Development and Characterization of Novel Refractory High-Entropy Alloys for High Temperature Applications
Final Report Abstract
Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, basierend auf den Erkenntnissen aus theoretischen Berechnungen und experimentellen Untersuchungen, geeignete refraktäre High Entropy Alloys für potenzielle Hochtemperaturanwendungen zu entwickeln. In diesem Vorhaben konnten wichtige Erkenntnisse gewonnen werden, die hier zusammengefasst dargestellt werden. 1. Für theoretische Vorüberlegungen zum Legierungsdesign wurde eine thermodynamische Datenbank des Systems Nb-Ta-Mo-Cr-Ti-Al-Si entwickelt, die die Legierungsentwicklung deutlich forcierte: Die Mechanismen des Werkstoffverhaltens konnten so besser verstanden werden und darauf basierend die chemischen Zusammensetzungen für die Legierungen mit verbesserten Eigenschaften festgelegt werden. 2. Geeignete Homogenisierungsparameter ermöglichen die Einstellung eines nahezu einphasigen Gefüges. Die Kristallstruktur der Legierungen aus dem System Ta-Nb-Mo-Cr-Ti-Al ist vom B2-Strukturtyp. Die temperaturabhängige Festigkeit zeigt einen für kubischraumzentrierte Metalle und Substitutionsmischkristalle typischen Verlauf. 3. Die gezielte Untersuchung des Oxidationsverhaltens der verschiedenen Legierungen im System Ta-Nb-Mo-Cr-Ti-Al offenbarte die besondere Schutzwirkung von CrTaO4 bei den Tahaltigen Legierungen, wodurch ein vergleichsweise hoher Oxidationswiderstand bis zu sehr hohen Temperaturen an Luft erzielt werden konnte. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Ausbildung von CrTaO4 die Metallauswärtsdiffusion drastisch reduziert und das Schichtwachstum deutlich verlangsamt wird. Die hier erzielten Ergebnisse machen deutlich, dass die hier entwickelten Legierungssysteme Potenzial als Hochtemperaturwerkstoffe im Bereich von Luft- und Raumfahrt als auch im Bereich der Energieerzeugung besitzen.
Publications
- Phase equilibria, microstructure, and high temperature oxidation resistance of novel refractory highentropy alloys, Journal of Alloys and Compounds, 624 (2015), 270-278
B. Gorr, M. Azim, H.-J. Christ, T. Mueller, D. Schliephake, A. Kauffmann, M. Heilmaier
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.11.012) - High temperature oxidation behavior of an equimolar refractory metal-based alloy 20Nb-20Mo-20Cr-20Ti- 20Al with and without Si addition, Journal of Alloys and Compounds, 688 (2016), 468-477
B. Gorr, F. Müller, H.-J. Christ, T. Müller, H. Chen, A. Kauffmann, M. Heilmaier
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.07.219) - Microstructure and mechanical properties at elevated temperatures of a new Alcontaining refractory high-entropy alloy Nb-Mo-Cr-Ti-Al, Journal of Alloys and Compounds, 661 (2016), 206-215
H. Chen, A. Kauffmann, B. Gorr, D. Schliephake, C. Seemüller, J. N. Wagner. H.-J. Christ, M. Heilmaier
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.11.050) - Microstructure evolution in a new refractory high-entropy alloy W-Mo-Cr-Ti-Al, Metallurgical and Materials Transactions A, 47 (2016), 961-970
B. Gorr, M. Azim, H.-J. Christ, H. Chen, D.-V. Szabo, A. Kauffmann, M. Heilmaier
(See online at https://doi.org/10.1007/s11661-015-3246-0) - High-temperature oxidation behavior of refractory high-entropy alloys: Effect of alloy composition, Oxidation of Metals, 88 (2017), 339-349
B. Gorr, F. Müller, M. Azim, H.-J. Christ, T. Müller, H. Chen, A. Kauffmann, M. Heilmaier
(See online at https://doi.org/10.1007/s11085-016-9696-y) - Contribution of lattice distortion to solid solution strengthening in a series of refractory high-entropy alloys, Metallurgical and Materials Transactions A, 49 (2018), 772-781
H. Chen, A. Kauffmann, S. Laube, I.-C. Choi, R. Schwaiger, Y. Huang, K. Lichtenberg, F. Müller, B. Gorr, H.-J. Christ
(See online at https://doi.org/10.1007/s11661-017-4386-1) - Effect of microalloying with silicon on high temperature oxidation resistance of novel refractory high-entropy alloy Ta- Mo-Cr-Ti-Al, Materials at High Temperatures, 35 (2018), 168-176
F. Müller, B. Gorr, H.-J. Christ, H. Chen, A. Kauffmann, M. Heilmaier
(See online at https://doi.org/10.1080/09603409.2017.1389115)
