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Ob ein neuer Werkstoff unter Temperaturbelastungen stabil bleibt, können Materialwissenschaftler der RUB innerhalb weniger Tage ermitteln. Sie entwickelten ein Verfahren, mit dem sich komplexe Legierungen, die aus vielen verschiedenen Elementen bestehen, zum Beispiel auf Temperatur- und Oxidationsbeständigkeit untersuchen lassen. Solche Analysen haben zuvor Monate in Anspruch genommen.

Entwicklung neuer Höchstleistungswerkstoffe

Die Methode eignet sich insbesondere für sogenannte Hochentropie-Legierungen, die im Gegensatz zu herkömmlichen Legierungen nicht aus einem Hauptelement und wenigen weiteren Elementen bestehen, sondern aus einer gleichwertigen Mischung mehrerer Elemente.

„Diese Legierungen liefern fast unendlich viele mögliche Materialkombinationen und daher gute Chancen, Werkstoffe zu entdecken, die bisherige Materialien in bestimmten Eigenschaften übertreffen“, sagt Prof. Dr. Alfred Ludwig, der das Verfahren mit Dr. Yujiao Li, Alan Savan und Dr. Aleksander Kostka in der renommierten Zeitschrift „Materials Horizons“ beschreibt. Entscheidend ist, dass die Legierungen bei thermischen oder chemischen Belastungen nicht unerwünscht in ihre verschiedenen Bestandteile zerfallen. „Mit der neuen Methode können Legierungskandidaten schnell getestet werden, und zwar auf atomarer Skala“, so Ludwig

Kombination von Verfahren entscheidend

Das Team vom Institut für Werkstoffe und vom Zentrum für Grenzflächendominierte Höchstleistungswerkstoffe trug die zu testende Legierung als wenige Nanometer dünne Schicht auf 36 mikroskopisch kleine Spitzen auf. Die einzelnen Spitzen unterzogen die Forscher nacheinander unterschiedlichen Belastungen und charakterisierten nach jeder Belastung mit der Atomsondentomografie die Zusammensetzung der Schicht. Die Technik erlaubt, viele Millionen Atome und deren dreidimensionale Anordnung sichtbar zu machen und zwischen verschiedenen Elementen zu unterscheiden.

Jede Messung verbraucht mindestens eine beschichtete Spitze auf der Platte. Da aber insgesamt 36 identische Spitzen zur Verfügung standen, konnte die Gruppe viele Tests hintereinander absolvieren.

Alfred Ludwig, Yujiao Li, Alan Savan und Aleksander Kostka (von vorn nach hinten)

© RUB, Marquard