Manufacturing and characterization of RHEAs belonging to the Al-Mo-Nb-Ta-Ti-Zr system

Since 2010, refractory high-entropy alloys (RHEAs) are being intensively studied due to their excellent high temperature performances. This thesis work focuses on the manufacturing and characterization of RHEAs belonging to the Al-Mo-Nb-Ta-Ti-Zr system. Specifically, these alloys were manufactured both by the laser powder bed fusion (LPBF) additive manufacturing process and by the spark plasma sintering (SPS) technique. To reduce the cracking susceptibility of the equiatomic MoNbTaTiZr alloy when processed by LPBF, pure B particles were added to the RHEA powder batch. This induced the in-situ precipitation of boride particles during LPBF. These particles limited the grain growth, thus allowing a more homogeneous strain distribution during solidification and avoiding the formation of cracks. The possibility to probe an extended compositional range within a single component was exploited by means of the SPS technique. More specifically, a dual-component disk with one half made of MoNbTaTiZr and the other half AlMoNbTaTiZr was produced. After heat treatments, multiple zones with a gradually decreasing content in Al were observed. For each region, microstructural and mechanical characterization were conducted. Eventually, compressive mechanical properties of the sintered MoNbTaTiZr and AlMoNbTaTiZr alloys were assessed by testing cylindrical samples.

A partire dal 2010, le leghe refrattarie ad alta entropia (refractory high-entropy alloys, RHEAs) sono oggetto di un intenso studio per via delle loro eccellenti prestazioni ad alta temperatura. Questo lavoro di tesi si concentra sulla produzione e sulla caratterizzazione di RHEA appartenenti al sistema Al-Mo-Nb-Ta-Ti-Zr. In particolare, queste leghe sono state prodotte sia con il processo di manifattura additiva di tipo laser powder bed fusion (LPBF) sia con la tecnica spark plasma sintering (SPS). Per ridurre la suscettibilità della lega equiatomica MoNbTaTiZr alle cricche durante la lavorazione LPBF, sono state aggiunte particelle di B puro al lotto di polvere RHEA. Ciò ha indotto la precipitazione in situ di particelle di boruro durante la LPBF. Queste particelle hanno limitato la crescita dei grani, permettendo così una distribuzione più omogenea delle deformazioni durante la solidificazione ed evitando la formazione di cricche. La possibilità di sondare un intervallo compositivo esteso all'interno di un singolo componente è stata sfruttata mediante la tecnica SPS. In particolare, è stato prodotto un disco bicomponente con una metà in MoNbTaTiZr e l'altra metà in AlMoNbTaTiZr. Dopo i trattamenti termici, sono state osservate multiple zone con un contenuto di Al gradualmente decrescente. Per ogni regione sono state condotte caratterizzazioni microstrutturali e meccaniche. Infine, le proprietà meccaniche in compressione delle leghe sinterizzate MoNbTaTiZr and AlMoNbTaTiZr sono state valutate testando campioni cilindrici.