Надтверді композиційні матеріали на основі кубічного нітриду бору з активуючими добавками високоентропійних сплавів
This study investigates the possibility of using high-entropy alloys (HEAs) as a binder phase in cubic boron nitride (cBN)-based superhard composite materials. A series of Ni–Fe–Cr–Co–Ti–Al system alloys with varying aluminum content was developed and melted, ensuring the formation of single-phase,...
Gespeichert in:
| Datum: | 2026 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Veröffentlicht: |
Physico- Technological Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine
2026
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://momjournal.org.ua/index.php/mom/article/view/2026-2-4 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Metal Science and Treatment of Metals |
Institution
Metal Science and Treatment of Metals| _version_ | 1868928818046042112 |
|---|---|
| author | Shcheretskyi, О. А. Shcheretskyi, V. O. Turkevych, V. Z. Stratiichuk, D. A. |
| author_facet | Shcheretskyi, О. А. Shcheretskyi, V. O. Turkevych, V. Z. Stratiichuk, D. A. |
| author_institution_txt_mv | [] |
| author_sort | Shcheretskyi, О. А. |
| baseUrl_str | https://momjournal.org.ua/index.php/mom/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-06-24T11:08:09Z |
| description | This study investigates the possibility of using high-entropy alloys (HEAs) as a binder phase in cubic boron nitride (cBN)-based superhard composite materials. A series of Ni–Fe–Cr–Co–Ti–Al system alloys with varying aluminum content was developed and melted, ensuring the formation of single-phase, two-phase, eutectic, and multiphase structures. The relevance of this work is driven by the need to overcome the limitations of traditional metallic and ceramic binders (insufficient wettability, brittleness, high sintering temperatures) for the development of efficient cutting tools. The aim of this work is to establish the influence of the phase composition of HEAs on their reactivity with cBN and to assess the application potential of such alloys as a binder phase for cBN-based superhard composite materials. Five alloys with different aluminum contents were melted. Using methods of synchronous thermal analysis (DSC/TG), ultrasonic spectroscopy, and high-pressure (7.7 GPa) high-temperature sintering, the thermophysical properties of the alloys, their interaction with cBN, as well as the mechanical characteristics of the superhard composite materials (Vickers hardness, Young's modulus, fracture toughness) were investigated. It was found that the phase composition significantly affects the reactivity of the alloys with cBN. It was shown that maximum interaction activity is characteristic of alloys in which titanium is in solid solution, whereas its concentration in ordered phases (of the B2 type) reduces reactivity. Superhard cBN composites were obtained by high-temperature pressing at a pressure of 7.7 GPa and temperatures up to 2200 °C. It was established that the developed materials are characterized by high values of hardness, Young's modulus, and fracture toughness (K₁C = 8–9 MPa·m¹/²), which are comparable to or exceed those of industrial materials. It was shown that the increased fracture toughness is due to the implementation of crack deflection and crack bridging mechanisms facilitated by micron-sized HEA inclusions in the intergranular space of the cBN matrix.
