Nanomechanische Untersuchungen der Plastizität topologisch dicht gepackter Phasen bei hohen Temperaturen

• Antragstellerin: Professorin Sandra Korte-Kerzel, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 246436525

Wissenschaftliches Ziel dieses Projektes ist die umfassende Charakterisierung der Plastizität der intermetallischen, topologisch dicht gepackten Ausscheidungen (TCP Phasen), welche sich bspw. in hochlegierten Superlegierungen bilden. Sie beeinflussen die Floßbildung beim Kriechen und werden zumeist mit einer Reduktion der Lebenszeit in Verbindung gebracht. Hierbei spielen vor allem die Initiierung von Rissen und die Schwächung der umgebenden Matrix durch Extraktion wichtiger Legierungselemente eine Rolle. In der ersten Projektphase wurden die mechanischen Eigenschaften, Verformungsmechanismen und Defektstrukturen der µ-Phase Fe7Mo6 mittels mikromechanischer Untersuchungsmethoden in Kombination mit Rasterelektronen- und (hochauflösender) Transmissionselektronen¬mikroskopie bestimmt. Erste Untersuchungen der σ-Phase zeigten eine Stöchiometrie¬abhängigkeit der Verformungseigenschaften dieser Phase. Im Rahmen dieser Arbeiten wurde eine computergestütze Analyse von unbekannten Gleitebenen in komplexen Kristallen entwickelt und implementiert, welche die Identifikation von um Indents gebildeten Gleitspuren beschleunigt und erweitert. Weiterhin wurde, mittels in der ersten Projektphase durchgeführten Verbesserungen des Indentersetups, der Temperaturbereich der Nanoindentation bis auf 1000°C erweitert. Basierend auf diesen Ergebnissen ist für die zweite Projektphase die vollständige Bestimmung der Verformungsmechanismen, ihrer thermischen Aktivierung und Stöchiometrieabhängigkeit der im technisch relevanten System Eisen-Molybdän vorhanden µ, σ und Laves TCP Phasen geplant. Dazu werden mikromechanische Untersuchungsmethoden wie Nanoindentation, Hochtemperatur-Nanoindentation, Nanoindentations-Dehnratenwechselversuche und Mikrosäulen-Kompression mit anschließender Charakterisierung der aktivierten Verformungsmechanismen bis zur atomaren Ebene erfolgen. Insbesondere soll ein Fokus auf dem Vergleich der Verformungsmechanismen und Versetzungsstrukturen der reinen Laves-Phase und der Laves-Phasen-Lagen in der µ-Phase liegen. Die bisherigen Ergebnisse haben gezeigt, dass die Raumtemperaturverformung auf den Basalebenen der µ-Phase mittels des Synchroshear-Mechanismus in den Laves-Triple-Lagen erfolgt. Die Betrachtung der Verformung komplexer Kristalle basierend nicht auf ihrer gesamten Einheitszelle, sondern basierend auf ihren konstituenten Bauteilen, würde die Kategorisierung und Identifikation geeigneter komplexer intermetallischer Phasen für definierte Anwendungen deutlich vereinfachen. Daher wird erwartet, dass die geplanten Untersuchungen einen erheblichen Einfluss haben werden auf die Bewertung zukünftiger Anwendbarkeit komplexer intermetallischer Phasen und dem Effekten von Legierungselementen, beispielsweise in Materialien für die Hochtemperatur-anwendung oder als Verstärkungsphase in hochfesten Materialien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen