Critical Solidification Experiments for a new Quality of Thermodynamic Key Data
Final Report Abstract
Zu Beginn des ersten Projektzeitraums wurde das Modell zur Vorhersage von Konzentrationsverteilungen, Phasenverteilungen und Gefügeparametern an die Gegebenheiten im Projekt angepasst und weiterentwickelt. Das Modell berechnet auf statistischer Basis Gefügekenngrößen und ist geeignet, die Gefügebildung auf der Längenskala eines Korns zu berechnen. Es benutzt als Eingabeparameter die Koeffizientenfiles, die von den Projektpartnern R. Schmid-Fetzer (TU Clausthal) und B. Hallstedt (RWTH Aachen) erzeugt werden. Im ersten Projektzeitraum wurde eine experimentelle Methode entwickelt, mit der Daten zu den Solvusflächen im Phasendiagramm gewonnen werden können. Solvuspfade, die im System Al-Mg-Si bestimmt wurden, wurden vom Projektpartner B. Hallstedt (RWTH Aachen) zur Verifizierung der Beschreibung des ternären Phasendiagramms eingesetzt. Dabei ergab sich, dass bereits in den binären Beschreibung der beiden Phasendiagramme mit Mg Verbesserungen notwendig waren. Mit Hilfe der Methode wurden im quasibinären Phasendiagramm Bi2Te3-In2Te3 die Solidus-, Liquidus- und Solvuslinie bestimmt, was die breite Anwendbarkeit der Methode bestätgit. Für den Projektpartner J. Brillo (DLR Köln) wurden Proben zur Bestimmung von Oberflächenenergie und Viskosität erschmolzen. Im ersten und zweiten Projektzeitraum wurde eine experimentelle Methode entwickelt und perfektioniert, mit der intermetallische Phasen phasenrein in Mengen im Gramm-Maßstab hergestellt werden können. Die Methode beruht auf der Phasentrennung bei der Wiedererstarrung eines Zweiphasengebietes flüssig/fest. Die Q-Phase erwies sich dabei als besonders schwerer Fall. Im ersten Projektzeitraum gelang die Herstellung der Q-Phase mit ca. 97%iger Reinheit, im zweiten Projektzeitraum konnte auch die 100%ige Phasenreinheit erzeugt werden. Mit der Methode können nun inkongruent schmelzende intermetallische Phasen ohne Löslichkeitsbereich dargestellt werden, wenn sie über einen größeren Temperaturbereich ein Gleichgewicht mit der Schmelze ausbilden. Die Q-Phase wurde vom Projektparter R. Schmid-Fetzer (TU Clausthal) im Detail charakterisiert (Schmelzwärme bzw. Zersetzungsenthalpie, Übergangstemperaturen, Wärmekapazität). Unter Einbeziehung der ab-initio Berechnungen der Projektpartner T. Hickel / J. Neugebauer (MPIE Düsseldorf) wurde die Beschreibung des quaternären Phasendiagramms Al-Cu-Mg-Si deutlich verbessert.
Publications
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“Predicting Microsegregation in Multicomponent Alloys – Progress in Thermodynamic Consistency”, International Journal of Materials Research 101 (2010) 1398-1404
A. Löffler, K. Hack, M. Rettenmayr
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“Solidifying Intermetallic Phases as Bulk Single Phases Using the Examples of Al2Cu and Q-phase in the Al-Mg-Cu-Si System”, Journal of Alloys and Compounds 515 (2012) 123-127
A. Löffler, J. Gröbner, M. Hampl, H. Engelhardt, R. Schmid-Fetzer, M. Rettenmayr
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“Solvus Composition Paths in Ternary Alloys – Experimental Approach and Correlation With Calphad Calculations for the Example Al-Mg-Si”, Advanced Engineering Materials 14 (2012) 319-323
H. Engelhardt, B. Hallstedt, M. Drüe, A. Löffler, M. Schick, M. Rettenmayr
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“Diffusion in a temperature gradient - a single cycle method to determine frequency factor and activation energy of solid diffusion coeffcients in alloys”, Acta Materialia 95 (2015) 212–215
H. Engelhardt, M. Rettenmayr
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“Growth of oriented BiTeIn thermoelectric material by seeding zone melting for the enhancement of chemical homogeneity”, CrystEngComm 17 (2015) 3076-3081
D.M. Liu, A. Löffler, H. Engelhardt, M. Rettenmayr
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“Quaternary Al-Mg-Si-Cu Q- Phase: Sample Preparation, Heat Capacity Measurement And First-Principle Calculations”, Journal of Phase Equilibria and Diffusion 37 (2016) 119-126
A. Löffler, A. Zendegani, J. Gröbner, M. Hampl, R. Schmid-Fetzer, H. Engelhardt, M. Rettenmayr, F. Körmann, T. Hickel, J. Neugebauer
