Verformungslokalisierung metallischer Gläser

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Horbach; Professor Dr.-Ing. Gerhard Wilde
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505731929

Der Fokus des MEGALO-Projekts liegt auf dem Übergang zwischen heterogener und homogener plastischer Deformation metallischer Gläser. Dieser Übergang ist trotz seiner großen Bedeutung für ein grundlegendes Verständnis und für die Anwendung von Gläsern bis heute nur wenig verstanden. Um die zugrunde liegenden Mechanismen dieses Übergangs zu analysieren, liegt diesem Projektantrag eine konzertierte Herangehensweise aus eng miteinander verbundenen experimentellen und theoretischen Analysen zugrunde. Dabei werden strukturelle Heterogenitäten und deren Auswirkungen auf unterschiedlichen Längenskalen mit sich ergänzender Methoden analysiert, um die wesentlichen Einflussfaktoren für den Übergang zu eruieren. Die experimentellen Ergebnisse werden mit Vorhersagen aus atomistischen Simulationen und Kontinuums-theoretischen Beschreibungen verglichen. Der hier gewählte Ansatz sowie die Expertise des Konsortiums ermöglicht einen detaillierten Vergleich zwischen Experimenten und theoretischen Beschreibungen auf unterschiedlichen Längenskalen über das gesamte Übergangsregime und ermöglicht so die Aufstellung eines fundierten Ansatzes zur Beschreibung der zugrunde liegenden Mechanismen des Übergangs zwischen der Deformationslokalisierung und homogenem Fließen. Basierend auf wenigen experimentellen Studien wurde kürzlich der Übergang zwischen lokalisierter Deformation und homogenem Fließen mit einer Konkurrenz zwischen thermischen und zeitanhängigen strukturellen Umordnungen in Verbindung gebracht. Diese Studien legen nahe, dass die drastischen Änderungen durch einen Übergang der elementaren Akkommodationsmechanismen und durch strukturelle Modifikationen kontrolliert werden, welche auf der Längenskala der sogenannten „medium range order“ (MRO) angesiedelt sind. Dieser Zusammenhang wurde bislang kaum untersucht und ist nur wenig verstanden. An dieser Stelle setzt das MEGALO Projekt an, welches als zentrales Ziel die Analyse dieses Übergangs und die Eruierung der zentralen Mechanismen und Einflussfaktoren avisiert. Dazu sollen zwei metallische Glasbildner mit möglichst unterschiedlichen Fragilitäten untersucht werden. Mechanische Eigenschaften werden im Bereich des Glasübergangs und darüber sowohl im Zug als auch im Druckversuch bestimmt und digitale Bildkorrelation (DIC) wird genutzt, um Deformationslokalisierung als Funktion von Temperatur und Dehnrate zu quantifizieren. Die deformierten Proben werden hinsichtlich struktureller Änderungen innerhalb und außerhalb der Lokalisierungsbereiche charakterisiert. Dazu werden komplementäre experimentelle Methoden wie Fluktuationselektronenmikroskopie, Diffusionsexperimente und Nanoindentierung genutzt und werden gemeinsam mit den Ergebnissen aus Molekulardynamik und Finite Elemente-Berechnungen analysiert. Die enge Zusammenarbeit und der Austausch der an dem Projekt beteiligten DoktorandInnen ist dabei instrumentell für die erfolgreiche Umsetzung des skalenübergreifenden Ansatzes des MEGALO Projektes.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jean-Jacques Blandin; Professor Dr. Habibou Maitournam; Privatdozent Jan Neggers, Ph.D.