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Projekt
Untersuchung von Massivumwandlung an Diffusionspaaren von mehrkomponentigen Legierungen zur CALPHAD-konsistenten Modellierung grenzflächenkontrollierter Phasenumwandlungen
Antragstellerin
Dr.-Ing. Stephanie Lippmann
Fachliche Zuordnung
Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
Förderung
Förderung von 2016 bis 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314528341
Im beantragten Vorhaben wird am Beispiel von Massivumwandlung der Einfluss des Zustandes der Phasengrenze auf Festkörperumwandlungen untersucht. Massivumwandlung ist eine vorrangig grenzflächenkontrollierte Phasenumwandlung, bei der kontrovers diskutierte Fragen darin bestehen, inwieweit an der Phasengrenze zwischen alter und neuer Phase während der Umwandlung thermodynamisches Gleichgewicht besteht und ob sich ein Konzentrationsprofil vor der Umwandlungsfront in der Ausgangsphase ausbildet.Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, den Übergang von grenzflächenkontrollierter zu diffusionskontrollierter Phasenumwandlung in mehrkomponentigen Systemen zu charakterisieren und Kriterien für diesen Übergang zu definieren. Die Verknüpfung der experimentellen Ergebnisse mit einem Phasenumwandlungsmodell, das die Thermodynamik der Grenzfläche im lokalen Gleichgewicht oder Abweichungen davon berücksichtigt, wird eine Quantifizierung der Energiedissipation an der Grenzfläche zulassen und so entscheidend zum quantitativen Verständnis grenzflächenkontrollierter Festkörperphasenumwandlungen beitragen.Zur Untersuchung des Übergangs von massiver zu diffusionkontrollierter Phasenumwandlung wird die Umwandlungsrate über Prozessparameter wie Aufheiz- oder Abkühlrate sowie Zulegieren eines ternären Legierungselements variiert. Die Untersuchungen werden an Diffusionspaaren auf Basis von Ag-Zn- oder Cu-Zn-Legierungen durchgeführt. Dabei wird zunächst ein ausgeprägter Konzentrationsgradient erzeugt, um einen ausgedehnten Bereich an Zusammensetzungen in einem einzigen Experiment untersuchen zu können. Die Umsetzung des vorgegebenen zeitlichen Temperaturverlaufs bei den Experimenten erfolgt über kontrollierte elektrische Heizpulse in einen Draht. Pulsheizen ermöglicht eine besonders rasche und variable Temperaturänderung. Zur Umsetzung wird im Rahmen dieses Projektes eine Anlage gebaut, die das kontrollierte Aufheizen, Halten und Abschrecken sowie das Zyklieren um eine bestimmte Temperatur erlaubt. Prozesstemperatur und Vorgänge in der Probe werden mit einem zeitlich und räumlich hochauflösenden Photonendetektor der neuesten Generation entlang der gesamten Probe aufgezeichnet. Die Konzentrationsverteilungen um die Grenzfläche werden nach einer Zielpräparation mit hochauflösender Elektronenmikroskopie in Kombination mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie untersucht.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
Internationaler Bezug
Kanada, Österreich
Großgeräte
Photonendetektorkamera
Gerätegruppe
8620 Strahlungsthermometer, Pyrometer, Thermosonden
