化しており、これは腐食メカニズムの違いを示しています。中でも、板状の Al65Cr20Fe5 合金は正の値に近い腐食電位を示しましたが、Al71Cr24Fe5 板ではより高い分極抵抗が観察されました。腐食生成物の分析は、材料の腐食挙動を評価するのに役立つツールです。したがって、この記事では、腐食試験後の板状の Al65Cr20Fe15 合金および Al71Cr24Fe5 合金の XPS 分析の結果を示します35。

板状の Al65Cr20Fe15 (a) および Al71Cr24Fe5 (b) の表面の XPS 調査スペクトルを図 10 に示します。特徴的なピーク (O1s、C1s、Al2s、Al2p、Cr2p、Cr3p) とオージェスペクトル ( O KLL および C KLL) が特定されました。酸素の結合エネルギーに比べて強度が高い場合は、テストしたプレートに不動態層が形成されていることを示している可能性があります。図11および12は、それぞれAl65Cr20Fe15およびAl71Cr24Fe5プレートの深さプロファイル測定中に取得されたAl2p、Cr2p、Fe2p、O1sのXPSコアレベルラインを示しています。表面でお気づきのとおり、酸化物に特有の高い結合エネルギーの Al2p および Cr2p ピークが明白です。これらの結果は、Al2O3 と Cr2O3 の不動態層の形成を示しています。アルゴンビームによる連続原子層の除去に加えて、純粋なアルミニウムおよびクロム元素としては、Al2p および Cr2p が一般的です。どちらのプレートサンプルでも、Fe2p 線は金属鉄の典型的なもので、スピン軌道分裂が約 ΔE ≈ 12.8 eV であることは注目に値します。 Al65Cr20Fe15 (a) および Al71Cr24Fe5 (b) プレートの XPS 深さプロファイルを図 13 に示します。スパッタリング時間と深さが増加するにつれて、分析されたサンプルでは C1s の原子濃度のパーセンテージが大幅に低下し、通常は炭素不純物の存在が示されました。表面に蓄積されます。 O1の場合も同様の傾向が見られます。スパッタリングの初期段階での酸素は、不動態層によって形成された酸素と重なる表面上の典型的な不純物としての酸素の存在を示している可能性があります。アルゴンビームの連続する原子層が除去され、テストされる材料の深さが増すにつれて、Al、Cr、Fe の原子濃度が表面よりも高くなります。

25 °C、3.5% NaCl 溶液中での腐食試験後の板状の Al65Cr20Fe15 (a) および Al71Cr24Fe5 (b) 合金の XPS 調査スペクトル。

25 °C、3.5% NaCl 溶液中での腐食試験後の Al65Cr20Fe15 プレートの Al2p (a)、Cr2p (b)、Fe2p (c)、O1s (d) の XPS コアレベルライン。

25 °C、3.5% NaCl 溶液中での腐食試験後の Al71Cr24Fe5 プレートの Al2p (a)、Cr2p (b)、Fe2p (c)、O1s (d) の XPS コアレベルライン。

25 °C、3.5% NaCl 溶液中での腐食試験後の板状の Al65Cr20Fe15 (a) および Al71Cr24Fe5 (b) 合金の DP-XPS 結果。

研究データ 1 によれば、Al-Cr-Fe 合金は、特に Al と Cr の割合が高い場合に優れた耐食性を特徴とするはずです。これらの要素は不動態化され、さらなる腐食に対する保護層の形成を可能にします。さらに、Ott et al.36 は、多結晶 γ-Al64.2Cr27.2Fe8.1 合金を研究しました。結果 36 に基づいて、不動態層の安定化にはクロムの添加が必要であることがわかりました。したがって、Cr2O3 は、耐食性にプラスの影響を与えるクロム含有量の高い Al71Cr24Fe5 合金として特定されました。

ND、SEM-EDX、および TEM 法を使用した構造研究により、Al65Cr20Fe15 合金には 2 つの相が存在し、Al71Cr24Fe5 には複数の相が存在することが確認されました。両方の合金は、構造的に複雑な合金相、Al65Cr27Fe8 の存在によって特徴づけられました。 γ-真鍮構造を有するAl8Cr5相は、インゴットおよび板状のAl71Cr24Fe5合金について同定された。

二相 Al65Cr20Fe15 合金は、多相 Al71Cr24Fe5 と比較して低い摩擦係数を示しました。摩擦係数の値は、ピンオンディスク試験中の空気雰囲気を変えた場合、文献に記載されている単相 CMA 合金の場合と同様でした。

適用された冷却速度が硬度に及ぼす有益な効果が、両方の化学組成で実証されました。二元相 Al65Cr20Fe5 合金は、文献に記載されている多相 Al71Cr24Fe5 合金および単相 Al-Cr-Fe 合金と比較して、より高い硬度値を特徴としています。

研究されたAl65Cr20Fe15およびAl71Cr24Fe5合金は常磁性特性を示しました。 Al71Cr24Fe5合金は、液体状態の冷却速度が増加すると磁気値の増加を示した。

研究対象の Al65Cr20Fe15 および Al71Cr24Fe5 合金は、電気化学試験後の不動態酸化物層の存在によって特徴づけられました: Al65Cr20Fe15 (Al2O3) および Al71Cr24Fe5 (Al2O3 + Cr2O3)。不動態層を安定化させるクロム含有量が高いため、Al71Cr24Fe5 合金の表面の酸化物の強度がより高いことが記録されました。

現在の研究中に生成された、および/または研究中に分析されたデータおよび資料は、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

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この研究は、研究プロジェクト番号 2 の下でポーランド国立科学センターによって支援されました。 2018/29/B/ST8/02264 およびシレジア工科大学機械工学部の法定補助金 no. 10/010/BKM22/1107。

工学材料および生体材料学部、シレジア工科大学、Konarskiego 18a、44-100、グリヴィツェ、ポーランド

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A. ザカール & I. ディマン

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KM-Ż。そしてRBは実験の方法論と仮定を開発しました。 WP は、ピンオンディスクと走査電子顕微鏡による研究を実施し、解釈しました。 RB は透過型電子顕微鏡を使用して構造解析を実施しました。 D.Ł. HRTEM観察を行いました。 AB は XPS 研究を実施し、解釈しました。 PG は VSM テストを実施しました。 IDとASは中性子回折を利用した研究と分析を実施した。 KM-Ż。ビッカース硬さの測定を実施し解釈しました。 KM-Ż。原稿の本文を書きました。 RB は研究作業の監督を担当しました。著者全員が原稿を確認し、承認しました。

K. Młynarek-Żak または R. Babilas への通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

Młynarek-Żak、K.、Pakieła、W.、Łukowiec、D. 他構造的に複雑な合金相が存在する Al-Cr-Fe 合金の構造と選択された特性。 Sci Rep 12、14194 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-17870-0

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受信日: 2022 年 5 月 29 日

受理日: 2022 年 8 月 2 日

公開日: 2022 年 8 月 20 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-17870-0

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