Das weltweit erste hochentropische Legierungspulver, das ausschließlich aus Edelmetallen besteht, eröffnet neue Horizonte auf dem Gebiet der Werkstoffe.

Was ist diese „Hochentropielegierung“, die derzeit so viel Aufmerksamkeit erregt?

─Dieses Mal haben Sie eine weltweite Erstentwicklung eines Hochentropielegierungspulvers erreicht, das ausschließlich aus Edelmetallen besteht. Könnten Sie uns zunächst mehr Details zu "Hochentropielegierung" geben?

HOSOI: Obwohl die Definition noch nicht klar ist, wird eine "High-Entropy Alloy" als eine Legierung definiert, die fünf oder mehr Elemente in ungefähr gleichen atomaren Verhältnissen enthält und kein einzelnes Element mehr als die Hälfte ihrer Zusammensetzung ausmacht.

Kondo: Dieses Konzept wurde vor etwa 20 Jahren vorgestellt, sodass es eine relativ neue Entwicklung im Hinblick auf die lange Geschichte der Metalle ist. Seitdem haben Universitäten und Unternehmen in Japan und im Ausland aktiv Forschung zu diesem Konzept betrieben, und es beginnt, ein Trend zu werden.

HOSOI: Zunächst einmal ist eine Legierung ein Metall, das eine Mischung aus zwei oder mehr Metallen und Nichtmetallen ist. Legierungen können weiter klassifiziert werden, und Beispiele umfassen feste Lösungen, die auf atomarer Ebene schmelzen, und solche, die Verbindungen (intermetallische Verbindungen) zwischen Metallen bilden. Nehmen wir feste Lösungen als Beispiel: Es ist allgemein der Fall, dass die Atomgrößen je nach Element unterschiedlich sind. Wenn verschiedene Elemente auf atomarer Ebene gemischt werden, tritt eine Verzerrung in der atomaren Anordnung auf. Infolgedessen wird die Bewegung der Atome erschwert, und Phänomene wie erhöhte Festigkeit und Wärmebeständigkeit treten auf.

Kondo: Zum Beispiel ist eine häufige Legierung Edelstahl. Eisen, der Hauptbestandteil von Edelstahl, ist ein Metall, das dazu neigt, zu rosten, aber es wird rostbeständig gemacht, indem Chrom hinzugefügt und es zu einer Legierung verarbeitet wird. Darüber hinaus zeigen unterschiedliche Eigenschaften, wenn das Mischungsverhältnis verändert und Elemente wie Nickel hinzugefügt werden. Indem man es nicht einfach als Mischung behandelt, sondern durch Prozesse wie Erhitzen zu einer Legierung macht, ist es möglich, Festigkeit, Hitzebeständigkeit, chemische Beständigkeit und elektrische Leitfähigkeit zu verbessern, unter anderem. Infolgedessen wurden verschiedene Legierungen entwickelt und werden je nach Verwendungszweck weit verbreitet eingesetzt.

HOSOI: Die neu entwickelte Hoch-Entropie-Legierung besteht aus mehr als fünf verschiedenen Atomen, die miteinander vermischt sind. Vereinfacht gesagt, befinden sich die Atome in einer beengten Situation, ähnlich wie in einem überfüllten Zug. Dadurch könnte sie über die bisher bekannten Eigenschaften hinausgehende Leistungen erbringen und möglicherweise sogar einen neuen Effekt, den sogenannten „Cocktail-Effekt“, erzeugen, der bei den einzelnen Elementen nicht auftritt.

Eine völlig neue Hochentropielegierung, entwickelt von Spezialisten für Edelmetalle.

─Was hat Sie dazu veranlasst, sich mit dieser Entwicklung zu beschäftigen?

HOSOI: Die Welt verändert sich in einem atemberaubenden Tempo. In diesem Umfeld haben wir Materialien und Produkte entwickelt, die unsere Kunden erfreuen, indem sie schnell und präzise Informationen beschaffen und ihre Bedürfnisse verstehen. Angesichts des Ausmaßes der laufenden Veränderungen glaube ich jedoch, dass es schwierig sein wird, das zu schaffen, was in Zukunft benötigt wird, wenn wir weiterhin die traditionelle Haltung einnehmen, unseren Ansatz auf bestehenden Bedürfnissen zu basieren.

Wir haben beschlossen, zu unseren Ursprüngen zurückzukehren und zu überlegen, was ein gutes Produkt ausmacht und was wir tun können. Infolgedessen kamen wir zu dem Schluss, dass ein gutes Produkt eines ist, das "der Gesellschaft durch Produkte dient, die den Kunden Freude bereiten." Als Hersteller von Edelmetallen fühlten wir erneut, dass wir durch Edelmetalle zur Gesellschaft beitragen möchten.

