Untersuchung der Stabilität von Hoch-Entropie-Legierungen mittels Entnetzung von dünnen Schichten

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard Dehm; Professor Dr.-Ing. Alfred Ludwig
• 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 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316306182

Hochentropielegierungen (HEAs) sind eine neue Materialklasse mit dem Potenzial außergewöhnliche Kombinationen mechanischer, elektrischer und thermischer Eigenschaften zu realisieren, die für konventionelle Legierungen unerreichbar sind. Sie bestehen aus mindestens 5 Elementen mit ungefähr gleicher Konzentration und kristallisieren erstaunlicherweise als einphasige kfz oder krz Mischkristalle. Eine bessere Kenntnis des metallurgischen und physikalischen Verhaltens dieser Materialien ist die Voraussetzung zum Verständnis ihrer Eigenschaftskombinationen. Dieses wird die Entwicklung zuverlässiger HEA Schichten für innovative Technologien ermöglichen und hilft der Weiterentwicklung von HEA Massivmaterialien. Da die Stabilität von HEAs vermutlich stark von Materialdefekten abhängt, wird ein Konsortium die Stabilität von HEA Schichten untersuchen, in dem systematisch 1D und 2D Defekte manipuliert werden. Die Defektdichte in den Schichten wird kontrolliert durch: (i) nano-/mikroskalige Deformationen, um Gradienten der Versetzungsdichte zu induzieren, (ii) Veränderung der Grenzflächenstruktur durch Nutzung amorpher und einkristalliner Substrate, (iii) durch Variation der Schichtwachstums- und Prozessbedingungen, um die Korngröße zu beeinflussen. Das deutsch-französische Team verbindet die Expertise von vier Partnern in unterschiedlichen Bereichen der Materialforschung, um grundlegende Phänomene von HEAs zu erforschen: (i) Phasenstabilität, (ii) Phasenentwicklung und die zugehörige Kinetik, inklusive des Einflusses der Zusammensetzung, von Defekten (Versetzungen, Grenzflächen, Korngrenzen) und geometrischer Einengungseffekte (Schichtdicke, Strukturierung) auf die Phasenstabilität, (iii) Kornwachstum und Textur, (iv) Entnetzungskinetik und Morphologie, (v) temperatur- und mikrostrukturabhängige Spannungsentwicklung, (vi) plastische Verformung, (vii) thermomechanische Ermüdungsmechanismen und Lebensdauer. AHEAD konzentriert sich auf bcc-AlCrFeCoNi und fcc-MnCrFeCoNi Schichten als Beispiele für unterschiedliche Kristallstrukturen. Die kontrollierte Synthese erfolgt durch kombinatorische Schichtabscheidung bei einem Partner. Die anderen Partner widmen sich den Mechanismen, die die Stabilität der Phasen, der Mikrostruktur und der Morphologie der HEA Schichten, während isothermer und zyklischer thermomechanischer Wärmebehandlungen, in Abhängigkeit der Schichtdicke, der Zusammensetzung und Defektstruktur, kontrollieren. Fortschrittliche experimentelle Techniken werden genutzt: kombinatorische Schichtabscheidung und Hochdurchsatz-Charakterisierung, quantitative Multiskalen-Mikrostrukturanalyse und miniaturisierte mechanischen Methoden. Aufgrund der komplementären Methodik und Expertise der Partner wird AHEAD erstmals einen umfassenden Datensatz der thermodynamischen, mikrostrukturellen und morphologischen Stabilität sowie der mechanischen Eigenschaften von HEA Schichtsystemen bereitstellen und zugrundeliegende Mechanismen aufklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Nathalie Bozzolo; Dr. Dominique Chatain