Untersuchungen zur heterogenen Keimbildung bei der flüssig-flüssig Entmischung in nichtmischbaren Legierungsschmelzen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Gemeinschafts-Forschungsvorhabens wurden Untersuchungen zur heterogen induzierten Phasentrennung in monotektischen Al-Basis Legierungen durchgeführt. Dafür wurde zum ersten Mal die Benetzung von Al2O3, ZrO2 und TiB2 als potentielle Keimbildner an der flüssig-flüssig Grenzfläche in Al-Bi, Al-In und Al-Pb Legierungen mittels tensiometrischer Messungen ermittelt. Aus den Benetzungsrandwinkeln ergibt sich die Größe des jeweiligen katalytischen Faktors f(θ), der die Rate der heterogenen Keimbildung bei der Phasenseparation bestimmt. Es wurde festgestellt, dass die Al2O3, ZrO2 und TiB2 Partikel die heterogene Keimbildungsrate der flüssigen Phase L2 in der Reihenfolge ZrO2 << TiB2 << Al2O3 signifikant beeinflussen sollten. Diese Erkenntnisse wurden in der Praxis an den Systemen Al-Pb und Al-Bi mit den Keimbildnern TiB2, ZrO2 und Titan untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass sich die Struktur der Ausscheidungen der Minderheitsphase erheblich beeinflussen lässt. Durch den Einsatz von Titan und TiBAl-Kornfeiner konnte eine Vergröberung der Teilchen erreicht werden. Im Gegensatz dazu kann man mit TiB2 eine feinere Dispersion der Pb/Bi-Tröpfchen in der Matrix erreichen. Zirkoniumdioxid scheint eher einen geringen Einfluss zu haben, und bestätigt die aus den tensiometrischen Messungen vorhergesagte unterschiedliche Wirksamkeit der keramischen Materialien. Die Keimbildung der flüssig-flüssig Phasentrennung scheint damit tatsächlich heterogen induziert zu sein. Dieses Gemeinschaftsforschungsprojekt ist zurzeit eine einzelne Studie zur heterogenen Keimbildung bei der flüssig-flüssig Entmischung in Legierungsschmelzen mit einer Mischungslücke. Es wurde zum ersten Mal gezeigt, dass Verteilung und Größe einer Minoritätsphase in einer hypermonotektischen Legierung durch Zugabe von Keimbildnern signifikant beeinflusst werden kann. Eine weitergehende detaillierte Untersuchung von Mechanismen der Keimbildung insbesondere im Zusammenhang mit dem Auftreten verschiedener Phasen bei der Erstarrung wäre sinnvoll. Es ist keine wirtschaftliche Verwertung vorgesehen oder absehbar. Die erzielten Ergebnisse sind aber eine Grundlage für die Entwicklung von Kompositmaterialien auf der Basis von Legierungssystemen mit einer Mischungslücke.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Catalytic efficiency of oxide particles on heterogeneous nucleation in aluminium alloys with miscibility gap. High Temperatures – High Pressures 39 (2010) 347-355
Kaban I., Köhler M., Hoyer W., Ratke L.
- Heterogeneous Nucleation in Liquid Immiscible Alloys, Proceedings of TMS Spring Meeting, 14. – 18. Februar 2010, Seattle, WA, USA
Köhler M., Ratke L.
- Studying the nucleation behavior of immiscible aluminum alloys with X-ray tomography, High Resolution X-ray CT Symposium, 31.August – 2. September 2010, Dresden
Köhler M., Ratke L., Kaban I., Hoyer W.
- Surfaces, interfaces and phase transitions in Al-In monotectic alloys. Acta Materialia 58 (2010) 3406-3414
Kaban I., Curiotto S., Chatain D., Hoyer W.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.actamat.2010.02.015) - Heterogeneneous nucleation in monotectic aluminium alloys, 3rd International Conference on Advances in Solidification Processes (ICASP3), 7. – 10. Juni 2011, Kerkrade, Niederlande
Köhler M., Ratke L., Kaban I., Hoyer W.
- Heterogeneneous nucleation in monotectic aluminium alloys, Euromat 2011, 12. – 15. September 2011, Montpellier, Frankreich
Köhler M., Ratke L., Kaban I., Hoyer, W.
- Heterogeneous nucleation in hypermonotectic aluminum alloys. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 27 (2011) 012005
Köhler M., Ratke L., Kaban I., Hoyer W.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/1757-899X/27/1/012005) - Interfacial tension and wetting at the liquid-liquid interface in Al-Bi, Al-In and Al-Pb monotectic alloys. DPG Frühjahrstagung der Sektion Kondensierte Materie, 14. - 18. März 2011, Dresden, Deutschland
Kaban I., Köhler M., Ratke L., Hoyer W., Mattern N., Eckert J.
- Interfacial tension, wetting and nucleation in Al-Bi and Al-Pb monotectic alloys. Acta Materialia 59 (2011) 6880-6889
Kaban I., Köhler M., Ratke L., Hoyer W., Mattern N., Eckert J., Greer A.L.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.07.031)
