Thermodynamic evaluation of the Al-Si-Mg-Cu phase diagram, including molar volumes

• Antragsteller: Dr.-Ing. Bengt Hallstedt
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 138384978

• Erstellungsjahr: 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im ersten Projektzeitraum haben sich die Arbeiten auf das binäre Mg-Si System und das ternäre Al-Mg-Si System konzentriert. Das Mg-Si System wurde komplett neu modelliert mit Einbezug von neuen experimentellen Daten aus der Gruppe von R. Schmid-Fetzer (TUC) und ab initio Daten aus der Gruppe von J. Neugebauer/T. Hickel (MPIE). Die Gibbs Energie der Mg2Si Phase konnte dabei mit hoher Genauigkeit beschrieben werden. Im System Al-Mg-Si konnten neue (Al) Solvus Daten aus der Gruppe vom M. Rettenmayr (FSU) ohne weitere Modellierung gut abgebildet werden. Messungen der Dichte von Al-Si Schmelzen aus der Gruppe von J. Brillo/I. Egry (DLR) konnten benutzt werden, um molare Volumina zu modellieren und das Al-Si Phasendiagramm bis zu einem Druck von 1 GPa zu berechnen. Für die Viskosität der Schmelze im Al-Cu System konnte zusammen mit der Gruppe von J. Brillo/I. Egry (DLR) ein neues thermodynamisch basiertes Modell entwickelt werden. Es konnte zusammen mit der Gruppe von R. Schmid-Fetzer (TUC) gezeigt werden, dass der (Zn)- und (Mg)-reiche Mischkristall als eine Phase HCP_A3 modelliert werden sollte, um Artefakte zu verhindern. Im zweiten Projektzeitraum haben sich die Arbeiten auf die Modellierung des binären Cu-Si Systems und ternären Al-Cu-Si Systems, sowie der quaternären Q Phase konzentriert. Mit Hilfe von experimentellen Daten aus der Gruppe von R. Schmid- Fetzer (TUC) konnten die beiden Systemen Cu-Si und Al-Cu-Si komplett neu modelliert werden. Das Cu-Si System konnte mit hoher Genauigkeit modelliert werden, das Al-Cu-Si System eher schematisch. Dabei konnte erstmals ein realistisches Modell des Al-Cu-Si Gesamtsystems präsentiert werden. Zusammen mit der Gruppe von J. Neugebauer/T. Hickel (MPIE) ist die quaternäre Q Phase in einem kombinierten ab initio-Calphad Verfahren mit einem Mehruntergittermodell modelliert worden. Für das Gesamtsystem Al-Si-Mg-Cu wurde eine neue thermodynamische Datenbank aufgebaut. Neben den oben erwähnten neu modellierten Systemen wurden auch Änderungen in den Systemen Cu-Mg und Cu-Mg-Si vorgenommen. Ausserdem wurden Neumodellierungen der Systeme Mg-Si und Al-Cu aus der Gruppe von R. Schmid-Fetzer (TUC) mit eingebaut.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• "Assessment of the binary Mg-Si phase diagram”, Calphad 37 (2012) 77–86
  M. Schick, B. Hallstedt, A. Glensk, B. Grabowski, T. Hickel, J. Gröbner, M. Hampl, J. Neugebauer, R. Schmid-Fetzer
  
• “Density and thermal expansion of liquid Al–Si alloys”, J. Mater. Sci. 47 (2012) 3706–12
  J. Schmitz, B. Hallstedt, J. Brillo, I. Egry, M. Schick
  
• “Is Zinc HCP_ZN or HCP_A3?”, Calphad, 37 (2012) 34-36
  R. Schmid-Fetzer, B. Hallstedt
  
• “Solvus composition paths in multicomponent alloys — Experimental approach and correlation with Calphad calculations for the example Al–Mg–Si“, Adv. Eng. Mater. 14 (2012) 319–23
  H. Engelhardt, B. Hallstedt, M. Drüe, A. Löffler, M. Schick, M. Rettenmayr
  
• “Viscosity of Al–Cu liquid alloys: Measurement and thermodynamic description”, J. Mater. Sci. 47 (2012) 8145–52
  M. Schick, J. Brillo, I. Egry, B. Hallstedt
  
• : “Calorimetric measurements and assessment of the binary Cu–Si and ternary Al–Cu–Si phase diagrams”, Calphad 53 (2016) 25–38
  B. Hallstedt, J. Gröbner, M. Hampl, R. Schmid-Fetzer