Forscher entwickeln kommerziell realisierbares Verfahren zur Herstellung einer vielversprechenden neuen Metallklasse

Nanostrukturierte Legierungen mit hoher Entropie – Metalle, die aus einer chaotischen Mischung mehrerer verschiedener Elemente hergestellt werden – sind aufgrund ihrer Festigkeit und Stabilität bei hohen Temperaturen im Vergleich zu normalen Metallen vielversprechend für den Einsatz in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt und der Automobilindustrie.

Doch ihre Herstellung ist teuer und energieintensiv. Jetzt haben Forscher, die mit der Canadian Light Source (CLS) an der University of Saskatchewan (USask) zusammenarbeiten, einen viel günstigeren und einfacheren Weg gefunden, sie herzustellen, und damit die Tür für kommerzielle Anwendungen geöffnet.

Michel Haché, ein Materialingenieur an der University of Toronto, und Kollegen bestätigten, dass die Elektroabscheidung eine kostengünstige und leicht skalierbare Möglichkeit zur Herstellung dieser Legierungen ist. Die galvanische Abscheidung, bei der Metallionen in Wasser gelöst und dann mit elektrischem Strom aus der Flüssigkeit herausgezogen und feste Materialien gebildet werden, ist derselbe Prozess, der auch zur Herstellung verchromter Motorradteile verwendet wird. Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Tagebuch Oberflächen- und Beschichtungstechnik.

Die U of T-Gruppe fand heraus, dass Legierungen aus mehreren verschiedenen Metallen – Nickel, Eisen, Kobalt, Wolfram und Molybdän – Temperaturen von bis zu 500 °C standhalten können, verglichen mit nur 270 °C für reines Nickel, und dass sie stärker und härter sind ihre weniger komplexen Gegenstücke. „Wir nutzen das Chaos in der Materialstruktur, um interessante Eigenschaften hervorzuheben“, sagt er.

Und sie fanden heraus, dass sie umso besser wurde, je mehr Chaos sie zu einer Legierung hinzufügten – bis zu einem gewissen Punkt. Legierungen aus vier verschiedenen Elementen hielten Temperaturen stand, die um 100 °C höher waren als Legierungen aus nur drei, aber die Hinzufügung eines fünften Elements führte zu keinen weiteren Verbesserungen.

Das sei ein zusätzlicher Bonus, sagt Haché, denn es sei einfacher und kostengünstiger, mit weniger Elementen zu arbeiten. „Dadurch können wir bei der Suche nach neuen Anwendungen effizienter vorgehen“, sagt er.

Diese Legierungen könnten für die Herstellung von Werkzeugen oder Teilen für Anwendungen nützlich sein, bei denen Temperaturen und mechanische Belastungen extrem hoch sein können, beispielsweise in der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie, sagt Haché. „Überall dort, wo wir versuchen, Materialien an ihre absoluten Grenzen zu bringen“, sagt er.