Study of point defects due to ion irradiation in high-entropy alloys based on the crmnfeconi system

Κουργιαντάκης, Ραφαήλ; Kourgiantakis, Rafail

dc.contributor.author	Κουργιαντάκης, Ραφαήλ	el
dc.contributor.author	Kourgiantakis, Rafail	en
dc.date.accessioned	2026-02-26T07:06:10Z
dc.date.available	2026-02-26T07:06:10Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/63600
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.31295
dc.rights	Default License
dc.subject	High-Entropy Alloys	en
dc.subject	Ion Irradiation	en
dc.subject	Point Defects	en
dc.subject	Cryogenic Temperatures	en
dc.subject	Electrical Resistivity	en
dc.subject	Κράματα Υψηλής Εντροπίας	el
dc.subject	Ιοντική Ακτινοβόληση	el
dc.subject	Σημειακές Ατέλειες	el
dc.subject	Κρυογονικές Θερμοκρασίες	el
dc.subject	Ειδική Ηλεκτρική Αντίσταση	el
dc.title	Study of point defects due to ion irradiation in high-entropy alloys based on the crmnfeconi system	en
dc.title	Μελέτη σημειακών ατελειών από ιοντική ακτινοβόληση σε κράματα υψηλής εντροπίας με βάση το σύστημα CrMnFeCoNi	el
dc.contributor.department	Institute of Nuclear & Radiological Sciences and Technology, Energy & Safety, National Centre for Scientific Research (NCSR) “Demokritos”	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Material's Science	en
heal.classification	Επιστήμη Υλικών	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-07-15
heal.abstract	High-Entropy Alloys (HEAs), formed by mixing multiple elements in near-equimolar ratios, exhibit remarkable mechanical and chemical properties. Because of their single-phase structure, high strength-to-weight ratio, resistance to corrosion, thermal stability, and remarkable performance under irradiation, alloys like CrMnFeCoNi, also referred to as the Cantor alloy, have attracted a lot of attention. The main reason for their increased resistance to radiation damage is their chemical complexity, which influences several characteristics, such as the mobility of radiation-induced defects, which is thought to be lower than in pure metals and traditional alloys. However, point defects in HEAs have not yet been directly studied experimentally. This study presents the first direct experimental investigation of the properties of primary radiation defects in HEAs. A set of CrMnFeCoNi specimens was irradiated by 5~MeV protons at the NCSR “Demokritos” TANDEM accelerator. To reduce defect mobility, radiation was applied at a cryogenic temperature of 8~K. By measuring the electrical resistivity (ER), which is very sensitive to the existence of lattice defects, the creation and evolution of radiation-induced defects were tracked \textit{in-situ}. Due to the buildup of radiation defects, a progressive increase in resistivity was seen as the irradiation dose increased. At higher dose, this increase did not stay linear, indicating the start of saturation effects or defect recombination mechanisms that prevent the resistivity from rising further. Compared to basic metals, the calculated specific resistivity per Frenkel pair (FP) was found to be much larger. The specimens were isochronally annealed up to 300~K after irradiation. The produced defects appear to be quite stable below room temperature, since there was no significant change in the radiation-induced resistivity during annealing. This behavior is in stark contrast to that of most simple metals and alloys, where significant resistivity recovery occurs already below room temperature due to the high mobility of irradiation defects. Thus, this work offers direct evidence of the reduced mobility of radiation defects in high-entropy alloys — a phenomenon that, until now, had only been hypothesized.	en
heal.abstract	Τα κράματα υψηλής εντροπίας (ΚΥΕ), που δημιουργούνται με την ανάμειξη πολλαπλών στοιχείων σε σχεδόν ίσες αναλογίες, παρουσιάζουν αξιοσημείωτες μηχανικές και χημικές ιδιότητες. Λόγω της μονοφασικής δομής τους, της υψηλής σχέσης αντοχής προς βάρος, της αντοχής στη διάβρωση, της θερμικής σταθερότητας και της αξιοσημείωτης αντοχής τους σε ακτινοβόληση, κράματα όπως το CrMnFeCoNi, γνωστό ως κράμα Cantor, έχουν προσελκύσει το επιστημονικό ενδιαφέρον. Ο κύριος λόγος για την αυξημένη αντοχή τους στις βλάβες από ακτινοβόληση είναι η χημική τους πολυπλοκότητα, η οποία επηρεάζει διάφορα χαρακτηριστικά, μεταξύ των οποίων η κινητικότητα των ατελειών που προκαλούνται από την ακτινοβολία, η οποία θεωρείται ότι είναι χαμηλότερη σε σχέση με τα καθαρά μέταλλα και τα παραδοσιακά κράματα. Ωστόσο, οι σημειακές ατέλειες στα ΚΥΕ δεν έχουν ακόμη μελετηθεί άμεσα πειραματικά. Η παρούσα μελέτη παρουσιάζει την πρώτη άμεση πειραματική διερεύνηση των ιδιοτήτων των σημειακών ατελειών στα ΚΥΕ. Τα δείγματα ακτινοβολήθηκαν με πρωτόνια ενέργειας 5 MeV, στον επιταχυντή TANDEM του ΕΚΕΦΕ ``Δημόκριτος''. Για να μειωθεί η κινητικότητα των σημειακών ατελειών, η ακτινοβόληση έγινε σε κρυογονικές θερμοκρασίες (8 K). Η δημιουργία και η εξέλιξη των ατελειών από την ακτινοβόληση μελετήθηκαν in-situ με μετρήσεις της ηλεκτρικής αντίστασης, η οποία είναι πολύ ευαίσθητη στην ύπαρξη ατελειών του πλέγματος. Η συσσώρευση ατελειών λόγω ακτινοβόληση, επέφερε αύξηση της ηλ. αντίστασης καθώς αυξάνονταν η δόση. Σε υψηλότερες δόσεις, η αύξηση αυτή δεν παρέμεινε γραμμική, υποδεικνύοντας την έναρξη κορεσμού ή μηχανισμών επανασύνδεσης των ατελειών που εμποδίζουν την ειδική αντίσταση να αυξηθεί περαιτέρω. Σε σύγκριση με τα κλασικά μέταλλα, η υπολογιζόμενη ειδική αντίσταση ανά ζεύγος Frenkel είναι πολύ μεγαλύτερη. Τα δείγματα θερμάνθηκαν ισόχρονα έως τους 300 K μετά την ακτινοβόληση. Οι παραγόμενες ατέλειες φαίνεται να είναι αρκετά σταθερές κάτω από τη θερμοκρασία δωματίου, όπως αποδεικνύεται από την έλλειψη σημαντικής αλλαγής στην ηλεκτρική αντίσταση κατά τη διάρκεια της ανόπτησης. Αυτή η συμπεριφορά είναι σε πλήρη αντίθεση με αυτή των απλών μετάλλων και κραμάτων, τα οποία παρουσιάζουν σημαντική επαναφορά της ηλεκτρικής τους αντίστασης σε θερμοκρασίες πολύ κάτω των 300 Κ, λόγω της υψηλής κινητικότητας των ατελειών από ακτινοβόληση. Επομένως, τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας αποτελούν μια άμεση πειραματική επιβεβαίωση για τη μειωμένη κινητικότητα των ατελειών στα κράματα υψηλής εντροπίας – μια ιδιότητα που μέχρι τώρα είχε διατυπωθεί μόνο ως υπόθεση.	el
heal.advisorName	Αποστολόπουλος, Γεώργιος	el
heal.advisorName	Apostolopoulos, George	en
heal.committeeMemberName	Αποστολόπουλος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Κόκκορης, Μιχαήλ	el
heal.committeeMemberName	Λαγογιάννης, Αναστάσιος	el
heal.committeeMemberName	Apostolopoulos, George	en
heal.committeeMemberName	Kokkoris, Michael	en
heal.committeeMemberName	Lagoyannis, Anastasios	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	95 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false