Síntese e caracterização estrutural, térmica e magnética da liga de alta entropia CrMnFeCoNi nano-estruturada obtida através de mechanical alloying

Abstract

Este trabalho buscou a produção de uma liga de alta entropia constituída pelos elementos: cromo, manganês, ferro, cobalto e níquel através da técnica mechanical alloying em um moinho de alta energia e caracterizou suas propriedades estruturais, térmicas e magnéticas. As caracterizações foram realizadas em intervalos de 5 horas de moagem, por um período total de 20 horas, além da caracterização os elementos em seus estados puros, fisicamente misturados. Após 5 horas de moagem obteve-se uma liga de alta entropia CrMnFeCoNi composta por duas fases, uma majoritária (75%) CFC e uma minoritária (25%) CCC. Em 10 horas de processamento essas frações foram de 81/19% e após 15 horas de moagem a liga apresentou apenas uma estrutura cristalina CFC. A liga obtida trata-se de um material nanoestruturado com cristalitos inferiores a 10 nm, para ambas fases formadas, que apresentaram tendência de redução em função do tempo de moagem. As componentes cristalina e interfacial da liga obtida apresentaram frações inicias de 43,50 e 56,5 % em 5 horas de moagem, para as respectivas componentes, com tendência de aumento da componente interfacial nos primeiros ciclos de moagem e aumento a partir de 15 horas de processamento. Os valores de difusividade térmica para a liga foram de 20,80, 6,9, 7,2, 5,2 e 5,3 mm2/s para os respectivos 0, 5, 10, 15 e 20 horas de moagem, mostrando comportamento geral de redução do valor em função do incremento do tempo de moagem. A capacidade calorífica à pressão constante que a liga apresentou foram de 469, 511, 539, 804 e 1374 J/kgK para os respectivos 0, 5, 10, 15 e 20 horas de moagem. A condutividade térmica da liga estimada indiretamente utilizando os resultados obtidos ao longo da pesquisa foram de 86,00, 27,9, 30,4, 33,4 e 58,4 W/mK para os respectivos 0, 5, 10, 15 e 20 horas de moagem, evidenciando aumento no valor conforme preconiza a literatura. Magneticamente a liga apresenta um comportamento de um material ferromagnético mole, apresentando baixa magnetização. A liga não apresenta saturação com o campo magnético de 20000 Oe aplicado. Os valores de magnetização máxima foram em torno de 2 emu/g, em relação à coercividade os valores ficaram em torno de 400 Oe enquanto que os valores obtidos de remanência foram em torno de 0,20 emu/g.

Abstract : This study aimed to produce a high-entropy alloy composed of the elements chromium, manganese, iron, cobalt, and nickel through the technique of mechanical alloying in a high- energy mill, and to characterize its structural, thermal, and magnetic properties. Characterizations were performed at 5-hour milling intervals, for a total period of 20 hours, in addition to characterizing the elements in their pure, physically mixed states. After 5 hours of milling, a CrMnFeCoNi high-entropy alloy was obtained, consisting of two phases: a predominant face-centered cubic (FCC) phase (75%) and a minor body-centered cubic (BCC) phase (25%). After 10 hours of processing, these fractions were 81/19%, and after 15 hours of milling, the alloy exhibited only a single FCC crystalline structure. The obtained alloy is a nanostructured material with crystallites smaller than 10 nm for both formed phases, which exhibited a tendency to reduce in size as a function of milling time. The crystalline and interfacial components of the obtained alloy initially presented fractions of 43.5% and 56.5%, respectively, with a tendency for the interfacial component to increase during the first milling cycles and a significant increase after 15 hours of processing. The thermal diffusivity values for the alloy were 20.80, 6.9, 7.2, 5.2, and 5.3 mm2/s for 0, 5, 10, 15, and 20 hours of milling, respectively, demonstrating a general decrease in value with increased milling time. The heat capacity at constant pressure exhibited by the alloy was 469, 511, 539, 804, and 1374 J/kgK for 0, 5, 10, 15, and 20 hours of milling, respectively. The thermal conductivity of the alloy, estimated indirectly using the results obtained throughout the research, was 86.0, 27.9, 30.4, 33.4, and 58.4 W/mK for 0, 5, 10, 15, and 20 hours of milling, respectively, showing an increase in value consistent with the literature. Magnetically, the alloy behaves as a soft ferromagnetic material with low magnetization. The alloy does not reach saturation under an applied magnetic field of 20000 Oe. The maximum magnetization values were around 2 emu/g, with coercivity values around 400 Oe and remanence values around 0.20 emu/g.