Materialentwicklung und mechanische Eigenschaften von einphasigen Hochentropie-Legierungen

• Antragsteller: Dr. Michael Feuerbacher; Professor Dr.-Ing. Uwe Glatzel
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388739063

Im Fokus des Projekts steht die Untersuchung von Hochentropielegierungen (HEA) mit kfz, krz und hdp Kristallstruktur, um fundamentale Eigenschaften von konzentrierten festen Lösungen bzw. Mischkristallen zu erforschen. Als Basiszusammensetzung für kfz Lösungen wird die equiatomare Legierung CrMnFeCoNi, für krz die equiatomare Legierung TiZrNbHfTa und für hdp die equiatomare Legierung YgdTbDyHo herangezogen.Entropien werden experimentell über die Messung des spezifischen Wärmekapazität und anschließender Integration über die Temperatur ermittelt. Mit den Messungen soll geprüft werden ob die thermische Entropie in Zusammenhang mit der Mischungsentropie unterschiedliche Einflüsse auf reine Metalle im Vergleich zu kfz, krz und hdp Hochentropielegierungen zeigen. Von besonderem Interesse ist an dieser Stelle die hdp Legierung YgdTbDyHo da sich Lanthoide nur sehr geringfügig voneinander unterscheiden. Das Projekt soll klären ob Versetzungen diese unterschiedlichen Lanthanoid-Atome als identisch sehen und demzufolge keine netto Mischkristallhärtung erfolgt, oder ob ein das Gibbssche Paradoxon auch für mechanische Eigenschaften existiert.Kritische Schubspannungen von kfz, krz und hdp HEA werden gemessen und verglichen da sie grundlegende Indikatoren für die mechanische Festigkeit sind. Die Wirkungen weiterer Elementzugaben zu den HEA Basislegierungen auf die kritischen Schubspannungen sowie das Auftreten lokaler Verformung werden erforscht.Im Projekt werden HEA-Proben von der Universität Bayreuth (UBT) und dem Forschungszentrum Jülich (FZJ) hergestellt. Soweit möglich werden die Proben einkristallin mit Hilfe des Zonenschmelzens oder im Bridgman-Prozess hergestellt. Untersuchungen der mechanischen Eigenschaften werden mit selbstentwickelten Versuchsaufbauten an Miniaturproben von kryogenen bis zu hohen Temperaturen durchgeführt. Elastische Eigenschaften werden temperaturabhängig mit Hilfe der Ultraschallresonanzspektroskopie an kleinen (4x5x6 mm^3), einkristallinen kfz, krz und hdp HEA Proben gemessen.Mikrostrukturanalysen und die Aufklärung der Verformungsmechanismen werden mittels Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2006: Legierungen mit komplexer Zusammensetzung - Hochentropielegierungen (CCA - HEA)