Phasentrennung auf verschiedenen Längenskalen in Galfenol-Legierungen

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Leineweber
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465128335

Eine globale Minimierung der Gibbsenergie ergibt den wahren Gleichgewichtszustand bei gegebenem Druck und Temperatur. In Multikomponentensystemen kann dieses zu Mehrphasengleichgewichten mit zueinander inkohärenten Phasen führen. Phasenumwandlungen führen jedoch häufig nur zu einer unvollständigen Einstellung solcher Mehrphasengleichgewichte. Die Thermodynamik solcher Zustände ist oft durch mikrostrukturelle Beiträge kompliziert, z. B. durch elastische Energie oder Grenzflächenenergien. Solche Zustände sind in vielen Struktur- und Funktionsmaterialien von großer Relevanz. Die Antragsteller haben sich binäre Fe-Basislegierungen mit Al, Ga und Ge als interessantes System auserkoren, um derartige Zustände zu erforschen. In diesen Legierungen entwickeln sich heterogene Zustände kubisch raumzentrierten Randmischkristallen (BCC) oder von diesen abgeleiteten Überstrukturphasen. Diese Heterogenitäten entwickeln sich aufgrund zweier Arten von Instabilitäten, welche für viele BCC-artigen Phasen bekannt sind: die Bain-artige elastische Instabilität und die omega-artige dynamische Instabilität. Derartige Legierungen sind wegen ihrer sehr stark ausgeprägten Magnetostriktion anwendungsrelevant, besonders in Fe-Ga-Legierungen (Galfenole). Strukturelle Inhomogenitäten werden für den großen magnetostriktiven Effekt verantwortlich gemacht, jedoch auch für sein Verschwinden bei höheren Ga-Gehalten.Das beantragte Projekt strebt jedoch nicht so sehr eine Optimierung des magnetostriktiven Verhalten an durch Veränderung von Zusammensetzung und Wärmebehandlung an. Stattdessen geht es um eine Exploration der Zersetzungspfade der tendenziell instabilen Legierungen. Auf Basis gezielt wärmebehandelter Legierungen werden die räumliche Phasenverteilung und chemische Heterogenitäten mit Hilfe ausgewählter Techniken wie Beugung mit Laborröntgenstrahlung, Neutronen und Synchrotronstrahlung, mit Neutronenkleinwinkelstreuung aber auch mit Elektronenmikroskopie aufgeklärt. Magnetometrie und Anelastizitätsmessungen werden, wenn angemessen, hinzugezogen. Dabei ist die Ausbildung unterschiedlicher Arten von heterogenen Zuständen als Funktion von Legierungszusammensetzung und Wärmebehandlung zu erwarten. Dabei wird der Effekt der Heterogenitäten auf das Magnetostriktionsverhalten ermittelt. Das gewonnene Wissen steht so der Wissenschaftsgemeinde zur Verfügung um systematischere Ansätze zur Verbesserung des magnetostriktiven Verhaltens von Galfenolen zu verfolgen.Im Projekt werden komplementäre Expertisen von Wissenschaftlern in Deutschland und Russland hinsichtlich der Erforschung von Struktur und Mikrostruktur von Legierungen kombiniert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Science Foundation, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Professor Dr. Anatoly Balagurov, bis 3/2022