Exploring multiphasic multi principal element alloys: an approach using experimental and computational tools

dc.contributor.advisor-co1Oliveira, Pedro Henrique Fernandes de
dc.contributor.advisor1Coury, Francisco GIl
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8609825406277730
dc.contributor.authorAssis, Flávio Fávaro de
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/0934185000093479
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0001-7665-5941
dc.contributor.refereeZepon, Guilherme
dc.contributor.refereeWolf, Witor
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/7924187202036614
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/9656544805116765
dc.date.accessioned2026-02-24T20:40:27Z
dc.date.issued2026-01-29
dc.description.abstractHigh entropy alloys (HEAs) are a class of metals that do not have a single principal element in their composition. Initially great effort was made to search for single phase HEAs but with the development of more recent frameworks, great interest emerged around multiphasic microstructures. In this study, two different routes aim to search phase stability and structural properties involving multiphasic HEAs. The first study investigates phase stability of the Cr51.5Co15Ni33.5 duplex HEA. This alloy was designed using CALPHAD simulations to achieve a dual-phase microstructure of Face-Centered Cubic (FCC) and Body-Centered Cubic (BCC) phases, while suppressing the formation of the detrimental sigma phase. The HEA was characterized using SEM, TEM, XRD and synchrotron diffraction. Experimental results confirmed the presence of the FCC and BCC phases, although the formation of the sigma phase was also observed, consistent with TSAI´s criteria and warranting further analysis of the CALPHAD predictions. The second Chapter shows a combination of simulation techniques and experimental analysis to estimate interfacial energies of a HEA based on Ni superalloys. The composition of the HEA was designed by high throughput calculations to have thermal stability at high temperature and a microstructure composed of FCC matrix and L12 Ni3Al-type precipitates. The main simulation technique employed was Density Functional Theory – DFT trough the code Quantum Espresso using the supercell method. The results obtained were compared to experimental analysis of synchrotron x-ray diffraction data and precipitation simulations showing that the combination of techniques can lead to reasonable values of interfacial energy. That combination of methods serves as a starting point to develop reliable methodologies for estimating interfacial energies for metallic alloys, which is important since that energies between FCC and L12 in superalloys and HEAs are difficult to measure experimentally and play a key role in phase stability and final properties of the material.eng
dc.description.resumoO primeiro estudo analisa a estabilidade de fases da HEA duplex Cr51.5Co15Ni33.5. Essa liga foi projetada por simulações CALPHAD para obter uma microestrutura bifásica composta por fases cúbica de face centrada (CFC) e cúbica de corpo centrado (CCC), suprimindo a formação da fase sigma, considerada prejudicial. A HEA foi caracterizada por MEV, MET, DRX e difração de síncrotron. Os resultados experimentais confirmaram a presença das fases CFC e CCC, embora também tenha sido observada a formação da fase sigma, em concordância com os critérios de Tsai, indicando a necessidade de análise adicional das previsões CALPHAD. O segundo capítulo combina simulações e análises experimentais para estimar energias interfaciais de uma HEA baseada em superligas de níquel. Sua composição foi projetada por cálculos de alto desempenho para garantir estabilidade térmica em alta temperatura e uma microestrutura composta por matriz CFC e precipitados L1₂ do tipo Ni₃Al. A principal técnica de simulação foi a Teoria do Funcional da Densidade (DFT) no código Quantum Espresso, usando o método de supercélulas. Os resultados foram comparados com dados experimentais de difração de raios X de síncrotron e simulações de precipitação, mostrando que a combinação de métodos pode fornecer valores razoáveis de energia interfacial. Isso é relevante porque tais energias (entre CFC e L1₂) são difíceis de medir experimentalmente e têm papel central na estabilidade de fases e nas propriedades finais do material.
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
dc.description.sponsorshipId2023/12712-7
dc.identifier.citationASSIS, Flávio Fávaro de. Exploring multiphasic multi principal element alloys: an approach using experimental and computational tools. 2026. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23675.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/23675
dc.language.isoeng
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectHigh-entropy alloyseng
dc.subjectSuperalloyseng
dc.subjectPrecipitation hardeningeng
dc.subjectDFT
dc.subjectDuplexeng
dc.subjectLigas de alta entropia
dc.subjectSuperligas
dc.subjectEndurecimento por precipitação
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.titleExploring multiphasic multi principal element alloys: an approach using experimental and computational toolseng
dc.title.alternativeExplorando ligas de elemento multiprincipal multifásicas: uma abordagem usando ferramentas experimentais e computacionais
dc.typeDissertação

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