Phasenbildung, Kristallisationskinetik und Eigenschaften von Fe/Co-basierten massiven metallischen Nanocompositen

• Antragsteller: Dr. Mihai Stoica
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 165973327

Die interessanten weichmagnetischen Eigenschaften von mehrkomponentigen Fe- oder (Fe,Co)-Basislegierungen führten zu einem erhöhten Interesse der Wissenschaft an der Herstellung und Charakterisierung der physikalischen Eigenschaften dieser Legierungen. Mehrere wissenschaftliche Arbeiten haben gezeigt, dass in einigen Fällen die weichmagnetischen Eigenschaften von amorphen ferromagnetischen Bändern durch Wärmebehandlung verbessert werden können. Trotz ihrer herausragenden Eigenschaften haben die amorphen Bänder bisher noch begrenzte Anwendungsfelder. Viel geeigneter sind massive weichmagnetische Gläser, da sie im Gegensatz zu rasch erstarten μm-dicken Bändern direkt in ihrer mehrere Millimeter dicken Endform gegossen werden können. Jedoch sind die überragenden magnetischen Eigenschaften nicht das einzige Kriterium für die Eignung dieses Materials für den breiten Einsatz. Vielmehr wird eine geeignete Kombination aus magnetischen, mechanischen und/oder Korrosions-Eigenschaften erstrebt, die dieses Material überaus interessant für die Anwendung machen würde. Metallische Massivgläser haben eine wesentlich höhere Härte, höhere Streckgrenze, besseres Ermüdungsverhalten und Verschleißfestigkeit als kristallines Material. Die den metallischen Gläsern innewohnende Sprödigkeit kann durch Ausscheidung von Nanokristalliten deutlich verbessert werden. Kürzlich erschienene Studien belegen, dass geringe Zugaben von Elementen, die die Bildung von Nanokristalliten fördern, möglicherweise auch die Plastizität der weichmagnetischen Nanophasen erhöhen. Der Mechanismus, der zum Weichmagnetismus führt, scheint ähnlich dem in nanokristallinen Finemet-Bändern zu sein. Er ist aber bisher noch nicht vollständig untersucht und verstanden. Die Finemet-Bänder verspröden, wenn sich Nanokristallite ausscheiden, wohingegen metallische Massivgläser an Verformbarkeit gewinnen. Das unterschiedliche Verformungsverhalten resultiert aus den unterschiedlichen Längenskalen, die sich in den Nanokompositen finden: die Bänder haben eine sehr geringe Dicke (üblicherweise weniger als 50 μm), die metallischen Massivgläser sind hingegen dreidimensionale Objekte. Die metastabilen Nanophasen bilden sich eher in Legierungen mit hohem Metalloid-Gehalt aus. Jedoch sind die Details der Mechanismen, die zum besonderen weichmagnetischen und mechanischen Verhalten führen, nicht komplett verstanden. Außerdem wurden bisher keine Untersuchen zur kontrollieren Kristallisation an massiven metallischen Gläsern durchgeführt. In einigen Fällen scheinen sich die metastabilen Phasen in massiven Gläsern von denen, die in amorphen Bändern entstanden sind zu unterscheiden. Außerdem bilden sie sich nur, wenn eine bestimmte kurzreichweitige Ordnung in Ausgangsmaterial existiert. Das Projekt soll aufklären, wie diese metastabilen Phasen stabilisiert werden können und welche besondere kurzreichweitige Ordnung notwendig ist, um sie entstehen zu lassen. Die Hauptaufgabe besteht darin ein optimales Gleichgewicht zwischen Glasbildungsfähigkeit und Nanokristallisation zu finden, was zu verbesserten weichmagnetischen Eigenschaften führt. Diese neuen weichmagnetischen Massivproben eröffnen neue Anwendungsfelder für diese Materialklasse. Sie ermöglichen unter anderem die Miniaturisierung von Bewegungsmeldern, Magnetkernen, magnetischen Ventilen und magnetischen Kupplungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen