Klärung der dynamischen und strukturellen Versprödungsursachen von metallischen Gläsern

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Robert Maaß; Dr. Birte Riechers
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573692340

Metallische Gläser (MG) sind Hochleistungslegierungen mit einer vielversprechenden Zukunft. Ein zentrales Problem dieser strukturellen Festkörper ist jedoch ihre Metastabilität und damit die potenziell einhergehende Verschlechterung ihrer Eigenschaften im Laufe der Zeit. Ein fast vollständiger Verlust der Zähigkeit ist ein typischer Effekt, der mit einer Enthalpie-Relaxation einhergeht. Der strukturelle Ursprung für die Verschlechterung der Eigenschaften ist nach wie vor unbekannt. Jüngste Erkenntnisse aus unseren vorhergehenden Arbeiten über mikrosekundenlange Molekulardynamiksimulationen lassen eine mikrostrukturelle Sichtweise auf MGs zu, bei der während des isothermen Auslagerns des Materials im festen Zustand ein Netzwerk lokaler, strukturell ähnlicher Umgebungen von niedriger Energie wächst, was die Beobachtungen von Versprödung und Enthalpie-Relaxation erklären kann. Eine direkte Beobachtung der Entwicklung dieser strukturellen Heterogenität muss jedoch noch erbracht werden. Durch die Nutzung kohärenter Röntgenstreuung an hochentwickelten Synchrotrons der 4. Generation ist seit kurzem die Messung der strukturellen Dynamik über einen erweiterten Bereich von Wellenvektoren möglich. Ziel dieses Projekts ist daher die direkte Identifizierung des strukturellen und dynamischen Ursprungs der Versprödung von MGs durch die Validierung des mikrostrukturellen Modells auf der Grundlage der mikrosekundenlangen Molekulardynamiksimulationen. Im Zusammenspiel wird die inhärente Metastabilität von MGs untersucht, indem die Entwicklung von i) Zähigkeit und Enthalpie sowie ii) die wellenvektorabhängige Dynamik anhand von kohärenten Röntgenexperimenten beim Auslagern im festen Zustand aufgezeigt wird, iii) dynamische und statische Speckle-Muster auch mit neuen Analyseansätzen untersucht werden und iv) abschließend die Entwicklung der amorphen Mikrostruktur mit Enthalpie-Relaxation und Versprödung verknüpft wird. Bei erfolgreichem Abschluss dieses Forschungsprojektes wird eine grundlegende Strategie zum langfristigen Erhalt der vielversprechenden Eigenschaften metallischer Gläser formuliert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen