Grenzflächenreaktion und Diffusionskinetik an der fest-flüssig Phasengrenze von Verbundgusspartnern im System Al-Cu-Zn: Experimente und Mehrskalensimulationen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Nina Merkert; Professor Dr. Harald Schmidt; Professorin Dr.-Ing. Babette Tonn
• Fachliche Zuordnung: Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509842464

Die Möglichkeit, Materialien mit unterschiedlichen mechanischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften in einem Bauteil zu kombinieren, führt zur Entwicklung von Hybridbauteilen mit verbesserten Eigenschaften, die dem technologischen und industriellen Fortschritt gerecht werden. Hier wird entsprechend das Verbundgießverfahren herausgestellt, da es ein effizientes Verfahren zur Herstellung von Halbzeugen aus Hybriden ist. Während des Prozesses ermöglichen die hohen Temperaturen die Diffusion und die Reaktion der Ausgangsprodukte an der Kontaktfläche und es bilden sich spröde intermetallische Schichten. Aus technologischer Sicht versuchen Ingenieure zu verstehen, wie die Entwicklung der intermetallischen Phasen die Leistung des endgültigen Bauteils beeinflusst, während Metallurgen und Materialwissenschaftler die wesentlichen Informationen zur Chemie der Legierungsbildung einbringen, die für die endgültige Qualität der Hybridbauteile verantwortlich ist. Das Verständnis und die Kontrolle der Bildung und des Wachstums dieser intermetallischen Phasen ist daher der Schlüsselfaktor für eine Optimierung der Verbundfestigkeit neu entwickelter Hybridbauteile. In diesem Zusammenhang ist es von grundlegender Bedeutung, die endgültige Dicke der intermetallischen Schichten vorhersagen zu können und eine Reihe von Trial-and-Error-Experimenten zu vermeiden. Derzeit ist beim Verbundguss aus Aluminiumlegierungen und Messing die numerische Vorhersage der intermetallischen Schichtdicke durch das komplexe Diffusionsverhalten der Hauptelemente Al, Cu und Zn erschwert. Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines sequentiellen Multiskalenansatzes, bei dem die molekulardynamische (MD) Simulation die Diffusionsdaten liefern soll, die für die Makromodellgleichungen benötigt werden, die den Fest-Flüssig-Diffusionsprozess beim Verbundguss beschreiben. Dieser Multiskalen-Ansatz wird die Vorhersage von Schichtdicken der intermetallischen Phasen in dem Mehrkomponenten- und Mehrphasensystem Al-Cu-Zn ermöglichen. Um unser Ziel zu erreichen, sind grundlegende Diffusionsexperimente unerlässlich, um die Ergebnisse der MD-Simulation zu validieren. Fest-Flüssig-Diffusionsexperimente im Labormaßstab werden durchgeführt, um den Mechanismus der Grenzflächenbildung zu untersuchen und die Ergebnisse zur Dicke der intermetallischen Schichten zu validieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen