High entropy alloys - Herstellung und Eigenschaften

Abstract

High-Entropy-Alloys (HEAs) erlangen in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung.Sie versprechen in der Theorie, Probleme konventioneller Legierungen zu minimieren, während wünschenswerte Eigenschaft entsprechend dem Verwendungszweck verbessert werden sollen.Mittels Induktionsschmelzen werden HEAs hergestellt und in weiterer Folge Phasenbildungen und Eigenschaften bei Zugabe weiterer Elemente untersucht. Die theoretisch vorausgesagten Phasen aus Thermo-Calc werden mithilfe von Röntgendiffraktionsmessungen, Metallographie und anschließenden LOM- und REM Untersuchungen überprüft. Der Schmelzpunkt der hergestellten Legierungen wird mittels DTA-Messungen überprüft und ebenfalls mit dem theoretisch vorausgesagten verglichen. Stromdichte-Potential-Kurven liefern Informationen zu Passivierbarkeit und Korrosionsbeständigkeit der hergestellten Multikomponentenlegierungen. Die Ergebnisse geben einen Überblick über die Phasenbildungen und Eigenschaften von HEAs. Es konnte gezeigt werden, dass die mittels Thermo-Calc berechneten Diagramme eine sehr gute Annäherung darstellen, die hergestellten Legierungen jedoch meist weniger Phasen beinhalten als vorausgesagt wurde. Weiterhin konnte ein Trend zu höheren Härten nach Vickers ermittelt werden, je mehr Elemente der Legierung beigemengt wurden. Bei der Überprüfung der Korrosionsbeständigkeit wurde festgestellt, dass zwei Legierungen – CoNiFeCr und CoNiFe10wt%Cr – gute Passivschicht-Bildner sind und gegenüber anderen HEAs bzw. den Referenzproben Co-rein, Ni-rein und Co+10wt%Cr verbesserte Korrosionsbeständigkeit aufweisen.

High-Entropy-Alloys (HEAs) have gained increasing importance in recent years. In theory, they are promising in minimizing problems of conventional alloys, while desirable properties could be improved according to the intended use. HEAs are produced by induction melting and subsequently phase formations and properties are investigated by adding further elements. The theoretically predicted phases from Thermo-Calc are verified by X-ray diffraction measurements, metallography and subsequent LOM- and SEM- investigations. The melting point of the produced alloys is analyzed by DTA measurements and also compared to the theoretically predicted one. Current-density-potential curves provide information on the passivability and corrosion resistance of the produced multi-component alloys.The results provide an overview of phase formations and properties of HEAs. It is shown that theoretical phase-diagrams calculated with Thermo-Calc can be a very good approximation, although the produced alloys usually contain fewer phases. Furthermore,a trend towards higher Vickers hardness could be determined, the more elements were added to the alloy. In testing of the corrosion resistance, it was found that two alloys - CoNiFeCr and CoNiFe10wt%Cr - are good passive layer formers and show improved corrosion resistance compared to other HEAs or the reference samples of pure Co, pure Ni and Co+10wt%Cr.