Diffusion, Dynamik und Erstarrungsprozesse in Fe-Al-Si-Schmelzen

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Horbach; Professor Dr. Thomas Voigtmann
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505695238

Der vorliegende Antrag hat zum Ziel, die mikroskopischen Mechanismen zu untersuchen, die die Diffusionsdynamik in Fe-Al-Si-Schmelzen sowie die frühen Stadien der Erstarrung solcher Systeme in ihrem unterkühlten Zustand bestimmen. Das deutsch-französische Konsortium besteht aus experimentell und theoretisch arbeitenden Wissenschaftlern, die gemeinsam zu einem Verständnis dieser Phänomene in Fe-Al-Si-Schmelzen beitragen wollen, was sowohl von fundamentalem als auch von technologischem Interesse ist. Modernste kontaktfreie Messmethoden für metallische Flüssigkeiten, unter Anwendung sowohl von elektrostatischen als auch elektromagnetischen Levitationstechniken auf europäischen Großgeräten, liefern Messungen hoher Qualität von strukturellen und dynamischen Eigenschaften der Flüssigkeit, sowie von unterkühlten Legierungen vor der Erstarrung. Die experimentellen Daten, die daraus gewonnen werden, liefern ein breites Spektrum thermophysikalischer Eigenschaften von Fe-Al-Si-Schmelzen bei hohen Temperaturen, nämlich die Dichte, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten, die Scherviskosität, statische Strukturfaktoren, Selbst- und Interdiffusionskoeffizienten und Soret-Koeffizienten. Diese Daten werden verknüpft mit einer Datenbank aus Quantenrechnungen, was ermöglichen wird, interatomare Kraftfelder auf Grundlage von Methoden des maschinellen Lernens auf der Basis von künstlicher Intelligenz zu entwickeln. Mit diesen Kraftfeldern wird eine realistische Modellierung im Rahmen von großskaligen Molekulardynamiksimulationen möglich sein. Unser Ziel ist es, aus diesen Simulationen ein mikroskopisches Verständnis der Diffusionsdynamik sowie von Erstarrungsprozessen in Fe-Al-Si-Schmelzen zu erhalten. Darüberhinaus soll in diesem Projekt am Beispiel des Systems Fe-Al-Si die Methodologie entwickelt werden, um aus Techniken des maschinellen Lernens Wechselwirkungsmodelle für ternäre metallische Systeme zu bestimmen, die eine realistische Beschreibung sowohl der Materialeigenschaften von Schmelzen als auch von Erstarrungsprozessen und den Eigenschaften der kristallinen Phasen liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Emilie Devijver; Dr. Louis Hennet; Professor Dr. Noel Jakse; Professor Dr. Andreas Meyer