Study of local structure combining scattering and atom probe
- Reference number
- SNP24-0013
- Project leader
- Rolinska, Monika
- Start and end dates
- 260401-290330
- Amount granted
- 4 000 000 SEK
- Administrative organization
- Chalmers University of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Interest in the study of local order in metallic alloys has resurged in the last years with the development of a new alloy class, high entropy alloys, which combine multiple principal elements in equiatomic ratio and where local order is believed to affect multiple properties. The main objective of this project is to improve analysis of local order in metallic alloys, focusing on high-entropy alloy systems, through integration of atom probe tomography data with analysis of neutron- and X-ray total scattering data. This project further aims to integrate the workflow into one of the first science instruments at the European Spallation Source, ESS, by preparation of pair distribution function measurements and instrument parameter fitting to be used by future users. The objectives will be achieved by development and validation of the methodology for lower-order systems, extension to higher-order systems and multiphase systems, and implementation of the methodology at one of the first diffractometers at the ESS. The outcomes include development of a software sub-package ready to use for the total scattering community, research results concerning local order in the chosen materials system and its subsystems and preparation to implement the methodology at the ESS for future users.
Popular science description
Strukturen av material på olika längdskalor påverkar ett materials egenskaper och prestanda. Så kallad lokal ordning, där atomer har en struktur på sub-nanometerskala som skiljer sig från materialets genomsnittliga struktur, påverkar hos metalliska material vissa egenskaper så som t.ex. elektrisk resistivitet och korrosionskänslighet, men även hur snabbt material åldras under användning och behöver ersättas. Med utvecklingen av högentropilegeringar, som är metalliska material där flera ämnen blandas i ungefär lika delar (till skillnad från konventionella legeringar som typiskt har ett grundämne som sin bas), har intresset att studera lokal struktur ökat de senaste åren. På grund av den korta längdskala som fenomenet uppträder på är det mycket svårt att direkt studera det. Nuvarande metoder som används för att studera lokal ordning inkluderar totalspridningsmätningar med neutroner eller röntgenstrålning, olika spektroskopitekniker samt atomsondsundersökningar. I total spridning analyseras ett diffraktionsmönster tillsammans med informationen i den diffusa spridningen, vilket ger information om den lokala och genomsnittliga strukturen på samma gång. Med atomsond förångas det mikroskopiska nålformade provet lager för lager och nanostrukturen kan rekonstrueras med information om atomers kemi samt lokalisation. Tyvärr har metoden en begränsad detektionskänslighet samt en viss distorsion av atomernas position, vilket gör att informationen kring den lokala ordningen är svårtolkad. Detta projekt syftar till att kombinera spridningstekniker och atomsondsmätningar för att undersöka den lokala ordningen i högentropilegeringar, för att bygga bättre materialmodeller. En ökad förståelse av lokal ordning i metalliska system kommer i förlängningen möjliggöra bättre kontroll över materialstrukturen och utveckling av material med förbättrade egenskaper.