Thermomechanische Eigenschaften und Mikrostruktur von kfz und krz Hochentropielegierungen

Im Fokus des Antrags stehen die in der Literatur gut beschriebenen fcc-CoCrFeMnNi und bcc-HfNbTaTiZr HEA Systeme, für welche die Grundlagen bezüglich Legierungsstabilität bekannt sind und weiterhin das AlCoCrFeNi-System, welches einen fcc-bcc-Übergang in Abhängigkeit vom Al-Gehalt aufweist. Basierend auf diesen stabilen fcc- und bcc-Gittern werden wir in einem kontinuierlichen Ansatz den chemischen Parameterraum der Modelllegierungen variieren und die Mikrostruktur und thermomechanischen Eigenschaften der Legierungen umfassend charakterisieren. Die zu erwartenden Erkenntnisse werden dadurch nicht nur zum Verständnis eines spezifischen Legierungssystems beitragen, sondern auch die Effekte in HEAs im Allgemeinen beleuchten.

Zur gezielten Mikrostruktur und Legierungsvariation werden die Legierungen einer systematischen thermomechanischen Behandlung einschließlich Diffusionspaaren sowie einer hochgradigen plastischen Umformung unterzogen. Mittels Tracer-Diffusion werden die atomaren Mobilitäten in den Bulk-HEAs und auch speziell von Korngrenzen untersucht. Die Diffusionsdaten sind neben dem grundlegenden Verständnis auch wichtig für die Interpretation der Stabilität, Oxidationsbeständigkeit oder auch dem Hochtemperaturkriechverhalten der Legierungen.Die mechanischen Eigenschaften der Legierungen werden in einem skalenüberbrückenden Ansatz bei unterschiedlichen Temperaturen, Belastungsraten und unter in-situ Beobachtung im REM und TEM charakterisiert. Die Ausgangsmikrostruktur sowie die Verformungsmikrostruktur der Legierungen, wie z.B. Korngrenzen, Versetzungszellstrukturen, Segregationen werden weiterhin auf allen relevanten Längenskalen vom atomaren (TEM) bis zur Mikroskala (hochauflösende EBSD) charakterisiert.Spezifische in-situ-Experimente im TEM dienen dabei der gezielten Analyse von Defektstrukturen und deren Wechselwirkung, wie z.B. die Bildung von Nanozwillingen oder auch Pile-ups an Korngrenzen.Die experimentellen Untersuchungen sind eng mit einer atomistischen Modellierung verknüpft, so dass die zugrundeliegenden Mechanismen mit Hinblick auf Diffusion, Defektstrukturen und Defektwechselwirkungen in HEAs aufgeklärt werden können. Wir hoffen mit diesem grundlegenden Forschungsprogramm und durch die komplementäre Expertise der beteiligten Gruppen einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der thermomechanischen Eigenschaften und Mikrostrukturen von HEAs liefern zu können.

AZ: AL578-25/2

Projektzeitraum: November 2017 – Oktober 2023

Teilprojekt zu: SPP 2006: Legierungen mit komplexer Zusammensetzung – Hochentropielegierungen (CCA – HEA)

Projekt mit der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster