Struktur und thermodynamische Eigenschaften einer TiZrNbHfTa Hochentropielegierung

• Antragsteller: Dr.-Ing. Junhee Han
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 298786643

Mit dem Projekt soll ein Beitrag zu einem grundsätzlichen Verständnis der Strukturbildung in Korrelation mit den physikalischen Eigenschaften von sogenannten High Entropy Alloys (HEA) erzielt werden. HEAs sind eine kürzlich eingeführte Materialklasse, die als feste Lösungen von 5 oder mehr Elementen mit gleicher oder nahezu gleicher chemischer Konzentration definiert sind und die einfache kubisch raumzentrierte oder kubisch flächenzentrierte Kristallstrukturen ausbilden statt komplexe intermetallische Phasen bzw. Phasengemische. Für HEAs mit hochschmelzenden Elementen wurde die Herstellung von einphasigen Materialien mit kubisch raumzentrierter Kristallstruktur berichtet, deren mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen mit denen von Super-Legierungen vergleichbar sind. In dem vorgeschlagenen Projekt soll für ein spezielle hochschmelzende HEA, die TiZrNbHfTa Legierung mit äquiatomaren Elementkonzentrationen, die Mikrostrukturbildung und die thermodynamischen Eigenschaften untersucht werden mit dem Ziel der definierten Gefügeeinstellung für optimale Eigenschaften. Das Legierungssystem wurde ausgewählt, weil die Strukturbildung und die thermodynamische Stabilität bisher nicht im Detail betrachtet wurden obwohl die mechanischen Hochtemperatureigenschaften bereits relativ ausführlich bestimmt wurden. Aufgrund dessen wäre für solche Hochtemperaturmaterialien ein Verständnis der Strukturbildung und der thermodynamischen Stabilität nicht nur von großem wissenschaftlichem Interesse sondern auch vor allem für thermische Zyklierung in Hochtemperaturanwendungen von praktischer Bedeutung. Die Hauptziele des Projektes sind: 1) Bestimmung der thermodynamischen Eigenschaften und der thermischen Stabilität der kubisch raumzentrierten Phase der äquiatomaren TiZrNbHfTa Legierung sowie der dazugehörigen Subsysteme unter Gleichgewichts- und Nichtgleichgewichtsbedingungen. 2) Ableitung und Quantifizierung der Strukturbildung im Hinblick auf Gitterverzerrungen auf sowohl makroskopischer als auch atomarer Größenskala sowie im Hinblick auf die lokale atomare Struktur im kubisch raumzentrierten Kristallgitter der HEA TiZrNbHfTa. Basierend auf den systematischen Untersuchungen dieses Projekts wird insgesamt ein verbessertes Verständnis der Struktur-Eigenschaftensbeziehungen von HEAs erreicht werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich, Südkorea, USA
• Kooperationspartner: Dr. Jozef Bednarcik; Professor Dr.-Ing. Jürgen Eckert; Professor Do-Hyang Kim, Ph.D.; Dr.-Ing. Yue Zhang