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The impact of chemical short-range order on the thermophysical properties of medium- and high-entropy alloys

  • The unusual behavior observed in the coefficient of thermal expansion and specific heat capacity of CrFeNi, CoCrNi, and CoCrFeNi medium/high-entropy alloys is commonly referred to as the K-state effect. It is shown to be independent of the Curie temperature, as demonstrated by temperature-dependent magnetic moment measurements. CoCrFeNi alloy is chosen for detailed characterization; potential reasons for the K-state effect such as texture, recrystallization, and second-phase precipitation are ruled out. An examination of the electronic structure indicates the formation of a pseudo-gap in the Density of States, which suggests a specific chemical interaction between Ni and Cr atoms upon alloying. Hybrid Monte Carlo/Molecular Dynamic (MC/MD) simulations indicate the presence of non-negligible chemical short-range order (CSRO). Local lattice distortions are shown to be negligible, although deviations around Cr and Ni elements from those expected in a fully disordered structure areThe unusual behavior observed in the coefficient of thermal expansion and specific heat capacity of CrFeNi, CoCrNi, and CoCrFeNi medium/high-entropy alloys is commonly referred to as the K-state effect. It is shown to be independent of the Curie temperature, as demonstrated by temperature-dependent magnetic moment measurements. CoCrFeNi alloy is chosen for detailed characterization; potential reasons for the K-state effect such as texture, recrystallization, and second-phase precipitation are ruled out. An examination of the electronic structure indicates the formation of a pseudo-gap in the Density of States, which suggests a specific chemical interaction between Ni and Cr atoms upon alloying. Hybrid Monte Carlo/Molecular Dynamic (MC/MD) simulations indicate the presence of non-negligible chemical short-range order (CSRO). Local lattice distortions are shown to be negligible, although deviations around Cr and Ni elements from those expected in a fully disordered structure are experimentally observed by X-ray absorption spectroscopy. The determined bonding distances are in good agreement with MC/MD calculations. A mechanism is proposed to explain the anomalies and calorimetric experiments and their results are used to validate the mechanism.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:A. F. AndreoliORCiD, Andrea FantinORCiD, S. KasatikovORCiD, V. P. BacurauORCiD, M. WidomORCiD, P. Gargarella, E. M. Mazzer, T. G. WoodcockORCiD, K. Nielsch, F. G. CouryORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Materials & Design
Jahr der Erstveröffentlichung:2024
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Elsevier B.V.
Jahrgang/Band:238
Aufsatznummer:112724
Erste Seite:1
Letzte Seite:15
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:General Materials Science; Mechanical Engineering; Mechanics of Materials
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Materialdesign
DOI:10.1016/j.matdes.2024.112724
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-595869
ISSN:0264-1275
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International
Datum der Freischaltung:04.03.2024
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:08.04.2024
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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