Unser Unternehmen verfolgt das übergeordnete Ziel, die Edelmetallbranche zu revolutionieren. Vor diesem Hintergrund wollten wir etwas völlig Neues schaffen, das es so noch nie gegeben hat. Wir entschieden uns, die Edelmetallbranche im Bereich der Edelmetallpulver zu revolutionieren, einem Gebiet, das seit vielen Jahren unser Kerngeschäft ist. Wir wollten beweisen, dass es möglich ist, durch die effektive Anwendung unserer bisherigen Entwicklungserfahrung und der von unserem Unternehmen entwickelten Technologien etwas Neues zu erschaffen. Dies mag die Motivation für diese Entwicklung zusätzlich gesteigert haben.

─Hier kamen hochentropische Legierungen in den Fokus.

HOSOI: Ja. Hochentropie-Legierungen haben in den letzten Jahren beträchtliche Aufmerksamkeit erregt, da sie Eigenschaften aufweisen können, die in herkömmlichen Legierungen nicht zu sehen sind. Auch in der Forschung zu Edelmetallen wurden interessante Eigenschaften beobachtet. Allerdings wurde die Forschung hauptsächlich zu Forschungszwecken betrieben, und es gab keine Fälle von Massenproduktion im Bereich von Pulvern. Unsere Abteilung ist auf Produktentwicklung und Massenproduktionstechnologien spezialisiert, die auf die Bedürfnisse der Kunden zugeschnitten sind. Wir dachten, dass wir in diesem Bereich einen Beitrag leisten könnten, indem wir Hochentropie-Legierungspulver mit ausreichender Produktivität und Qualität kommerzialisieren, um Materialien anzubieten, die die Kunden ohne Zögern bewerten können. Natürlich glauben wir, dass TANAKA derjenige sein wird, der dies tun kann, indem er Hochentropie-Legierungen ausschließlich mit Edelmetallen anbietet.

Kondo: Edelmetalle haben auch einzeln betrachtet verschiedene hervorragende Eigenschaften. Es wurde auch die Erwartung geäußert, dass sie in Hochentropielegierungen möglicherweise noch bessere Eigenschaften aufweisen.

HOSOI: Darüber hinaus sollte es relativ einfach sein, auf Zusammensetzungen darunter zu reagieren, wenn wir eine Technologie etablieren, die mehrere Metalllegierungspulver produzieren kann. Wenn der Bedarf entsteht, sollten wir in der Lage sein, schnell auf verschiedene Zusammensetzungen zu reagieren. Außerdem wurde ich von Neugier getrieben, da es bereits schwierig ist, feine und gleichmäßige Pulver herzustellen, und es wäre erstaunlich, wenn wir homogene Hochentropie-Legierungspulver mit mehr als fünf Komponenten produzieren könnten.

Unser angesammeltes Know-how und unsere technologischen Fähigkeiten ermöglichen eine schnelle Herstellung.

─Was denken Sie, war der Grund dafür, dass es gelungen ist, es innerhalb eines Monats, also in einem kurzen Zeitraum, nach Beginn der Testproduktion erfolgreich herzustellen?

HOSOI: Die betreffenden Legierungspulver wurden von uns über viele Jahre entwickelt und produziert und werden als Materialien für Automobilabgassensoren, Widerstände und Katalysatoren zur Wasserelektrolyse verwendet. Darüber hinaus behandeln wir Edelmetalle als Massenprodukte, was es relativ einfach macht, hochentropische Legierungspulver zu beschaffen. Außerdem haben wir, obwohl es sich um Legierungen handelt, auch Know-how in der Herstellung der jeweiligen Metallpulver angesammelt, was es uns ermöglichte, auf diese zurückzugreifen, während wir die Entwicklung vorantrieben.

Kondo: Eigentlich wäre es wohl treffender zu sagen, dass wir es „einfach zufällig“ etwa einen Monat nach Beginn der Prototypenentwicklung geschafft haben. Wäre uns das damals nicht gelungen, hätten wir vielleicht gedacht: „Es war doch nicht so einfach“, und wären womöglich nicht so weit gekommen. Ich glaube auch, dass wir den ersten Prototyp in so kurzer Zeit erfolgreich fertigstellen konnten, weil viele Mitarbeiter im Unternehmen über die Jahre hinweg viel Erfahrung gesammelt hatten.

Nachdem wir die Bedingungen des Prototyps geändert hatten, wie zum Beispiel die Erhöhung des Verarbeitungsvolumens oder die Änderung der Verarbeitungsform, gab es Zeiten, in denen eine homogene Legierung nicht erzielt werden konnte. Darüber hinaus haben die fünf in diesem Fall verwendeten Edelmetalle – Pt (Platin), Pd (Palladium), Ru (Ruthenium), Ir (Iridium) und Rh (Rhodium) – unterschiedliche Kristallstrukturen, wobei Ru die einzige mit einer anderen Kristallstruktur ist. Da Elemente mit der gleichen Kristallstruktur dazu neigen, Legierungen zu bilden, haben wir die Größe der Rohmaterialien und die Vorbehandlungsbedingungen durch Versuch und Irrtum geändert und schließlich eine stabile Produktion erreicht. Wir haben während dieser Entwicklung eine Menge Daten, einschließlich Misserfolgen, gesammelt und beabsichtigen, diese in Zukunft effektiv zu nutzen.

