High entropy alloys for high-technology applications
- Reference number
- SM16-0036
- Start and end dates
- 170101-181231
- Amount granted
- 1 500 000 SEK
- Administrative organization
- AB Sandvik Coromant
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Cemented carbides are commercially one of the oldest and most successful powder metallurgy products. These composites are essentially aggregates of particles of WC (and TiC) bonded with ductile Co metal. Since Co dust was recently re-classified as carcinogen, there is a race to find alternative binder phase for hard materials. High Entropy Alloys (HEAs) are an exciting new class of engineering materials showing great potential for applications in hard metals. Today the accumulated knowledge about the microstructure, deformation mechanisms, and phase stability of HEAs is far from satisfactory. The first-principles atomic-level methodology created in my group over the last decade offers unique opportunities for efficient screening of a large number of HEAs and for precise optimization of their properties. Starting from this platform I will go further by presenting and implementing our theoretical developments for scientists and engineers at Sandvik Coromant AB. The research visit will focus on the burning questions of alternative binder phase. The activities will include demonstration and large scale computer simulations. Demonstration will be done via seminars and tutorials. The theoretical predictions will be contrasted with observations for real materials. The program is expected to result in an enhanced academic and practical knowledge of the factors controlling the behavior of HEA-based binders. Besides the long-term collaboration joint PhD programs are also envisaged.
Popular science description
Atomer i fasta kroppar hålls samman av elektroner. Elektronerna kan sägas bilda ett slags "kitt" som binder ihop atomkärnorna till varandra. För att teoretiskt beskriva detta krävs att man kan beräkna hur elektronerna rör sig i materialet. Utgående från den så kallade Schrödingerekvationen kan man räkna ut detta och på så sätt få en uppfattning om hur elektronerna breder ut sig i systemet. För ett material som består av 10^23 atomer är detta ett mycket omfattande problem. Teknologiska material är dock ofta legeringar mellan olika atomslag och därför blir enhetscellerna i dessa fall mycket stora. Tack vare våra nya metoder kan trots detta sådana komplicerade system studeras noggrant. Genom våra metodutvecklingar öppnar sig nya spännande möjligheter att på ett realistiskt sätt behandla teknologiska material på en grundläggande nivå, det vill säga baserat på kvantmekaniska principer. Egenskaperna hos så kallade intermetalliska legeringar är högintressanta för teknologiska tillämpningar. Som exempel kan nämnas högentropilegeringar, höghållfasta superlegeringar, och speciella stålsorter. En övergripande kunskap rörande materialens egenskaper vid olika temperaturer, tryck och sammansättningar är nödvändig för utveckling och design av nya material. Detta motiverar behovet av teoretiska studier av egenskaperna hos material som används i industrin och i vår vardag och som finner tillämpningar inte bara inom metallurgi utan även inom kemi, fysik, miljöteknologi och energi. Cementerade karbider är kommersiellt en av de äldsta och mest framgångsrika pulvermetallurgiprodukter. Dessa sammansättningr är väsentligen aggregat av partiklar av WC, bundna med klistrande Co metall. Eftersom Co-damm nyligen har omklassificerats som cancerframkallande finns det nu en kapplöpning om att finna alternativ bindefas för hårdmetall. Högentropilegeringar (HEA) är en spänningsfylld ny grupp av ingenjörsmaterial som talar för stora möjligheter inom tillämpningar av hårdmetaller. Huvudsyftet med detta projekt är att tillsammans med forskare inom AB Sandvik Coromant utveckla nya högentropilegeringar i hårdmetall, som underlättar konstruktionen av nya Co-fria och miljövänliga hårdmetaller baserade på HEA bindefas. Detta baserat på teoretiska studier av relevanta materialparametrar. Verksamheten omfattar demonstration, verifiering och applikationssteg, och kommer utöver nya material även att resultera i nya gemensamma doktorandprogram och arbetstillfällen.