Dynamik von Schmelzprozessen im mehrphasigen Legierungen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Guillaume Boussinot; Dr.-Ing. Stephanie Lippmann
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530167777

Das Projekt DYNAMELT widmet sich der experimentellen und numerischen Untersuchung des Schmelzprozess in mehrphasigen, eutektischen und peritektischenLegierungen. Analog zur Erstarrung, werden hochentwickelte experimentelle und theoretische Methoden kombiniert. Im Projekt werden grundlegende, anwendungsorientierte, interdisziplinäre Fragestellungen der Materialphysik und Materialwissenschaft behandelt. Die konkreten Ziele sind 1) die Identifizierung der Mechanismen in den frühen Stadien des Schmelzens; 2) die Analyse gekoppelt wachsender Schmelzstrukturen; und 3) die Untersuchung von Memory-Effekten während zyklischen Schmelzen und Erstarrens. Schmelzen von metallischen Legierungen fand bisher sowohl experimentell als auch in der Simulation nur wenig Beachtung. Mit der Entwicklung neuer Verfahrenstechniken, wie der Additiven Fertigung, entsteht nun der Bedarf die Gefügebildung bei wiederholtem partiellen Wiederaufschmelzen zu verstehen und vorauszusagen. Trotz der scheinbaren Ähnlichkeit gibt es viele Asymmetrien zwischen Schmelzen und Erstarren, z.B. die langsamere Diffusion im Festkörper. So sind im Festkörper Informationen vorangegangener Erstarrungszyklen eingefroren. Teilweises Aufschmelzen und zyklisches Schmelzen und Erstarren beeinflussen die Gefügeentwicklung und ändern die Materialeigenschaften. Das Projekt untersucht transienten und stationären Zustände beim Schmelzen mehrphasiger Systeme mithilfe von temperaturgradienten in Kombination mit Phasenfeldsimulationen. Die bei der Probenherstellung und der Untersuchung der frühen Stadien des Schmelzens gewonnenen Erkenntnisse dienen als Grundlage für die Experimente im stationären Zustand und die zyklischen Untersuchungen. Definierte Gefüge werden mit verschiedenen Prozessparametern aufgeschmolzen, um deren Einfluss auf die Schmelzdynamik sowie die Gefügeänderungen bei der Wiedererstarrung in großem Maßstab zu untersuchen. Spezifische Aspekte im Zusammenhang mit eutektischen und peritektischen Legierungen sowie anspruchsvolle Fragen für numerische Studien werden definiert. Die Umsetzung beruht auf der Weiterentwicklung bestehender Verfahren und Methoden, für die das deutsch-französischen Konsortiums im Bereich der fest/flüssig Phasenumwandlungen ein fundiertes Fachwissen besitzt. Es werden Bridgman-artige Methoden unter Verwendung von dünnen (INSP) und massiven Proben aus Modell- und Al-Legierungen eingesetzt, die in Temperaturgradient gehalten (FSU) und bewegt (IJL) werden. In Abstimmung dazu werden Phasenfeldsimulation (ACCESS) auf unterschiedlichen Größenskalen durchgeführt. Durch die Betrachtung einzelner Stadien werden wir den Prozess Schmelzen in mehrphasigen Systemen in seiner Komplexität zerlegen und in seiner Dynamik verstehen lernen. Es wird auch erwartet, dass zyklisches Schmelzen und Erstarren als Proof-of-Concept für das Designs von Gefügen eingesetzt werden kann und den Weg für neue wissensbasierte Strategien geebnet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Sabine Bottin-Rousseau; Dr. Julien Zollinger