Accelereret analyse af stabiliteten af ​​komplekse legeringer

Materialeforskere ved Ruhr-Universität Bochum er i stand til at afgøre, om et nyt materiale forbliver stabilt under temperaturbelastning inden for et par dage. De har udviklet en ny proces til analyse, for eksempel, temperaturen og oxidationsmodstanden af ​​komplekse legeringer, der består af en række forskellige elementer. Tidligere har sådanne analyser plejede at tage måneder. Teamet ledet af prof. Dr. Alfred Ludwig og Dr. Yujiao Li fra Institute for Materials og Center for Interface-Dominated High Performance Materials beskriver processen i tidsskriftet Materialer Horisonter .

Denne metode er ideel til såkaldte high-entropy legeringer-materialer, der for nylig har været af stor interesse for forskere. I modsætning til traditionelle legeringer, de består ikke af et hovedelement og flere yderligere elementer i lavere koncentrationer, men snarere af en homogen blanding af flere elementer.

"Disse legeringer udgør en ny ressource for nye materialer. Med et næsten ubegrænset antal forskellige materialekombinationer, det er ganske sandsynligt, at der vil blive opdaget materialer, der overgår nuværende materialer med hensyn til visse egenskaber, "siger Ludwig. Den afgørende faktor er, at legeringerne forbliver stabile og ikke opløses i individuelle komponenter, selvom de udsættes for termisk eller kemisk belastning under påføring." Derfor er denne metode så vigtig, "tilføjer Ludwig." Det kan bruges til at teste potentielle kandidater på atomskala inden for kort tid. "

Kombination af metoder er nøglen

Inden implementering i industrielle applikationer, ethvert nyudviklet materiale skal testes med hensyn til forskellige parametre, for eksempel dens temperaturbestandighed og oxidationsfølsomhed. For at fremskynde disse tests, grupperne fra Bochum har udviklet en kombination af flere metoder.

De påførte den komplekse legering som et lag med en tykkelse på blot et par nanometer til 36 mikroskopisk små spidser. Til dette formål, de implementerede sprutaflejringsmetoden for at deponere et specifikt blandingsforhold på fem metaller til spidserne samtidigt. I de således anvendte lag, metallerne kan reagere meget hurtigt med hinanden. Forfatterne omtaler systemet som en kombinatorisk behandlingsplatform.

Efterfølgende, forskerne udsatte de enkelte spidser for forskellige former for stress og brugte Atom Probe Tomography til at karakterisere lagets sammensætning efter hver stresseksponering. Teknologien letter både en tredimensionel visualisering af millioner af atomer og sondringen mellem forskellige elementer.

Atom Probe Tomography ødelægger prøven på det sted, hvor den blev testet; følgelig, mindst en belagt spids er brugt op pr. måling. Imidlertid, da de havde 36 identiske tips til rådighed, forskerne var i stand til at udføre mange tests i tæt rækkefølge.

Mulighed for at teste for forskellige egenskaber

I det første trin, for eksempel, de påførte varme til prøven, indtil den nåede en bestemt temperatur; derefter brugte de atomsonden til at teste, hvilken effekt termisk belastning havde på legeringen, påført varme igen for at nå en højere temperatur, testet legeringen igen osv. "Ved hjælp af denne metode, vi kan meget hurtigt fortælle, at den analyserede legering opløses i flere forskellige faser ved temperaturer over 300 grader celsius, "siger Ludwig." Desuden, vi er i stand til at undersøge dets oxidationsfølsomhed og reaktioner i forskellige omgivelsesmedier. "Baseret på de omfattende måledata og nye visualiseringsmetoder for disse data, forskerne kan således få et indblik i faseudvikling i komplekse legeringer inden for et meget kortere tidsrum end ved traditionelle metoder.