Hoch-Entropie Legierungen (engl. high-entropy alloy, HEA) sind eine neue Klasse von Metalllegierungen, die mehrere Hauptelemente in Konzentrationen zwischen 5-35 at% enthalten. Aufgrund dieser chemischen Komplexität besitzen sie eine breite Palette interessanter Eigenschaften, die wir in dieser Arbeit näher untersuchen.

Seit den ersten Experimenten wird für HEAs eine reduzierte Diffusivität im Vergleich zu klassischen Legierungen diskutiert. Wir kombinieren atomistisch berechneten Leerstellenmigrationsenergien und Leerstellenkonzentrationen zu Mehrskalensimulation verschiedener pseudo-binärer (CoCrFeMn)_(1-x)Ni_x HEA. Hierfür werden kinetische Monte Carlo Simulationen genutzt, um die Diffusionspfade von Traceratomen durch die HEA zu bestimmen. Hier erweitern wir das klassische Zufallslegierungsmodell, sodass die lokalen chemischen Fluktuationen der komplexen Legierung explizit berücksichtigt werden. Die berechneten Diffusivitäten zeigen gute Übereinstimmung mit experimentellen Tracerdiffusionsmessungen.

Versetzungen interagieren ebenfalls mit den chemischen Fluktuationen in HEAs. Dies führt zu einer geschlängelten Versetzungslinie und lokalisiertem anhaften der Versetzung während des Gleitens. Wir entwickeln einen physikalisch motivierten Deskriptor für diese Verankerungspositionen im Material. Diese zeigen sich in Form einer atomaren Peierls-Kraft. Dieser Deskriptor zeigt eine räumliche Korrelation mit den während der Verformung beobachteten Versetzungsverankerungsstellen. Darüber hinaus zeigen wir, dass die Dichte der starken Haftstellen in einer Legierung nicht nur mit der kritischen Scherkraft korreliert, die erforderlich ist, um die Versetzung in Bewegung zu versetzen, sondern auch mit ihrer Mobilität.

Abschließend, berichten wir über die Kornwachstumseigenschaften einer CoCuFeNi Modell-HEA. Atomistische Simulationen geben einzigartige Einblicke in die Effekte der chemischen Fluktuationen in der HEA. Dies wird durch den Vergleich der vier Komponenten Legierung mit ihrem Durchschnittsatom Gegenstück ermöglicht. Dieses sogenannte Durchschnittsatom ist ein virtuelles Element mit den gleichen makroskopischen Eigenschaften wie die vollständige HEA, obwohl es lediglich aus einer Atomsorte besteht. Des Weiteren wird der Einfluss von Seigerung zu den Korngrenzen (KG) untersucht. In beiden studierten Probengeometrien, einer Sigma 11 KG und einer nanokristallinen Probe, zeigt sich, dass das Kornwachstum in der HEA im Vergleich zu anderen reinen Metallen zwar reduziert ist, dass dies jedoch nicht auf die chemische Komplexität zurückzuführen ist. Die Seigerung von Cu zu den KG ist es­sen­zi­ell, um Kornwachstum bis zu hohen Einsatztemperaturen zu unterbinden.