Der Einfluss von Gitterstörungen auf die Härte der Legierungen.
Quelle: BAM
Die Festigkeit einer Legierung hängt von mehreren Faktoren ab, wie ihrer Zusammensetzung, ihrer Herstellung und ihrer inneren Mikrostruktur. Die einfachste Zusammensetzung, also eine einkristalline, ein-elementige, ist nicht sehr fest. Die Festigkeit kann durch Hinzufügen eines oder mehrerer zusätzlicher Elemente, die sich mit dem ersten vermischen, erhöht werden.
In dieser Arbeit gibt es kein „erstes“ Element, sondern stattdessen eine sorgfältig ausgewählte Mischung aus Al, Co, Cr, Cu, Fe und Ni in nahezu äquimolarer Zusammensetzung und eine Gruppe von fünf Unterlegierungen, von denen ein Element entfernt wurde (mit Ausnahme von Ni). Dies gibt uns die Möglichkeit, den Einfluss jedes einzelnen Elements auf die Festigkeit des Materials zu untersuchen, welche (in dieser Arbeit) mithilfe der Härte dargestellt wird.
Vor dieser Studie war bereits bekannt, dass Ni das Element ist, das als Orientierung für die Homogenität und die kristallographische Struktur des Materials dient und daher nicht aus der Zusammensetzung entfernt werden kann.
Eine überraschendere Beobachtung wurde für die Elemente Fe und Co gemacht. Diese beiden Elemente, insbesondere Co, scheinen die anderen Elemente zusammenzuhalten, und ihre Entfernung treibt die verbleibenden Elemente zur Bildung einer zweiten Phase, einer Entmischung, und zerstört so die Homogenität. Während dies bereits in früheren Arbeiten vermutet wurde, konnte es nun für das Co bestätigt und erstmals für Fe nachgewiesen werden. Sobald Fe oder Co entfernt werden und die zweite Phase entsteht, erhöht sich die Härte des Materials deutlich; der ursprünglich geplante Vergleich im homogenen Zustand ist jedoch nicht mehr möglich.
Die Entfernung von Cr und Cu hat keinen wesentlichen Einfluss auf die Härte der Legierung. Diese beiden Elemente sind am wenigsten daran interessiert, mit anderen Elementen als sich selbst in Kontakt zu treten, sodass ihre Entfernung keinen Einfluss auf den Rest der Legierung hat, was die Härt angeht.
Al hat als einziges Element mit einer völlig anderen Anordnung der Elektronen einen großen Einfluss auf das Verhalten der Legierung. Seine Anwesenheit stört die anderen fünf Elemente und führt zu einer Neuanordnung der Atome im Kristallgitter, was die Härte der Legierung erhöht. In der gegebenen Zusammensetzung Al8Co17Cr17Cu8Fe17Ni33 kann mal also daraus schließen, dass Al der stärkste Legierungsverfestiger ist.
How Atomic Bonding Plays the Hardness Behavior in the Al–Co–Cr–Cu–Fe–Ni High Entropy Family
Andrea Fantin, G. O. Lepore, M. Widom, S. Kasatikov, Anna Maria Manzoni
publiziert in Small Science, 2023, Aufsatznummer: 2300225, Seiten 1 bis 12
BAM Abteilung Werkstofftechnik
BAM Fachbereich Materialographie, Fraktographie und Alterung technischer Werkstoffe