Gefüge, Defektstruktur und Diffusion
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Aufgaben von TP 1 innerhalb der Forschergruppe waren 1.) die Herstellung von Proben aus nanokristallinen Palladium und aus nanokristallinen palladiumbasierten Legierungen zur Weitergabe an alle experimentellen Teilprojekte der Forschergruppe und 2.) die Identifikation von Verformungsmechanismen auf atomarer Ebene anhand einer Kombination von Theorie, von virtuellen Experimenten auf der Basis numerischer Daten aus TP 2, und von experimentellen Untersuchungen anhand von Elektronenmikroskopie und von Diffusionsexperimenten innerhalb von TP 1 sowie anhand von experimentellen Daten für das effektive mechanische (plastische sowie elastische) Verhalten aus den experimentellen Teilprojekten TP 3 bis TP 5. Die die wichtigsten Erkenntnisse aus der Arbeit des Teilprojekts lassen sich wie folgt zusammenfassen: 1. Erstmaliger Nachweis, dass in nanokristallinen Metallen unter Last Mikroverzerrungen erheblich zur Reflexbreite in der Weitwinkelsteuerung beitragen, ohne dass dazu Gitterversetzungen generiert werden müssen. Nanokristalline Metalle verfügen intrinsisch über Mikroverzerrung aufgrund von Passungszwängen. Unter Last addiert sich ein reversibler Anteil durch die kristalline Anisotropie der elastischen Eigenschaften. 2. Nachweis, dass Korngrenzen messbar zur elastischen Verformung von nanokristallinen Metallen beitragen. In Simulation und Experiment folgt dies aus einem Vergleich Vergleich der Gitterdehnung in Beugungsexperimenten und der Gesamtdehnung. 3. Herleitung von kinematischen Beziehungen, anhand derer die lokale Verformung aufgrund von Verschiebungssprüngen an Korngrenzen zur Verformung anhand der Dehnung der Volumenbereiche auf addiert werden kann. 4. Darauf aufbauend erstmalige Berechnung von exzesselastischen Konstanten für Korngrenzen und Nachweis, dass eine Exzesscher Nachgiebigkeit den Einfluss auf das effektive elastische Verhalten nanokristallinen Metalle dominiert. Der Zahlenwert der Exzess-Schernachgiebigkeit wurde für Korngrenzen in Palladium zu k = 18.0 pm/GPa bestimmt. 5. Erstmalige widerspruchsfreie Berechnung der Rotationskinetik von Kleinwinkel Korngrenzen, basierend auf einer analytisch exakten Auswertung der Bildkräfte auf Versetzungen in einem dünnen Film. Nachweis des gänzlich unerwarteten Befundes, dass Kleinwinkel-Kippkorngrenzen mit weniger als 19 Versetzungen metastabil sind und daher spontan nicht rotieren. Identifikation der Skalierung der Rotationsrate mit der lateralen Abmessung h der Korngrenze gemäß h^-3, im Gegensatz zu dem in der Literatur für Winkelkorngrenzen berechneten h-4 Gesetz. 6. Innerhalb der nanokristallinen Körner von edelgaskondensiertem, durch Walzen verformtem Palladium können Rotationen über Versetzungsdisklinationen anhand der Auswertung von hochauflösenden transmissionselektronenmikroskopischen Abbildungen mittels Geometrischer Phasenanalyse nachgewiesen werden. 7. Bis zu einer mittleren Korngröße von 35 nm kann keine Korngrößenabhängigkeit des Korngrenzendiffusionskoeffizienten beobachtet werden. Ein möglicher Tripellinienanteil an der Korngrenzendiffusion liegt maximal um einen Faktor 500 über der Korngrenzendiffusion entlang allgemeiner Großwinkelkorngrenzen liegt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Microstrain in nanocrystalline solids under load by virtual diffraction. Europhysics Letters 89 (2010) 66002
J. Markmann, D. Bachurin, L.-H. Shao, P. Gumbsch, and J. Weissmüller
(Siehe online unter https://doi.org/10.1209/0295-5075/89/66002) - Work hardening and inherent plastic instability of nanocrystalline metals. Physica Status Solidi RRL 4(5-6) (2010) 130
L. Kurmanaeva, Yu. Ivanisenko, J. Markmann, K. Yang, H.-J. Fecht, J. Weissmüller
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/pssr.201004095) - Kinematics of Polycrystal Deformation by Grain Boundary Sliding. Acta Materialia 59 (2011) 4366
J. Weissmüller, J. Markmann, M. Grewer, and R. Birringer
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.03.060) - Strain mapping of a triple junction in nanocrystalline Pd. Acta Materialia 59 (2011) 7380-7387
H. Rösner, C. Kübel, Yu. Ivanisenko, L. Kurmanaeva, S.V. Divinski, M. Peterlechner, G. Wilde
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.08.020) - Grain Rotation by Dislocation Climb in a Finite-Size Grain Boundary. Acta Materialia 60 (2012) 7064
D.V. Bachurin, A.A. Nazarov, and J. Weissmüller
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.actamat.2012.09.014) - Percolating porosity in ultrafine grained copper processed by high presure torsion. Journal of Applied Physics 114 (2013) 183509
M. Wegner, J. Leuthold, M. Peterlechner, D. Setman, M. Zehetbauer, R. Pippan, S.V. Divinski, G. Wilde
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.4829705) - Effect of pinning by an orientation gradient on th thermal stability of ultrafine grained Ni produced by equal channel angular pressing. Journal of Applied Physics 115 (2014) 113503
S.V. Divinski, G. Reglitz, M. Wegner, M. Peterlechner, G. Wilde
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.4867416) - Grain boundary and triple junction diffusion in nanocrystalline copper. Journal of Applied Physics 116 (2014) 093514
M. Wegner, J. Leuthold, M. Peterlechner, X. Song, S.V. Divinski, G. Wilde
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.4893960)
