Ab-initio-Studie zu High Entropy Alloys: Grundzustands- und darüber hinausgehende Eigenschaften

• Antragsteller: Dr. Fritz Körmann
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269009776

Die vor ungefähr 10 Jahren eingeführten High Entropy Alloys (HEAs) repräsentieren eine der vielversprechendsten Klassen struktureller Materialen. Eine Vielzahl von herausragenden Materialeigenschaften wurde inzwischen gefunden, z.B. hohe Härtegrade, Hochtemperaturfestigkeit, thermische Stabilität sowie eine zumeist sehr gute Korrosionsbeständigkeit.Trotz großer experimenteller Anstrengungen sind bis heute die fundamentalen Formationsmechanismen sowie viele wichtige Materialeigenschaften unverstanden. Dies betrifft insbesondere den Einfluss von Gitter- und magnetischen Anregungen auf die Phasenstabilitäten, sowie auf Diffusions- und Defekteigenschaften (z.B. Stapelfehler). Das derzeitige lückenhafte Verständnis erklärt die eingeschränkten Design-Kriterien der HEAs, die insbesondere auf empirischen Gesetzen ruhen als auf einem Verständnis der zugrundeliegenden physikalischen Mechanismen.Die HEAs sind demzufolge ideale Kandidaten für das schnell wachsende Feld des Integrated Computational Materials Engineering. Eine der am häufigsten angewandten Methoden in diesem Zusammenhang auf der Skala der elektronischen Strukturberechnung ist die Dichtefunktionaltheorie, die ursprünglich entwickelt wurde um Grundzustandseigenschaften (T = 0 K) zu bestimmen. Bisher wurden jedoch kaum Arbeiten über HEAs mit diesen unvoreingenommenen, parameterfreien, computergestützten quanten-mechanischen Simulationen durchgeführt. Der Grund hierfür ist, dass erst in den letzten Jahren die Methoden auf ein Niveau gehoben wurden, das es insbesondere ermöglicht thermodynamische Eigenschaften zu simulieren.In diesem Projekt ist geplant, die Expertise des Hosts in der Beschreibung von DFT basierten chemischen Ordnungs-Unordnungs-Phänomenen und die Expertise des Stipendiaten in der Beschreibung DFT basierter magnetischer Anregungen zusammenzubringen um eine klar definierte Auswahl von Materialeigenschaften von ausgewählten HEAs zu untersuchen. Ziele sind insbesondere die Berechnung von Phasenstabilitäten, magnetischen Eigenschaften, Stapelfehler-Energien sowie Diffusionsparameter. Die auf den quantenmechanischen Rechnungen beruhenden atomistischen Einblicke sollen es möglich machen, chemische Zusammensetzungen der HEAs nach bestimmt gewählten Materialeigenschaften zu selektieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Gastgeber: Professor Dr. Marcel H.F. Sluiter