Segregation an Grenzflächen in Leichtmetalllegierungen für maßgeschneiderte mechanische Eigenschaften

• Antragsteller: Dr.-Ing. Zhuocheng Xie
• Fachliche Zuordnung: Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505716422

Die Verringerung der Treibhausgasemissionen und die Kraftstoffeffizienz im Zusammenhang mit der Energieerzeugung und dem Verkehr haben in den letzten Jahren zu einem verstärkten Interesse an der Entwicklung von Leichtmetalllegierungen geführt. Diesem Trend folgend sind nachhaltige Werkstoffe, die das Recycling einbeziehen, von entscheidender Bedeutung geworden. Die Magnesiumlegierung ist ein wichtiger Kandidat für die Erreichung dieses Ziels, leidet aber unter ihrer geringen Duktilität bei Umgebungstemperatur, was die Verarbeitung und Umformung schwierig und kostspielig macht und eine breite Anwendung verhindert. Das Verständnis der Mechanismen der Plastizität in solchen Legierungen, die erwünschte und unerwünschte gelöste Elemente enthalten, ist ein notwendiger Schritt auf dem Weg zur Entwicklung von Leichtbaulegierungen mit maßgeschneiderten mechanischen Eigenschaften.Das Projekt SILA will durch die Verbesserung und Entwicklung von Kontinuumsmodellen, die in der Lage sind, die Entmischung von gelösten Stoffen an den Korngrenzen und ihre Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften vorherzusagen, einen Beitrag zu dieser Herausforderung leisten, unterstützt durch experimentelle und atomistische Ergebnisse. Eine einzigartige deutsch-französische Zusammenarbeit zwischen dem LEM3 in Metz, führend in der Kontinuumsmodellierung von Mechanik und kristallinen Defekten, und dem IMM in Aachen, führend in der experimentellen Charakterisierung von Mg-Legierungen, schlägt vor, atomistische Simulationen einzusetzen, um die Lücke zwischen Experimenten im atomaren Maßstab und Kontinuumsmodellen zu schließen.SILA wird Bi- und Trikristalle von Mg mit Zn oder Y als gelösten Elementen untersuchen. Die experimentelle Charakterisierung auf atomarer Ebene mittels Atomsondentomographie wird zur Validierung von Simulationen der molekularen Statik/Dynamik der entmischten Grenzflächen verwendet. Die atomistischen Details der Simulationen werden in neuartige Kontinuumsmodelle einfließen, die auf dem Überschuss an freier Grenzflächenenergie basieren und in der Lage sind, die chemo-mechanischen Prozesse an Grenzflächen zu erfassen, einschließlich komplexer Wechselwirkungen zwischen vorhandenen Defekten an Korngrenzen. Experimentelle und numerische nanomechanische Tests werden die mechanische Reaktion der Mg-Legierungen, einschließlich der Wechselwirkung mit Versetzungen, untersuchen und die Rolle der Entmischung gelöster Stoffe an den Grenzflächen beschreiben.SILA zielt auf eine genaue, auf Experimenten basierende Kontinuumsbeschreibung von Korngrenzen mit segregierten Elementen ab, um konstitutive Modelle für dehnungsgealterte Legierungen zu verbessern. Dies ist von größter Bedeutung für technische Legierungen und recycelte Legierungen, deren segregierte gelöste Stoffe an den Grenzflächen einen großen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Stéphane Berbenni; Dr. Antoine Guitton; Julien Guénolé, Ph.D.; Dr.-Ing. Thiebaud Richeton
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Talal Al-Samman; Dr.-Ing. Risheng Pei