Mikrostrukturen und elementare Verformungsmechnismen in einphasigen kfz und krz Hochentropielegierungen

• Antragsteller: Professor Guillaume Laplanche, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 266373036

Das hier beantragte Forschungsvorhaben soll einen Beitrag zu einem besseren Verständnis einer neuen Legierungsklasse leisten, der sogenannten high-entropy alloys (HEAs). Diese Legierungen bestehen aus vier, fünf oder mehr Komponenten in nahezu äquiatomaren Konzentrationen. Für HEAs bestimmter Zusammensetzungen konnte gezeigt werden, dass diese einen einphasigen Mischkristall mit kubischer raumzentrierter (krz) oder kubisch flächenzentrierter (kfz) Kristallstruktur bilden, der eine hohe thermodynamische Stabilität besitzt. Für diese Stabilität wurden in ersten Untersuchungen der mechanischen Eigenschaften hohe Festigkeiten und gute Duktilitäten vorgefunden. Weiterhin konnte in systematischen Studien an einer kfz HEA, bestehend aus Co, Cr, Fe, Mn und Ni, gezeigt werden, dass die Streckgrenze stark temperaturabhängig ist, was ungewöhnlich für einen Werkstoff mit dieser Kristallstruktur ist. Bisher ist unklar, inwiefern die Beobachtungen intrinsische Eigenschaften von einphasigen HEAs widerspiegeln oder ob diese lediglich in Legierungen bestimmter Zusammensetzungen auftreten. Diese Fragestellungen sollen im Rahmen des hier beantragten Forschungsvorhabens aufgegriffen und genauer beleuchtet werden. Es sollen daher nur HEAs betrachtet werden, die einen stabilen einphasigen Mischkristall ausbilden. Neben bereits bekannten Legierungen sollen auch neue HEAs hergestellt werden, deren chemische Zusammensetzungen systematisch variiert werden, um beispielsweise die Stapelfehlerenergie gezielt einzustellen. Nach der Herstellung wird dann ein Schwerpunkt auf der Identifizierung geeigneter thermomechanischer Prozessrouten liegen, die es erlauben, chemisch und mikrostrukturell homogene Materialien zu erzeugen. Letzteres wurde in den meisten bisher erschienen Studien oft vernachlässigt, obwohl die Einstellung definierter, homogener Gefüge für eine aussagekräftige und reproduzierbare Bestimmung der mechanischen Eigenschaften unerlässlich ist. Die mechanische Charakterisierung selbst ist dann ein weiterer zentraler Punkt des beantragten Forschungsvorhabens. Zum einen sollen gezielt offene Fragen beantwortet werden, die in vorangegangenen Studien aufgeworfen wurden. Ein Beispiel ist die bereits angesprochene stark temperaturabhängige Streckgrenze von einphasigen, kfz HEAs, deren Ursache durch eine genaue Bestimmung der Aktivierungsparameter besser beleuchtet werden soll. Zum anderen sollen systematische mechanische Erstcharakterisierungen für Legierungen vorgenommen werden, die bisher nur unzureichend untersucht worden sind, was auf die meisten krz Legierungen zutrifft. In ihrer Gesamtheit werden die so erhaltenen Ergebnisse wichtige Beiträge zur Klärung der Frage liefern, ob HEAs wirklich über intrinsische Eigenschaften verfügen, die nicht allein auf der spezifischen chemischen Zusammensetzung beruhen. Des Weiteren werden die neu gewonnenen Versuchdaten dabei helfen, geeignete Kandidaten für künftige Forschungsvorhaben oder sogar Anwendungen zu finden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Tschechische Republik, USA
• Kooperationspartner: Professor Joël Bonneville, Ph.D.; Professor Dr.-Ing. Antonín Dlouhý, Ph.D.; Privatdozent Pascal Gadaud, Ph.D.; Professor Easo P. George, Ph.D.; Professor Dr.-Ing. Dierk Raabe