Neue Tests für komplexe Metalllegierungen
Zum Prüfen der plastischen Verformung (Aufbrechen von Bindungen im Gegensatz zur elastischen Verformung) bei harten, aber dennoch biegsamen Materialien wie etwa Metallen gibt es viele zuverlässige Tests. Die Situation gestaltet sich jedoch wesentlich komplizierter, wenn es um spröde Materialien geht. Das EU-finanzierte Projekt HIGHTEMPPROP war die erste Untersuchung, in der man die Prüfung einer neuen Klasse spröder Materialien, der komplexen Metalllegierungen (Complex Metallic Alloy, CMA), erforschte. CMA sind kristalline Feststoffe, die tausende Atome pro Einheitszelle enthalten können. Aber was man über einfache kristalline Materialien schon lange weiß, ist in Bezug auf Defekte und Verformungsmechanismen bei komplexen Metalllegierungen noch weitgehend unbekannt. Die CMA sind für die Industrie äußerst vielversprechend im Zusammenhang mit Reibungsreduzierung und Oberflächenschutzanwendungen, aber will man dieses Potenzial ausschöpfen, sind geeignete Prüfverfahren erforderlich. Die Wissenschaftler wollten das Bruchverhalten neuartiger Beschichtungsmaterialien in einem Spektrum von Temperaturen untersuchen. So wählten die Forscher zwei komplexe Metalllegierungen mit verschiedenen Kristallstrukturen aus. In ihrer Position als weltweit führend im kleinmaßstäblichen Prüfen wiesen die Wissenschaftler erstmalig nach, dass sich diese Materialien durch Bewegung von Versetzungen, Defekten in Kristallen, wo Atome am falschen Platz sind, verformen. Die Versetzungen traten unterhalb der Übergangstemperatur von duktil zu spröde auf, bei der die Materialien mit größerer Wahrscheinlichkeit brechen, als dass sie sich verbiegen oder verformen. Beide komplexe Metalllegierungen zeigten ein sägezahnartiges Fließen (serrated flow), das, wie es der Name schon sagt, unter konstanten Belastungsbedingungen durch Sprünge oder Diskontinuitäten in den Spannungs-Dehnungskurven gekennzeichnet ist. Eine demonstrierte eine abnehmende Fließspannung und Härte bei zunehmender Temperatur, was durchaus den Erwartungen entsprach. Bei der zweiten Legierung wiesen die Forscher jedoch erstmals bei einer komplexen Metalllegierung ein anomales Nachgeben nach. So nahm die zum Auslösen des Nachgebens erforderliche Spannung mit zunehmender Temperatur zu. Die Resultate haben ein breites Interesse innerhalb der CMA-Forschungsgemeinschaft hervorgerufen und mündeten in der Vorbereitung mehrerer wissenschaftlicher Artikel für von Experten begutachteten Fachzeitschriften. Einladungen zu Vorträgen und die Bereitstellung von Kristallen für Verformungsprüfungen sind nur einige der Vorteile, von denen die Projektwissenschaftler profitieren. Das dringend erforderliche neuartige Verformungsprüfverfahren wird nicht nur für die Forschungsgemeinschaft von Nutzen sein, sondern auch den zahlreichen potenziellen Anwendungsgebieten ausreichend gut charakterisierter komplexer Metalllegierungen zu Gute kommen.
Schlüsselbegriffe
komplexe Metalllegierungen, Metalllegierungen, Verformungsverhalten, Beschichtungen, plastische Verformung, spröde Materialien, kristalline Feststoffe, Verformungsmechanismen, Oberflächenschutz, Bruchverhalten, serrated flow, Belastungsbedingungen,
