ОБРАЗОВАНИЕ НАУКА И ИННОВАЦИОННЫЕ ИДЕИ В МИРЕ
https://scientific-jl.org/obr
Выпуск журнала №-71
Часть–1_ июня–2025
283
2181-
3187
YUQORI ENTROPIYALI QUYMALAR
Demegenov Ilxam Alibek o’g’li
Berdaq nomidagi Qoraqalpoq
davlat universiteti, 1-bosqish magistranti,
ilxamdemegenov00.@gmail.com
Annotatsiya:
Ushbu maqola yuqori entropiyali quymalar (HEA) haqida,
ularning fizik, mexanik va termodinamik xossalarini o‘rganishga qaratilgan. HEA lar
ko‘p elementli quymalardir, ularning entropiya darajasi yuqori bo‘lib, ular noyob va
yuqori samarali xossalariga ega. Tadqiqotlar natijasida, HEA lar yuqori harorat va
shokli kuchlanishlarga chidamlilik, korroziyaga qarshilik va yuqori mexanik xossalar
bilan ajralib turadi.
Kalit so‘zlar:
Yuqori entropiyali quymalar (HEA), Aralashma entropiyasi,
Termodinamik xossalar, Mexanik xossalar, Sanoatda qo‘llanilishi.
Аннотация:
В статье рассматриваются высокоэнтропийные сплавы (ВЭС)
и основное внимание уделяется изучению их физических, механических и
термодинамических свойств. Высокоэнергетические сплавы представляют
собой многоэлементные сплавы с высоким уровнем энтропии, обладающие
уникальными и высокоэффективными свойствами. В результате исследований
получены высокотемпературные и ударопрочные материалы, обладающие
высокой коррозионной стойкостью, высокими механическими свойствами.
Ключевые слова:
Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС), Энтропия смеси,
Термодинамические свойства, Механические свойства, Промышленное
применение.
Annotation:
This article is about high-entropy alloys (HEAs) and their physical,
mechanical and thermodynamic properties. HEAs are multi-element alloys with high
entropy levels, which have unique and highly efficient properties. As a result of
research, HEAs are characterized by high temperature and shock resistance, corrosion
resistance and high mechanical properties.
ОБРАЗОВАНИЕ НАУКА И ИННОВАЦИОННЫЕ ИДЕИ В МИРЕ
https://scientific-jl.org/obr
Выпуск журнала №-71
Часть–1_ июня–2025
284
2181-
3187
Keywords:
High-entropy alloys (HEA), Mixture entropy, Thermodynamic
properties, Mechanical properties, Industrial applications.
So‘nggi o‘n yilliklar davomida ilg‘or materiallarni izlash va ishlab chiqish ilm-
fan va sanoatning eng dolzarb yo‘nalishlaridan biriga aylandi. An’anaviy quymalar
odatda asosiy metallga kichik miqdorda legirlovchi elementlar qo‘shish orqali olinadi.
Biroq bu yondashuv materiallarning mexanik, issiqlik va kimyoviy xossalarini
chegaralab qo‘yadi. Ushbu muammoni hal qilish maqsadida yangi sinfdagi materiallar
—
yuqori entropiyali quymalar (High Entropy Alloys, HEAs)
paydo bo‘ldi.
Yuqori entropiyali quymalar — bu besh yoki undan ortiq asosiy metall
elementlardan iborat bo‘lib, ularning har biri teng yoki unga yaqin miqdorda bo‘ladi.
Bunday murakkab tarkib entropiyaning yuqori bo‘lishiga olib keladi, bu esa
bir fazali
qattiq eritma
hosil bo‘lishini va materialning
strukturaviy barqarorligini
ta’minlaydi. HEA materiallarida komponentlar aralashmasining entropiyasi klassik
ikki yoki uch elementli quymalarnikidan ancha yuqori bo‘ladi, bu esa ularning
fizikaviy va mexanik xossalariga ijobiy ta’sir ko‘rsatadi.
HEAlar yuqori qattiqlik, termik barqarorlik, korroziyaga chidamlilik va
mukammal mexanik xossalarga ega bo‘lishi bilan ajralib turadi. Shu sababli, ular
aerokosmik, yadroviy energetika, kriogen texnologiyalar va boshqa yuqori talablar
qo‘yiladigan sohalarda keng qo‘llanilishi mumkin. Mazkur maqolada yuqori
entropiyali quymalarning asosiy nazariy tushunchalari, tuzilmasi, fizikaviy xossalari
va amaliy qo‘llanilishi ko‘rib chiqiladi.
Yuqori entropiyali quymalar (HEA) – bu murakkab kompozitsiyali materiallar
bo‘lib, ular kamida
besh xil asosiy elementdan
iborat bo‘ladi. Har bir elementning
konsentratsiyasi odatda 5–35 atrofida bo‘ladi. Shu bilan birga, bu quymalar
biror
asosiy elementga tayanmagan
bo‘ladi – bu esa ularni klassik quymalardan
farqlantiradi.
Ushbu quymalarda asosiy energetik omil bu
entropiya
hisoblanadi. Yadro
strukturasida har xil atomlarning mavjudligi kristall panjaradagi
tartibsizlik
darajasini oshiradi
, ya’ni entropiya yuqori bo‘ladi.
Gibbs energiyasi G=H-TS
ОБРАЗОВАНИЕ НАУКА И ИННОВАЦИОННЫЕ ИДЕИ В МИРЕ
https://scientific-jl.org/obr
Выпуск журнала №-71
Часть–1_ июня–2025
285
2181-
3187
tenglamasiga ko‘ra, entropiyaning ko‘payishi G ning kamayishiga olib keladi, bu esa
barqaror faza holatini
shakllantiradi.
Aralashma entropiyasi va qattiq eritma.
Quymalarda aralashma entropiyasi
quyidagicha hisoblanadi:
∆𝑆
𝑚𝑖𝑥
= −𝑅 ∑ 𝑐
𝑖
𝑙𝑛𝑐
𝑖
𝑛
𝑖=1
bu yerda: R - universal gaz doimiysi (8.314 J/mol·K),
𝑐
𝑖
- i-elementning molyaviy
ulushi. HEA larda odatda
∆𝑆
𝑚𝑖𝑥
> 1.5𝑅
bo’lishi entropiyaning yuqoriligi va
bir
fazali qattiq eritma
hosil bo’lishiga olib keladi. Bu struktura
BCC (Body-Centered
Cubic)
yoki
FCC (Face-Centered Cubic)
panjaraga ega bo’lishi mumkin.
Faza barqarorligi va strukturaviy xossalar.
Entropiya ustunligi tufayli HEA
lar ko‘p hollarda fazalarning aralashmasi emas, balki
bir xil strukturadagi eritma
sifatida mavjud bo‘ladi. Bu esa ularning:
•
qattiqligini oshiradi,
•
issiqlikka chidamliligini ta’minlaydi,
•
va
plastik deformatsiyaga nisbatan barqarorligini kuchaytiradi.
Misol uchun,
CoCrFeMnNi
tarkibli HEA
kriogen haroratda ham yuqori
plastiklik
ko‘rsatgan.
Klassik legirlangan quymalarda faqat bitta asosiy element bor, qolganlari esa
ularning xossalarini kuchaytirish uchun ishlatiladi. HEAlar esa
ko‘p asosli
bo‘lgani
sababli, har bir element o‘z ulushini barobar ta’sir qiladi. Bu esa:
•
homogen mikrostrukturani,
•
barqaror fazani,
•
kam difuziya,
kabilarni ta’minlaydi.
Aralashma entropiyasi (
∆𝑺
𝒎𝒊𝒙
) va elementlar soni grafigi.
