Versetzungs-Korngrenz-Interaktionen unter einer tribologischen Belastung

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Greiner
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573672772

Einphasige metallische, polykristalline Materialien bestehen aus Korninnerem und Korngrenzen. Um das plastische Verhalten von Metallen unter mechanischer Belastung grundlegend zu verstehen, muss sowohl die Versetzungsbewegung im Korninneren als auch die Wechselwirkungen zwischen Versetzungen und Korngrenzen bekannt sein. Die Herstellung von Einkristallen ermöglichte es Forschenden die Prozesse zu untersuchen, die dem Korninneren zuzuordnen sind, wie z. B. unterschiedliches Verfestigungsverhalten in Abhängigkeit der kristallographischen Orientierung eines Kornes. Die Tragweite der Wechselwirkungen zwischen Versetzungen und Korngrenzen für das mechanische Verhalten ist seit Jahrzehnten bekannt; siehe die Hall-Petch-Beziehung. Heute haben experimentelle wie auch simulative Ansätze Hinweise auf Phänomene wie z. B. Versetzungstransfer oder Versetzungsblockierung an Korngrenzen ermöglicht; dennoch bleiben viele Aspekte nach wie vor unklar, und ein tragfähiges Verständnis von Versetzungs-Korngrenzinteraktion ist noch nicht entstanden. Der Grund für diese Komplexität liegt u.a. an der hohen Vielfalt der Korngrenzcharakteristika, wie auch des kleinen Volumens von Korngrenzen. Der Ansatz des vorliegenden Antrags ist im Vergleich zu den meisten anderen Studien über die Wechselwirkungen zwischen Versetzungen und Korngrenzen einzigartig, da wir uns auf eine tribologischer Belastung konzentrieren. Die Versuche werden an bikristallinen Kupferproben durchgeführt und systematisch sowohl der Korngrenzcharakter wie auch die Belastungsbedingungen variiert. Die Experimente zielen darauf Erkenntnisse über die Krümmung von Korngrenzen sowie die Stufenbildung an Korngrenzen unter tribologischer Last zu gewinnen. Vorteilhaft an dieser Versuchsführung ist die sequentielle Belastung der Körner. Dies ermöglicht es uns: a) zu identifizieren, woher eine spezifische Versetzung stammt (in Bezug auf die Gleitrichtung), b) eine hohe treibende Kraft auf die Versetzungen auszuüben, damit die Versetzungen eine Korngrenze überwinden können, c) das tiefenabhängige Spannungsfeld unter tribologischer Last auszunutzen um den Einfluss unterschiedlicher plastischer Verformungen auf die Wechselwirkungen zwischen Versetzungen und Korngrenzen zu untersuchen. Die bisher genannten Aspekte sollen ein allgemeines, besseres Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Versetzungen und Korngrenzen ermöglichen. Auch aus einer rein tribologischen Perspektive ist die systematische Untersuchung des Einflusses von Korngrenzen von hoher Bedeutung, da im Grunde alle tribologisch belasteten metallischen Bauteile polykristallin sind. Das durch den vorliegenden Antrag generierte Wissen soll es längerfristig erlauben die tribologischen Eigenschaften metallischer Bauteile durch ein gezieltes Korngrenzdesign zu verbessern. Dies wird dazu beitragen, energieeffizientere tribologische Kontakte zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen