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Scientific Reports volume 13、記事番号: 10504 (2023) この記事を引用

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固溶体の形態の異なる金属二ホウ化物の混合物は、ハードコーティング用途に有望な材料です。 ここでは、AlB\(_{2}\) 構造の Sc\(_{1-x}\)Ta\(_{x}\)B\(_{2} の混合熱力学と機械的性質を研究します。 \) 密度汎関数理論とクラスター拡張形式主義に基づいた第一原理法を使用した固溶体。 私たちの熱力学的研究により、2 つの二ホウ化物が互いに容易に混合して、擬二元系 TaB\(_{2}\) \(-\)ScB\(_{2}\) 内に一連の安定した固溶体を連続的に形成することが明らかになりました。絶対零度でもシステムを維持します。 興味深いことに、固溶体の弾性率と硬度は、ScB\(_{2}\) と TaB\(_{2}\) の間で評価された線形ベガード則からの有意な正の偏差を示しています。 Sc\(_{1-x}\)Ta\(_{x}\)B\(_{2}\) の場合、このような線形傾向からの逸脱度は 25、20、せん断弾性率、ヤング率、硬度はそれぞれ 40%、 Sc\(_{1-x}\)Ta\(_{x}\)B\(_{2}\) 固溶体の安定性と機械的特性が、その構成化合物と比較して向上していることがわかりました。これは、TaB\(_{2}\) と ScB\(_{2}\) を混合する際に誘発される電子バンド充填の効果に関連していると考えられます。 これらの発見は、Sc\(_{1-x}\)Ta\(_{x}\)B\(_{2}\) の安定性と機械的特性の向上におけるバンド充填の顕著な役割を実証するだけでなく、しかしまた、ハードコーティング用途向けに、優れた広範囲に調整可能な機械的特性を備えた安定/準安定の金属二ホウ化物ベースの固溶体を設計する可能性も開く可能性があります。

化学式 M\(_{1-x}^{\prime }\)M\(_{x}^{\prime \prime }\)B\(_{2}\) の二重金属二ホウ化物、ここで、M\(^{\prime }\) と M\(^{\prime \prime }\) は 2 つの異なる金属元素 (Mg、Al、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、 Cr、Mo、W、Ru、Os、Re など）および 0 \(\leqslant\) x \(\leqslant\) 1 は、切削工具用の有望なハード コーティング材料として近年ますます注目を集めています。高い熱的および化学的安定性と優れた機械的特性のおかげで、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13。 最近、理論的および実験的側面から、2 番目の金属元素 M\(^{\prime \prime }\) を二ホウ化物化合物 M\(^{\prime }\)B\(_{ 2}\)、得られる二重金属二ホウ化物の安定性と特性 M\(_{1-x}^{\prime }\)M\(_{x}^{\prime \prime }\)B\ (_{2}\) は大幅に改善されるため、構成要素である二ホウ化物化合物、M\(^{\prime }\)B\(_{2}\) または M\(^{\) よりも優れたものになります。素数 \素数 }\)B\(_{2}\)3,4,5,6,7,8,10,11,12,13。 たとえば、TaB\(_{2}\) と ZrB\(_{2}\) を合金化して、Ta\(_{1-x}\)Zr\(_{x}\)B\ の薄膜を形成します。 (_{2}\) は、TaB\(_{2}\) および ZrB\(_{2}\) フィルムと比較して、フィルムの硬度と靱性の向上をもたらします7、10、13。 別の例としては、ZrB\(_{2}\) (TiB\(_{2}\)) 膜に Cr (Al) 原子を導入すると、膜の耐摩耗性、耐酸化性、耐食性が向上し、機械的特性が向上します。結果として生じる Zr\(_{1-x}\)Cr\(_{x}\)B\(_{y}\) (Ti\(_{1-x}\)Al\( _{x}\)B\(_{y}\)) は、フィルムの組成を制御することで改善または調整できます6、8、11。 M\(_{1-x}^{\prime }\)M\(_{x}^{\prime \prime }\)B\(_{2}\) の安定性と機械的特性の強化M\(^{\prime }\)B\(_{2}\) と M\(^{\prime \prime }\)B\(_{2}\) に関しては、直接関連していることが示唆されています。材料の結合電子状態と反結合電子状態を満たす価電子の数の変化14、15、16。M\(^{\prime }\)B\(_{2}\) と M\( ^{\prime \prime }\)B\(_{2}\) の内容、最近 Sc\(_{1-x}\)V\(_{x}\)B\(_{2 で実証) }\) ScB\(_{2}\) や VB\(_{2}\) と比較して、優れた熱力学的安定性と機械的特性、特に硬度を示します12。