Illustration: Hochentropie Legierung - ideale Konfiguration - Modellierung vs Messungen - reale Konfiguration
Quelle: BAM, Fachbereich Strukturanalytik
In den letzten zehn Jahren spielen Hochentropie-Legierungen eine wichtige Rolle als neue Klasse von metallischen Mehrkomponentenwerkstoffen. Im Gegensatz zu klassischen Legierungen und Stählen mit mehreren Mikroanteilen metallischer oder nichtmetallischer Komponenten an einem Hauptelement, wie z. B. Eisen an Stählen, enthalten Hochentropie-Legierungen fünf oder mehr Hauptkomponenten mit nahezu gleichen Konzentrationen. Die komplexe Zusammensetzung von hochentropischen Legierungen bestimmt ihre Struktur und ihre funktionellen Eigenschaften. Bisher wurden für viele Metalle hochentropische Werkstoffe hergestellt, um ihre Attraktivität für praktische Anwendungen in den Bereichen Energiespeicherung und -umwandlung, Elektrokatalysatoren und fortgeschrittene nukleare Anwendungen zu untersuchen.
Eines der vielversprechendsten Beispiele für industrielle Anwendungen ist die äquiatomare einphasige CrMnFeCoNi, weshalb solche Systeme immer intensiver untersucht werden. Sie liefern nicht nur neue Erkenntnisse über funktionelle Eigenschaften, sondern werfen auch neue grundlegende Fragen auf, die geklärt werden sollten, bevor Forscher und Ingenieure weitere Fortschritte beim Verständnis der Natur erzielen können.
Es hat sich gezeigt, dass die lokale Zusammensetzung von hochentropischen Legierungen eine wichtige Rolle für ihre makroskopischen Eigenschaften spielt, z. B. für die mechanische und chemische Stabilität sowie für vielversprechende katalytische Eigenschaften. Um die lokale Struktur in der Nähe der einzelnen Atome zu untersuchen, sind Röntgenmethoden erforderlich, die in Großgeräten, den so genannten Synchrotrons, eingesetzt werden. Somit können wir die lokale Ordnung und die inneren Relaxationen in komplexen Mehrkomponentensystemen auf der atomaren Skala auf elementare Weise untersuchen. Damit eröffnen wir einen Weg zu umfassenden Strukturuntersuchungen von Materialien, die für moderne Technologien und Anwendungen benötigt werden.
In dieser multidisziplinären Studie wenden wir die Synchrotron-Röntgenabsorptionsspektroskopie als leistungsfähiges, elementspezifisches Werkzeug an, um die lokale Zusammensetzung der hochentropischen Legierung CrMnFeCoNi zu charakterisieren. Wir untersuchten jedes Element separat, um ein in sich konsistentes Bild der lokalen Struktur auf atomarer Ebene zu erstellen.
Unsere Studie zeigt, dass alle fünf Komponenten der äquiatomischen CrMnFeCoNi-Legierung homogen in der Struktur verteilt sind und keine Inseln mit überwiegender Präsenz von einem oder zwei Elementen bilden, wie dies in früheren Studien postuliert wurde. Diese Erkenntnisse fördern hochentropische Materialien mit funktionellen Eigenschaften, die für ein breiteres Spektrum von Anwendungen geeignet sind.
Inner relaxations in equiatomic single-phase high-entropy Cantoralloy
A. Smekhova, A. Kuzmin, K. Siemensmeyer, R. Abrudan, Uwe Reinholz, Ana Guilherme Buzanich, M. Schneider, G. Laplanche, Kirill V. Yusenko
veröffentlicht in Journal of Alloys and Compounds, Band 920, Aufsatznr. 165999, Seite 1-31, 2022
BAM Fachbereich Strukturanalytik