Mechanismen der segregations-induzierten Verfestigung und Steigerung der Zähigkeit von ultrafeinkörnigen Wolframlegierungen bei erhöhten Temperaturen

• Antragsteller: Dr. Nicolas Peter
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544676970

Das spröde Versagen an Spaltebenen oder Grenzflächen ist bei nanostrukturierten Materialien, insbesondere bei wenig duktilen Metallen wie Wolfram (W), problematisch. Ansätze zur Festigkeits- und Duktilitätsverbesserung durch "Korngrenz-Segregations-Engineering" gelten als vielversprechend, doch der Einfluss segregierender Elemente auf Grenzflächenkonfiguration, Duktilität und Bruchzähigkeit, besonders bei erhöhten Temperaturen ist noch unklar. Hypothesen / Forschungsfragen / Ziele: Die Bedingungen unter denen Korngrenzsegregation bestimmte Konfigurationen verursacht und deren Einfluss auf Festigkeit und Plastizität zu ermitteln, könnte hypothetisch eine gezielte Anpassung der Grenzflächenplastizität erlauben. Das Projekt kombiniert mikro-/nanomechanische Tests, atomaufgelöste strukturelle und chemische Charakterisierungen und beleuchtet den Einfluss von unterschiedlichen Dotierelementen auf W-Grenzflächen. Ansatz / Methoden: Ein skalenübergreifender Ansatz deckt plastische Verformungsprozesse an Grenzflächen und Rissspitzen ab. Mikro- und nanoskalige Bruchexperimente im REM und im TEM sowie Verformungsexperimente bei atomarer Auflösung im TEM werden unter Einbeziehung von Grenzflächenstruktur und Temperatur von Raumtemperatur bis zu erhöhten Temperaturen durchgeführt. Identifizierte Einflüsse werden mit Molekulardynamiksimulationen von digitalen Zwillingen verglichen. Dies ermöglicht die Validierung im TEM von simulierten Dehnungen zur Versetzungsemission vor Rissspitzen und ihre Verknüpfung mit bulk-ähnlichen REM-Experimenten. Grad der Originalität / Innovation: Die Kombination von in-situ Untersuchungen auf Mikro-, Nano- und atomarer Skala mit großskaligen, atomaren Simulationen bewertet innovativ das Bruchverhalten von Grenzflächen-engineerten, nanostrukturierten Materialien. Das Verständnis fördernder Korngrenzmotive für Plastizität und Rissverhinderung ermöglicht wissensbasierte Anpassungen von Grenzflächenmikrozuständen. Dies verbessert Materialien hinsichtlich ihrer Brucheigenschaften und thermischen Stabilität, ebnet den Weg zu neuartigen Materialien für extreme Umgebungen und ist ressourcenschonend und recyclingfreundlich.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Daniel Kiener