Legeringen met een hoog entropiegehalte zijn bestand tegen extreme hitte en stress, waardoor ze geschikt zijn voor een verscheidenheid aan specifieke toepassingen. Een nieuwe studie aan de röntgensynchrotronstralingsbron BESSY II heeft nu diepere inzichten opgeleverd in de ordeningsprocessen en diffusieverschijnselen in deze materialen.

Bij het onderzoek waren teams van HZB, het Federaal Instituut voor Materiaalonderzoek en Testen, de Universiteit van Letland en de Universiteit van Münster betrokken, en het is gepubliceerd in Nano Research .

Het team analyseerde monsters van een zogenaamde Cantor-legering, die bestaat uit vijf 3D-elementen:chroom, mangaan, ijzer, kobalt en nikkel. De monsters van kristallijne structuren (face-centered Cubic, fcc) werden bij twee verschillende temperaturen uitgegloeid en vervolgens schokbevroren.

Het onderzoek richtte zich op het ontrafelen van lokale atomaire structuren in enkelvoudige kristallijne monsters die zijn afgekoeld vanuit een hoge temperatuur (HT) toestand bij 1.373 Kelvin of een lage temperatuur (LT) toestand bij 993 Kelvin.

Om de lokale omgevingen van de afzonderlijke elementen in de monsters te analyseren, gebruikte het team een ​​beproefde methode:elementspecifieke meerrandige röntgenabsorptiespectroscopie (EXAFS). Om de meetgegevens op de meest nauwkeurige en onbevooroordeelde manier te interpreteren, heeft het team een ​​op Reverse Monte Carlo (RMC) gebaseerde analyse uitgevoerd.

"Op deze manier hebben we zowel kwalitatief als kwantitatief de eigenaardigheden van de karakteristieke lokale omgevingen van elk hoofdbestanddeel van de legering op atomaire schaal kunnen onthullen", legt Dr. Alevtina Smekhova van HZB uit.

In het bijzonder bieden de spectroscopische resultaten ook inzicht in de diffusieprocessen in HEA's. Er werd bijvoorbeeld direct aangetoond waarom het element mangaan het snelst diffundeert in de HT-monsters, terwijl het element nikkel sneller diffundeert in de LT-monsters, zoals eerder werd gevonden uit diffusie-experimenten.

"Deze resultaten helpen ons de relatie tussen de lokale atomaire omgeving en de macroscopische eigenschappen van deze legeringen beter te begrijpen", legt Smekhova uit.

Meer informatie: Smekhova A, et al. Afwijkingen in de lokale omgeving op korte afstand en atomaire diffusie in enkelkristallijne equiatomaire CrMnFeCoNi-legering met hoge entropie. Nano-onderzoek (2023) DOI:10.1007/s12274-024-6443-6. www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-024-6443-6

Journaalinformatie: Nano-onderzoek

Aangeboden door Helmholtz Vereniging van Duitse Onderzoekscentra