─Es wird gesagt, dass die Geschwindigkeit von der Antragstellung bis zur Registrierung als Patent ebenfalls schnell war.

Kondo: Ja. Dies war mein erster Patentantrag, den ich im Februar 2023 eingereicht habe und der im Juni registriert wurde. Ich war überrascht, dass die Genehmigung schneller war, als ich erwartet hatte.

HOSOI: Bei der Beantragung eines Patents ist es im Allgemeinen notwendig, mehrere Austauschgespräche mit dem Japanischen Patentamt (JPO) zu führen, um eine Patenterteilung zu erhalten, da es erforderlich ist, die Unterschiede zum Stand der Technik, falls vorhanden, zu beschreiben. Dieses Legierungspulver wurde jedoch ohne einen einzigen Kommentar des Prüfers registriert. Darüber war ich sehr glücklich, da ich in der Vergangenheit viele Schwierigkeiten mit Patentanmeldungen hatte.

Wachsende Erwartungen an "einzigartige Legierungen"

─Was sind deine Pläne für die Zukunft?

HOSOI: Wir haben Legierungspulver mit verschiedenen Arten von Edelmetallen und Pulvergrößen prototypisiert. Wir haben nun die Massenproduktion von fünfkomponentigen hochentropischen Legierungspulvern mit Pt, Pd, Ru, Ir und Rh mit einer Partikelgröße von etwa 1 μm etabliert und beschlossen, Muster bereitzustellen.

Kondo: Derzeit führen wir Forschung durch, während wir in gewissem Maße die erwarteten Anwendungen und Einsatzgebiete sowie die Eigenschaften, die verfügbar sein werden, und die Eigenschaften, die zu diesem Zeitpunkt erforderlich sein werden, berücksichtigen.

HOSOI: Ich glaube, dass Hochentropie-Legierungspulver für verschiedene Anwendungen verwendet werden kann. Zum Beispiel kann es mit organischen Substanzen gemischt werden, um eine Paste für die Verwendung in leitfähigen Filmen zu bilden. Es kann auch in der Pulvermetallurgie für Strukturmaterialien eingesetzt werden. Wir werden weiterhin spezifische Anwendungen erkunden, während wir nach hervorragenden Eigenschaften suchen, aber ich glaube, dass dieses Material als Material für Strukturkomponenten verwendet werden kann, die eine gleichmäßige Verteilung der Zusammensetzung erfordern.

─Die Erwartungen steigen, da es sich um eine Legierung mit beispiellosen Eigenschaften handelt.

Kondo: Wir berichten monatlich im Werk über den Entwicklungsfortschritt, und Ingenieure anderer Abteilungen fragen uns: „Gibt es Neuigkeiten?“ Ich bin sehr dankbar für das große Interesse. Ich hoffe, wir können neue Informationen weitergeben, sobald sie verfügbar sind, und Fortschritte erzielen, auch wenn es nur schrittweise geht. Da wir nun ein Patent erhalten haben, hoffe ich, dass dies unseren Kunden mehr Möglichkeiten eröffnet, mehr über diese Legierung zu erfahren.

HOSOI: Durch die Etablierung eines Fertigungsprozesses haben wir einen Punkt erreicht, an dem wir diese Legierung Kunden, die sie testen möchten, relativ unkompliziert zur Verfügung stellen können. Als Materialhersteller können wir unsere Produkte nicht bis zum Endprodukt evaluieren. Wir sind jedoch überzeugt, dass wir durch die Bereitstellung dieses völlig neuen Materials für Kunden, die bisher vor dem Problem standen, es zwar nutzen zu wollen, aber nicht über die nötigen Materialien zu verfügen, einen Mehrwert schaffen. Dieser Mehrwert wiederum trägt zu unserer Vision bei, „durch Edelmetalle einen Beitrag zur Gesellschaft zu leisten“.

Es gibt noch viele Dinge, die wir erkunden müssen. Zum Beispiel glauben wir, dass wir, wenn wir auf detaillierte Anfragen reagieren können, wie zum Beispiel den Wunsch, die Zusammensetzung leicht zu ändern, besser in der Lage sein werden, eine breitere Palette von Bedürfnissen zu erfüllen. Wir werden weiterhin Herausforderungen annehmen, ohne aufzugeben.

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Ein hochentropisches Legierungspulver, das ausschließlich aus Edelmetallen besteht, ist gerade entstanden. Es wird erwartet, dass es aufgrund seiner vielen Möglichkeiten ein breites Anwendungsspektrum hat. Neben seinem hohen Potenzial, eine Lösung für aktuelle Herausforderungen zu sein, könnte es auch hervorragende Eigenschaften aufweisen, die in bestehenden Legierungen nicht zu finden sind, was potenziell einen Wert schaffen könnte, der das allgemeine Verständnis in verschiedenen Branchen verändern könnte.

Weitere Informationen

https://tanaka-preciousmetals.com/jp/products/high_entropy_alloy_powder.html