Leobener Forscher finden neue Kältelegierung
Bei tiefen Temperaturen sind reine Metalle für viele Anwendungen bei thermischer und mechanischer Belastung nicht optimal geeignet. Durch die Zugabe von Legierungselementen können allerdings mechanische Eigenschaften wie Härte, Festigkeit und Zähigkeit verändert werden.
Werkstoff kristallisiert in einer Phase
„Wir haben eine Legierung aus Kobalt, Chrom, Eisen, Mangan und Nickel mit hoher Konfigurationsentropie untersucht. Die exzellenten Eigenschaften des Werkstoffes waren bisher nicht bekannt“, schilderte Anton Hohenwarter vom Departement Materialphysik der Montanuniversität Leoben. Der Werkstoff besteht aus gleichen Anteilen der Einzelelemente und wurde in Zusammenarbeit mit Lawrence Berkeley National Lab und dem Oak-Ridge National Lab hergestellt. Das Besondere daran ist, dass der Werkstoff - ähnlich wie ein Reinmetall - in einer einzigen Phase kristallisiert.
Erstaunliche Ergebnisse bei Tests
Die Tests an der Legierung zeigten erstaunliche Ergebnisse: Sie verfügt über eine außergewöhnlichen Schadenstoleranz und eine Zugfestigkeit von über einem Gigapascal, wobei die Werte mit sinkender Temperatur stiegen. „Das unterscheidet sie von der Mehrheit der metallischen Legierungen“, so Hohenwarter; außerdem nahm die plastische Verformbarkeit unter Belastung bei niedrigen Temperaturen bis minus 196 Grad Celsius deutlich zu. Auch die Widerstandsfähigkeit gegen Bruch- und Rissausbreitung stieg mit sinkendender Temperatur leicht an.
Auch Geheimnis der Legierung gelöst
Das Geheimnis, das hinter der Multielement-Legierung liegt, wurde ebenfalls gelöst: Bei tiefen Temperaturen bilden sich im Material sogenannte Nano-Zwillinge - das seien Bereiche, in denen sich Atome als Spiegelbilder benachbarter Atome anordnen, erklärt Hohenwarter. Die Forscher gehen davon aus, dass dieser zusätzliche Verformungsmechanismus die Verfestigung des Materials unterstütze, dadurch verzögere sich die Verformung und der Zeitpunkt des Versagens.
Aktuell stehe man am Beginn der Untersuchungen der Eigenschaften des Materials; außerdem wolle man noch weitere sogenannte High-Entropy- Materialien gezielt verändern, so Hohenwarter. Der Forscher spricht dem neuen Legierungskonzept viel Potenzial zu.