Entwicklung und Charakterisierung von konfigurationsentropiestabilisierten Legierungen (High-Entropy Alloys) auf Refraktärmetallbasis für Hochtemperaturanwendungen

Motivation

Derzeit sind Superlegierungen auf Nickelbasis die bevorzugten Werkstoffe für Hochtemperatur-Gasturbinenanwendungen. Ihr Schmelzpunkt von etwa 1450 °C schränkt jedoch den Temperaturbereich ein, in dem sie eingesetzt werden können, selbst mit Kühl- und Wärmedämmvorrichtungen.

Refraktärmetallbasierte Legierungen mit komplexer Zusammensetzung und Refraktärmetallbasierte konfigurationsentropiestabilisierte Legierungen bestehen aus einer Kombination von ineinander löslichen hochschmelzenden Metallen, die in der Regel eine ungeordnete oder geordnete kubisch-raumzentrierte Kristallstruktur aufweisen. Letztere wird über das einphasige Gefüge definiert, während erstere ein mehrphasiges Gefüge aufweisen. Einige dieser Legierungen übertreffen bereits Nickelbasis-Superlegierungen in bestimmten Struktureigenschaften, wie z.B. Hochtemperaturfestigkeit oder Dichte.

Ziele

  • Schmelzmetallurgische Herstellung von äquimolare sowie nahe- äquimolare Legierungen der Zusammensetzung Ta-Mo-Cr-Ti-Al

  • Stabilisierung eines einphasigen, homogenen Mischkristalls oder eines zweiphasigen Gefüges durch Manipulation der Zusammensetzung sowie gezielte Wärmebehandlungen

  • Ermittlung von reproduzierbaren mechanischen Kennwerten zur Bewertung der Legierungen hinsichtlich Hochtemperaturanwendungen

  • Verständnis der Verfestigung durch den verzerrten Mischkristall sowie die Ausscheidung von geordneten Phasen

Untersuchungen

  • Bewertung der Legierungsqualität durch O-/N-Analyse zur Untersuchung der Materialreinheit und durch nasschemische Analyse zur exakten Bestimmung der Legierungszusammensetzung

  • Thermische Analysen und Atomsondentomographie zur Bestimmung und Charakterisierung von Phasenübergängen

  • Druckversuche sowie Härtemessungen auf verschiedenen Skalen zur Ermittlung mechanischer Kennwerte

  • Mikrostrukturuntersuchungen des wärmebehandelten und verformten Zustands durch Beugungsverfahren und mikroskopische Charakterisierungsmethoden

Förderung

SPP 2006 "Compositionally Complex Alloys – High Entropy Alloys" der Deutschen Forschungsgemeinschaft

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