Síntese por moagem mecânica e caracterização estrutural, magnética e térmica do material de alta entropia (AlNiCu)0,8(ZnSn)0,2

Abstract

O desenvolvimento de ligas de alta entropia representa uma abordagem alternativa à metalurgia tradicional. Pesquisas sobre este assunto cresceram significativamente desde publicações iniciais nos anos 2000. A liga (AlNiCu)0,8(ZnSn)0,2, inspirada em bronze e latão, foi selecionada para síntese, pois trata-se de uma proposição recente na literatura e enquadra-se em um nicho de ligas de alta entropia pouco explorado, os bronzes e latões de alta entropia. Foi adotada a síntese mecânica como solução para a mistura de reagentes com pontos de fusão incompatíveis (especialmente Zn e Ni) e seis amostras acompanhando as etapas de síntese foram produzidas. O material obtido foi caracterizado por difração de raios-X, magnetometria de amostra vibrante, calorimetria diferencial de varredura, espectroscopia de absorção fotoacústica, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva. Os padrões de difração e curvas calorimétricas indicam que a formação da fase (AlNiCu)0,8(ZnSn)0,2 inicia após a primeira hora de processamento, com fases intermediárias em coexistência até sua obtenção completa a partir de quatro horas. O material resultante tem uma estrutura hexagonal do tipo P63/mmc. O modelo estrutural proposto foi refinado pelo método de Rietveld, utilizando GSAS-II, com resultado ajuste aceitável para um material moído nano-estruturado (?? = 9,18%). A fase (AlNiCu)0,8(ZnSn)0,2 apresenta saturação magnética específica baixa (?? = 0,6 ??????/??) e coercividade comparável a materiais magnéticos semiduros (???? = 234,8 ????). As propriedades térmicas obtidas para calor específico (????,5h = 0,4398 ??/?? · ??), difusividade térmica (?? = 19,14 ????2 /??) e condutividade térmica (?? = 47,38 ??/?? · ??) enquadram (AlNiCu)0,8(ZnSn)0,2 como um material semelhante ao Ni puro e cuproníquel (Cu0,7Ni0,3). A combinação de observações leva à conclusão que a fase (AlNiCu)0,8(ZnSn)0,2 trata-se de um composto com múltiplos elementos principais em solução sólida aleatória característica de materiais de alta entropia.

The development of high-entropy alloys represents an alternative approach to traditional metallurgy. Research on this subject has grown significantly since initial publications in the 2000s. The alloy (AlNiCu)0.8(ZnSn)0.2, inspired by bronze and brass, was selected for synthesis, as it is a recent proposal in the literature and falls within a niche of relatively unexplored high-entropy alloys: high-entropy bronzes and brasses. Mechanical synthesis was adopted as a solution for mixing reagents with incompatible melting points (especially Zn and Ni), and six samples tracking the synthesis stages were produced. The obtained material was characterized by X-ray diffraction, vibratingsample magnetometry, differential scanning calorimetry, photoacoustic absorption spectroscopy, scanning electron microscopy, and energy dispersive spectroscopy. The diffraction patterns and calorimetric curves indicate that the formation of the phase (AlNiCu)0.8(ZnSn)0.2 begins after the first hour of processing, with intermediate phases coexisting until full formation is achieved after four hours. The resulting material has a hexagonal structure of the hP5-Ni2In type, compatible with the crystallographic identification file ICSD #57667. The proposed structural model was refined by the Rietveld method using GSAS-II, yielding an acceptable fit (R=9.18%) for a ground nano-structured high-entropy material. The phase (AlNiCu)0.8(ZnSn)0.2 exhibits low specific magnetic saturation (0.6 Oe) and coercivity comparable to semihard magnetic materials (234.8 Oe). The thermal properties obtained for specific heat (????,5h = 0,4398 ??/?? · ??), thermal diffusivity (?? = 19,14 ????2 /??), and thermal conductivity (?? = 47,38 ??/?? · ??) categorize (AlNiCu)0.8(ZnSn)0.2 as a material similar to Ni and cupronickel (Cu0.7Ni0.3). The combination of observations leads to the conclusion that the phase (AlNiCu)0.8(ZnSn)0.2 is a compound with multiple principal elements in a random solid solution, characteristic of high-entropy materials.