Bu grafik shuni
ko’rsatadi: elementlar soni oshgani sari aralashma entropiyasi oshadi, ya’ni quymaning
struktura barqarorligi kuchaydi.
•
X o’qi (Gorizontal): Elementlar soni (n = 2, 3, 4, 5, …)
ОБРАЗОВАНИЕ НАУКА И ИННОВАЦИОННЫЕ ИДЕИ В МИРЕ
https://scientific-jl.org/obr
Выпуск журнала №-71
Часть–1_ июня–2025
286
2181-
3187
•
Y o’qi (Vertikal): Entropiya
∆𝑆
𝑚𝑖𝑥
(J/mol·K)
•
Ko’rsatadi
∆𝑆
𝑚𝑖𝑥
= −𝑅 ∑ 𝑐
𝑖
𝑙𝑛𝑐
𝑖
HEA larning amaliy tadqiqotlari.
Yuqori entropiyali quymalar ustida olib
borilgan ilmiy tadqiqotlar ularning noyob fizik va mexanik xossalarga ega ekanini
tasdiqlagan. Masalan, CoCrFeMnNi tarkibli HEA - “Cantor quymasi” deb ham ataladi
- keng o’rganilgan va quyidagi natijalarni bergan:
•
Kriogen haroratda (-196ºC) plastiklik va mustahkamligi yuqori
bo’lgan;
•
Yuzasida kam oksidlanish va korroziya belgilari kuzatilgan;
•
Shok kuchlanishlarida issiqlik barqarorligi saqlangan.
HEA lar birqansha sohalarda qollaniladi, masalan, aerokosmik sanoat, yadroviy
energetika, kriogen texnologiyalar va mexanik qismlar va qattiq sharoitlar.
Aerokosmik sanoatda HEAlarning yuqori haroratda deformatsiya bardoshliligi ularni
reaktiv dvigatellar, kosmik qurilmalar uchun ideal materialga aylantiradi, issiqlik
barqarorligi tufayli issiqlik ekranlari, issiqlikka chidamli qoplamalar sifatida
ishlatiladi.
HEAlarni sanoat darajasida ishlab chiqarishdagi bazi muammolar bor. Garchi
HEA lar juda istiqbolli material bo’lsada, ularni sanoatda ommaviy ishlab chiqarish
hali ham ba’zi muammolarga ega, ular quyidagisha:
ОБРАЗОВАНИЕ НАУКА И ИННОВАЦИОННЫЕ ИДЕИ В МИРЕ
https://scientific-jl.org/obr
Выпуск журнала №-71
Часть–1_ июня–2025
287
2181-
3187
•
Xomashyo narxi yuqori, chunki ko’p elementlar kerak bo’ladi;
•
Eritish va bir xil tarkib olish uchun murakkab texnologik usullar
talab etiladi;
•
Faza diagrammalarining murakkabligi sababli nazorat qilish qiyin.
Shunga qaramay, ilg’or texnologiyalar rivojlanishi bilan bu muammolar tobora
kamayib bormoqda. Shunday texnologiyalardan olingan yuqori entropiyali
quymalardan birini misol keltiramiz.
Bu
tasvirda
AlCrCuFeNiMn
quymasining
sinterlangan
holatidagi
mikrostrukturasi ko‘rsatilgan. Tasvirda materialning teng ulushdagi elementlardan
tashkil topganligini va mikrostrukturadagi nozik tuzilmani ko‘rish mumkin.
HEA ning SEM mikrografikasi (10000x kattalikda).
ОБРАЗОВАНИЕ НАУКА И ИННОВАЦИОННЫЕ ИДЕИ В МИРЕ
https://scientific-jl.org/obr
Выпуск журнала №-71
Часть–1_ июня–2025
288
2181-
3187
Bu yuqori kattalikdagi SEM tasvirida HEA ning dendritik mikrostrukturasi va
donalar chegaralari aniq ko‘rsatilgan. Bunday tasvirlar materialning mexanik
xossalarini, masalan, qattiqlik va plastiklikni tushunishda yordam beradi.
Yuqori entropiyali quymalar (HEA) — zamonaviy materialshunoslik va
fizikaning istiqbolli yo‘nalishlaridan biri hisoblanadi. An’anaviy quymalardan farqli
ravishda, HEAlar kamida besh turdagi asosiy elementdan tashkil topgan bo‘lib, bu
ularning entropiyasini sezilarli darajada oshiradi. Aralashma entropiyasining yuqoriligi
strukturaning termodinamik barqarorligiga ijobiy ta’sir ko‘rsatadi, bu esa yuqori
mexanik chidamlilik, termik barqarorlik va korroziyaga qarshilikni ta’minlaydi.
Amaliy tadqiqotlar shuni ko‘rsatadiki, HEAlar ekstremal sharoitlarda, jumladan,
kriogen haroratlar, yuqori issiqlik, va radiatsiya muhitida o‘zining fizik va mexanik
xossalarini saqlab qola oladi. Aynan shu jihatlar ularni aerokosmik sanoat, yadroviy
energetika, kriogen texnologiyalar va mexanik yuklamali qurilmalarda ishlatish
imkonini beradi.
Shu bilan birga, HEA larni ishlab chiqarish hali ham texnologik va iqtisodiy
jihatdan murakkab hisoblanadi. Faza diagrammalarining murakkabligi, komponentlar
sonining ko‘pligi va ishlab chiqarish xarajatlari — bu sohadagi asosiy muammolardan
biridir. Shunga qaramay, ushbu yo‘nalish bo‘yicha olib borilayotgan ilmiy tadqiqotlar
kelajakda yanada samarali, arzon va barqaror HEA materiallarini yaratishga xizmat
qilishi mumkin.
ОБРАЗОВАНИЕ НАУКА И ИННОВАЦИОННЫЕ ИДЕИ В МИРЕ
https://scientific-jl.org/obr
Выпуск журнала №-71
Часть–1_ июня–2025
289
2181-
3187
Xulosa qilib aytganda
, yuqori entropiyali quymalar kelajakda yangi avlod ilg‘or
materiallari sifatida global sanoat va texnologik rivojlanishda muhim o‘rin egallashi
kutilmoqda.
FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR.
1.
Yeh, J. W., Chen, S. K., Lin, S. J., Gan, J. Y., Chin, T. S., Shun, T. T., Tsau,
C. H., & Chang, S. Y. (2004).
Nanostructured high‐entropy alloys with multiple
principal elements: Novel alloy design concepts and outcomes.
Advanced
Engineering Materials, 6
(5), 299–303. https://doi.org/10.1002/adem.200300567
2.
Cantor, B., Chang, I. T. H., Knight, P., & Vincent, A. J. B. (2004).
Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys.
Materials
Science
and
Engineering:
A,
375–377
,
213–218.
https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.257
3.
Miracle, D. B., & Senkov, O. N. (2017).
A critical review of high entropy
alloys
and
related
concepts.
Acta
Materialia,
122
,
448–511.
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.08.081
4.
Senkov, O. N., Wilks, G. B., Miracle, D. B., Chuang, C. P., & Liaw, P. K.
(2010).
Refractory high-entropy alloys.
Intermetallics, 18
(9), 1758–1765.
https://doi.org/10.1016/j.intermet.2010.05.014
5.
Zhang, Y., Zuo, T., Tang, Z., Gao, M. C., Dahmen, K. A., Liaw, P. K., & Lu,
Z. P. (2014).
Microstructures and properties of high-entropy alloys.
Progress in
Materials Science, 61
, 1–93. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2013.10.001
6.
Tsai, M. H., & Yeh, J. W. (2014).
High-entropy alloys: A critical review.
Materials
Research
Letters,
2
(3),
107–123.
https://doi.org/10.1080/21663831.2014.912690
