Fasstabilitet och polymorfism i högentropilegeringar

Forskningsprojekt, 2024 – 2027

Metaller och deras legeringar utgör en mycket stor del av dom material som används i både vardagliga och avancerade högpresterande tillämpningar. Utveckling av nya och förbättrade metalliska material, och deras tillverkningsprocesser, är därför helt avgörande för både tekniska framsteg och ökad hållbarhet. Dock har den utvecklingen följt relativt förutsägbara spår, vilket har lett till en ganska blygsam takt. År 2005 presenterades ett nytt koncept, kallat högentropilegeringar. Istället för att använda en basmetall (t.ex. järn eller nickel) med små tillsatser (t.ex. kol i järn, eller aluminium i nickel) för att modifiera egenskaperna, baseras högentropilegeringar på ett flertal element med ungefär samma koncentration. Det första, klassiska exemplet är den så kallade Cantor-legeringen innehållande lika delar krom, kobolt, järn, mangan och nickel. Tidigare hade sådana blandningar undvikits då man förväntade sig att sådana material skulle bilda flera spröda faser. Men det visade sig att den höga entropin (oordingen) stabiliserade enkla enfasmaterial med mycket goda egenskaper.Högentropilegeringar uppvisar många lovande mekaniska och funktionella egenskaper, men den komplicerade kemin leder också till oväntade fenomen. Till exempel omvandlas Cantor-legeringen till en ny fas om den utsätts för höga hydrostatiska tryck, vilket vanligvis inte sker i metaller med den strukturen. Orsaken till denna omvandling (polymorfism) är inte klarlagd, och här kommer vi att ta fram experimentella bevis för att klargöra mekanismen bakom den tryck-inducerade omvandlingen. Detta är viktigt då omvandlingen är direkt kopplad till dom olika fasernas stabilitet, och förståelsen hjälper oss att förklara hur och varför vissa faser är stabilare än andra. Vi kan då utveckla nya och bättre material med skräddarsydda mekaniska och funktionella egenskaper, och därigenom möta kraven på ökad prestanda och hållbarhet.