Ordnungsprozesse in hochfesten Legierungen

Hoch­entropie-Legierungen halten extremer Hitze und Belastung stand und eignen sich daher für eine Vielzahl spezifischer Anwendungen. Einblicke in Ordnungs­prozesse und Diffusions­phänomene in diesen Materialien hat nun eine neue Studie an der Röntgenquelle Bessy II in Berlin geliefert. An der Studie waren Teams des Helmholtz Zentrums Berlin HZB, der Bundesanstalt für Material­forschung und -prüfung, der Universität Lettland und der Universität Münster beteiligt.

Das Team analysierte Proben einer Cantor-Legierung, die aus fünf 3d-Elementen besteht: Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt und Nickel. Die kristallinen Proben – kubisch-flächenzentriert, fcc – wurden bei zwei verschiedenen Temperaturen geglüht, entweder bei 1373 Kelvin für den Hochtemperatur­zustand (HT) oder bei 993 Kelvin für den Tieftemperatur­zustand (LT) und dann schockgefroren. Um die lokalen Umgebungen der einzelnen Elemente in den Proben zu analysieren, nutzte das Team eine gut etablierte Methode der Röntgen­absorptions­spektroskopie, die elementspezifisch ist (EXAFS). 

Mit einer Reverse Monte Carlo (RMC) Analyse gelang es, die Messdaten zu interpretieren. „Auf diese Weise konnten wir sowohl qualitativ als auch quantitativ die Besonderheiten der charak­teristischen lokalen Umgebungen der Haupt­komponenten der Legierung auf atomarer Ebene aufklären“, sagt Alevtina Smekhova vom HZB. Die Ergebnisse geben insbesondere auch Aufschluss über die Diffusions­prozesse in der Hochentropie-Legierung. 

So zeigten sie, dass in den HT-Proben Mangan am schnellsten diffundiert, während in den LT-Proben Nickel schneller diffundiert, wie es zuvor aus Diffusions­experimenten bekannt war. „Diese Ergebnisse helfen dabei, die Beziehung zwischen der lokalen atomaren Umgebung und den makro­skopischen Eigenschaften in diesen Legierungen besser zu verstehen“, sagt Smekhova.

HZB / DE