The obtained results confirm the promise of using high-entropy alloys as an effective binder for the creation of a new generation of superhard composite materials. |
| first_indexed | 2026-06-25T01:03:32Z |
| format | Article |
| fulltext | |
| id | oai:oai.momjournal.org.ua:article-367 |
| institution | Metal Science and Treatment of Metals |
| keywords_txt_mv | keywords |
| last_indexed | 2026-06-25T01:03:32Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | Physico- Technological Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | |
| spelling | oai:oai.momjournal.org.ua:article-3672026-06-24T11:08:09Z Superhard Composite Materials Based on Cubic Boron Nitride with Activating Additives of High-Entropy Alloys Надтверді композиційні матеріали на основі кубічного нітриду бору з активуючими добавками високоентропійних сплавів Shcheretskyi, О. А. Shcheretskyi, V. O. Turkevych, V. Z. Stratiichuk, D. A. high-entropy alloys cBN composites induction melting high-temperature sintering reaction interaction високоентропійні сплави cBN-композити індукційне плавлення високотемпературне спікання реакційна взаємодія This study investigates the possibility of using high-entropy alloys (HEAs) as a binder phase in cubic boron nitride (cBN)-based superhard composite materials. A series of Ni–Fe–Cr–Co–Ti–Al system alloys with varying aluminum content was developed and melted, ensuring the formation of single-phase, two-phase, eutectic, and multiphase structures. The relevance of this work is driven by the need to overcome the limitations of traditional metallic and ceramic binders (insufficient wettability, brittleness, high sintering temperatures) for the development of efficient cutting tools. The aim of this work is to establish the influence of the phase composition of HEAs on their reactivity with cBN and to assess the application potential of such alloys as a binder phase for cBN-based superhard composite materials. Five alloys with different aluminum contents were melted. Using methods of synchronous thermal analysis (DSC/TG), ultrasonic spectroscopy, and high-pressure (7.7 GPa) high-temperature sintering, the thermophysical properties of the alloys, their interaction with cBN, as well as the mechanical characteristics of the superhard composite materials (Vickers hardness, Young's modulus, fracture toughness) were investigated. It was found that the phase composition significantly affects the reactivity of the alloys with cBN. It was shown that maximum interaction activity is characteristic of alloys in which titanium is in solid solution, whereas its concentration in ordered phases (of the B2 type) reduces reactivity. Superhard cBN composites were obtained by high-temperature pressing at a pressure of 7.7 GPa and temperatures up to 2200 °C. It was established that the developed materials are characterized by high values of hardness, Young's modulus, and fracture toughness (K₁C = 8–9 MPa·m¹/²), which are comparable to or exceed those of industrial materials. It was shown that the increased fracture toughness is due to the implementation of crack deflection and crack bridging mechanisms facilitated by micron-sized HEA inclusions in the intergranular space of the cBN matrix. The obtained results confirm the promise of using high-entropy alloys as an effective binder for the creation of a new generation of superhard composite materials. У роботі досліджено можливість використання високоентропійних сплавів (ВЕС) як зв’язуючої фази в надтвердих композиційних матеріалах на основі кубічного нітриду бору (cBN). Розроблено та виплавлено серію сплавів системи Ni–Fe–Cr–Co–Ti–Al із варійованим вмістом алюмінію, що забезпечило формування однофазних, двофазних, евтектичних і багатофазних структур. Актуальність роботи зумовлена необхідністю подолання обмежень традиційних металевих і керамічних зв’язок (недостатня змочуваність, крихкість, високі температури спікання) для створення ефективного різального інструменту. Метою роботи є встановлення впливу фазового складу ВЕС на їхню реакційну здатність щодо cBN та оцінка перспективності застосування таких сплавів як зв’язуючої фази для надтвердих композиційних матеріалів на основі cBN. Виплавлено п’ять сплавів із різним вмістом алюмінію. З методів синхронного термічного аналізу (ДСК/ТГ), ультразвукової спектроскопії та високотемпературного спікання під тиском 7,7 ГПа досліджено теплофізичні властивості сплавів, їхню взаємодію з cBN, а також механічні характеристики надтвердих композиційних матеріалів (твердість за Віккерсом, модуль Юнга, тріщиностійкість). Встановлено, що фазовий склад суттєво впливає на реакційну здатність сплавів до взаємодії з cBN. Показано, що максимальна активність до взаємодії характерна для сплавів, у яких титан знаходиться у твердому розчині, тоді як його зосередження в упорядкованих фазах (типу B2) знижує реакційну здатність. Отримано надтверді cBN-композити методом високотемпературного пресування при тиску 7,7 ГПа та температурі до 2200 °C. Встановлено, що розроблені матеріали характеризуються високими значеннями твердості, модуля Юнга та тріщиностійкості (K1C = 8-9 МПа·м¹ᐟ²), які не поступаються або перевищують аналогічні показники промислових матеріалів. Показано, що підвищення тріщиностійкості зумовлено реалізацією механізмів відхилення тріщин та мостикового зв’язування за рахунок мікронних включень ВЕС у міжзерновому просторі cBN-матриці. Отримані результати підтверджують перспективність застосування високоентропійних сплавів як ефективної зв’язки для створення надтвердих композиційних матеріалів нового покоління. Physico- Technological Institute of Metals and Alloys of the NAS of Ukraine 2026-05-31 Article Article https://momjournal.org.ua/index.php/mom/article/view/2026-2-4 Scientific Technical journal ‘’Metal Science and Treatment of Metals’’; Vol. 32 No. 2 (2026): The Scientific Technical journal Metal Science and Treatment of Metals; 36-47 Науково-технічний журнал ‘’Металознавство та обробка металів‘’; Том 32 № 2 (2026): Науково-технічний журнал Металознавство та обробка металів; 36-47 2664-2441 2073-9583 Copyright (c) 2026 О. А. Shcheretskyi, V. O. Shcheretskyi, V. Z. Turkevych, D. A. Stratiichuk https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | високоентропійні сплави cBN-композити індукційне плавлення високотемпературне спікання реакційна взаємодія Shcheretskyi, О. А. Shcheretskyi, V. O. Turkevych, V. Z. Stratiichuk, D. A. Надтверді композиційні матеріали на основі кубічного нітриду бору з активуючими добавками високоентропійних сплавів |
| title | Надтверді композиційні матеріали на основі кубічного нітриду бору з активуючими добавками високоентропійних сплавів |
| title_alt | Superhard Composite Materials Based on Cubic Boron Nitride with Activating Additives of High-Entropy Alloys |
| title_full | Надтверді композиційні матеріали на основі кубічного нітриду бору з активуючими добавками високоентропійних сплавів |
| title_fullStr | Надтверді композиційні матеріали на основі кубічного нітриду бору з активуючими добавками високоентропійних сплавів |
| title_full_unstemmed | Надтверді композиційні матеріали на основі кубічного нітриду бору з активуючими добавками високоентропійних сплавів |
| title_short | Надтверді композиційні матеріали на основі кубічного нітриду бору з активуючими добавками високоентропійних сплавів |
| title_sort | надтверді композиційні матеріали на основі кубічного нітриду бору з активуючими добавками високоентропійних сплавів |
| topic | високоентропійні сплави cBN-композити індукційне плавлення високотемпературне спікання реакційна взаємодія |
| topic_facet | high-entropy alloys cBN composites induction melting high-temperature sintering reaction interaction високоентропійні сплави cBN-композити індукційне плавлення високотемпературне спікання реакційна взаємодія |
| url | https://momjournal.org.ua/index.php/mom/article/view/2026-2-4 |
| work_keys_str_mv | AT shcheretskyioa superhardcompositematerialsbasedoncubicboronnitridewithactivatingadditivesofhighentropyalloys AT shcheretskyivo superhardcompositematerialsbasedoncubicboronnitridewithactivatingadditivesofhighentropyalloys AT turkevychvz superhardcompositematerialsbasedoncubicboronnitridewithactivatingadditivesofhighentropyalloys AT stratiichukda superhardcompositematerialsbasedoncubicboronnitridewithactivatingadditivesofhighentropyalloys AT shcheretskyioa nadtverdíkompozicíjnímateríalinaosnovíkubíčnogonítriduboruzaktivuûčimidobavkamivisokoentropíjnihsplavív AT shcheretskyivo nadtverdíkompozicíjnímateríalinaosnovíkubíčnogonítriduboruzaktivuûčimidobavkamivisokoentropíjnihsplavív AT turkevychvz nadtverdíkompozicíjnímateríalinaosnovíkubíčnogonítriduboruzaktivuûčimidobavkamivisokoentropíjnihsplavív AT stratiichukda nadtverdíkompozicíjnímateríalinaosnovíkubíčnogonítriduboruzaktivuûčimidobavkamivisokoentropíjnihsplavív |