Materialforskare vid Ruhr-Universität Bochum kan avgöra om ett nytt material förblir stabilt under temperaturbelastning inom några dagar. De har utvecklat en ny process för analys, till exempel, temperaturen och oxidationsbeständigheten hos komplexa legeringar som består av ett antal olika element. Tidigare, sådana analyser brukade ta månader. Teamet som leds av prof. Dr. Alfred Ludwig och dr. Yujiao Li från Institute for Materials och Center for Interface-Dominated High Performance Materials beskriver processen i tidskriften Material Horizons .

Denna metod är idealisk för så kallade högentropilegeringar-material som nyligen varit av stort intresse för forskare. Till skillnad från traditionella legeringar, de består inte av ett huvudelement och flera ytterligare element i lägre koncentrationer, utan snarare en homogen blandning av flera element.

"Dessa legeringar utgör en ny resurs för nya material. Med ett nästan obegränsat antal olika materialkombinationer, det är ganska troligt att material kommer att upptäckas som överträffar nuvarande material med avseende på vissa egenskaper, "säger Ludwig. Den avgörande faktorn är att legeringarna förblir stabila och inte sönderfaller i enskilda komponenter även om de utsätts för termisk eller kemisk spänning under applicering." Det är därför denna metod är så viktig, "tillägger Ludwig." Det kan användas för att testa potentiella kandidater på atomskala inom kort tid. "

Kombination av metoder är nyckeln

Före distribution i industriella applikationer, varje nyutvecklat material måste testas med avseende på olika parametrar, till exempel dess temperaturbeständighet och oxidationskänslighet. För att påskynda dessa tester, grupperna från Bochum har utvecklat en kombination av flera metoder.

De applicerade den komplexa legeringen som ett lager med en tjocklek på bara några nanometer till 36 mikroskopiskt små spetsar. För det här syftet, de använde sprutavsättningsmetoden för att deponera ett specifikt blandningsförhållande på fem metaller till spetsarna samtidigt. I de sålunda applicerade skikten, metaller kan reagera med varandra mycket snabbt. Författarna hänvisar till systemet som kombinatorisk bearbetningsplattform.

Senare, forskarna exponerade de enskilda spetsarna för olika typer av stress och använde Atom Probe Tomography för att karakterisera lagrets sammansättning efter varje stressexponering. Tekniken underlättar både en tredimensionell visualisering av miljontals atomer och åtskillnaden mellan olika element.

Atomprobe -tomografi förstör provet på den plats där det testades; följaktligen, minst en belagd spets förbrukas per mätning. Dock, eftersom de hade 36 identiska tips till sitt förfogande, forskarna kunde utföra många tester i nära följd.

Möjlighet att testa olika egenskaper

I det första steget, till exempel, de applicerade värme på provet tills det nådde en viss temperatur; sedan använde de atomproben för att testa vilken effekt termisk spänning hade på legeringen, applicerad värme igen för att nå en högre temperatur, testade legeringen igen etc. "Med denna metod, vi kan mycket snabbt berätta att den analyserade legeringen sönderfaller i flera olika faser vid temperaturer över 300 grader celsius, "säger Ludwig." Dessutom, vi kan utforska dess oxidationskänslighet och reaktioner i olika omgivande medier. "Baserat på omfattande mätdata och nya visualiseringsmetoder för dessa data, forskarna kan därmed få grepp om fasutvecklingen i komplexa legeringar inom mycket kortare tid än med traditionella metoder.