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Einfluss von Oxidschichten auf die plastischen Eigenschaften von Metallen: Von der atomistischen zur mesoskopischen Skala

Fachliche Zuordnung Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala
Förderung Förderung von 2020 bis 2024
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452407863
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In einer sauerstoffreichen Umgebung bildet sich in der Regel eine Oxidschicht auf Metalloberflächen aus. Für die korrekte Beschreibung der Versetzungsnukleation und - ausbreitung muss deshalb der Einfluss der Oxidation berücksichtigt werden. Dies ist besonders wichtig für Materialien mit einem hohen Oberflächen-Volumen-Verhältnis wie poröse Materialien und leichte Materialien wie Aluminium. Bei letzteren kann sich selbst unter Hochvakuumbedingungen innerhalb von Sekunden eine Oxidschicht bilden. Dies hat Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe. Das Hauptziel dieser Forschungsarbeit besteht daher darin, die Auswirkungen von Oxidschichten auf die mechanischen Eigenschaften von Metallen zu untersuchen, wobei der Schwerpunkt darauf liegt, wie Oxide die plastische Verformungsphase von Werkstoffen beeinflussen. Unser Ziel ist es, die Erkenntnisse, die wir aus dem Verständnis dieser Prozesse auf atomarer Ebene gewinnen, für praktische Anwendungen auf der größeren Mesoskala zu nutzen. Wichtige Forschungsergebnisse: • Veränderungen der mechanischen Eigenschaften: Großskalige Molekulardynamiksimulationen haben gezeigt, dass nanoskalige Oxidschichten einen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Aluminium und Titan haben. Die Oxidschicht auf beiden untersuchten Werkstoffen weist eine erhöhte Sprödigkeit auf. Die mechanischen Eigenschaften von Titan und Aluminium werden durch die Oxidschichten signifikant beeinflusst, indem diese den Nukleationsprozess verändern und die Versetzungsbewegung verhindern. Andererseits zeigen Aluminium-Nanoschäume und Nanodrähte, die einer Oxidation unterzogen wurden, eine vergrößerte Zahl von Al-O-Bindungen, was zu einer erhöhten Duktilität führt. • Übergang zur Mesoskala: In dieser Arbeit untersuchten wir Indentations- und Nanoscratching als Fallstudien. Mit Hilfe von Molekulardynamiksimulationen analysierten wir verschiedene Materialien, einschließlich hochentropischer Legierungen im Nanomaßstab. Darüber hinaus verwendeten wir den Ansatz der diskreten Versetzungsdynamiksimulationen, um entsprechende Modelle auf die Mesoskala zu übertragen. In hochentropischen Legierungen ist die Größe der verzwillingten Regionen in der plastischen Zone für die einzelnen Elemente am größten, während sie für die Legierungen abnimmt. Wir zeigen, dass die chemische Verbindung einen wesentlichen Einfluss auf die Bildung von Versetzungen hat.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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