Wissenschaft

Unsere Forschung konzentriert sich auf die strukturelle und chemische atomare Komplexität, die Defektphasen und ihre Beziehung zu den Materialeigenschaften.

Dies sind aktuelle Beispiele für unsere Forschung im Mg-Al-Ca-System an Mischkristallen, intermetallischen Werkstoffen und ihren Verbundwerkstoffen.

Mikrolegiertes Magnesium mit verbesserter Duktilität

Sandlöbes, S., Friák, M., Korte-Kerzel, S., Pei, Z., Neugebauer, J. and Raabe, D., 2017. A rare-earth free magnesium alloy with improved intrinsic ductility. Scientific reports7(1), pp.1-8.

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In Vorarbeiten demonstrierten wir eine erfolgreiche ab initio geführte Schatzsuche im Hinblick auf die Konstruktion duktiler verdünnter Mg-Legierungen. Trotz des Erfolgs dieses Ansatzes sind die zugrundeliegende komplexe Wechselwirkung zwischen gelösten Defekten und Defekten und die damit verbundenen physikalischen Mechanismen noch nicht vollständig verstanden, da die Struktur, Wechselwirkung und Stabilität von Defekten nicht klar ist - die Überwindung dieser Verständnislücke steht im Mittelpunkt des SFB1394. Es konnte gezeigt werden, dass bei Mg-Y- und Mg-RE-Legierungen die Erhöhung der Duktilität mit einer Änderung der Aktivierung von Gleitsystemen zusammenhängt, die mit einer bestimmten Stapelfehlerenergie, der sogenannten I1 intrinsischen Stapelfehlerenergie (I1 SFE), verbunden ist. Wir haben diese Beobachtungen als Richtlinie zur Identifizierung auch weniger kostspieliger Mischkristall-Legierungselemente verwendet, die ähnliche für die Duktilisierung relevante Effekte ermöglichen könnten. Zu diesem Zweck wurde die I1 SFE von binären und ternären Mischkristalllegierungen Mg-X systematisch als Leitparameter für den Entwurf einer allgemeinen Klasse von duktilen Mg-Legierungen verwendet. Wir haben festgestellt, dass das seltene erdfreie ternäre Mg-Al-Ca-System eine signifikante Reduktion der SFE von I1 aufweist. Erste experimentelle Beobachtungen zeigen, dass dieses Material tatsächlich eine erhöhte Aktivität des <c+a> Versetzungsgleitens auf pyramidalen Ebenen besitzt, was eine verbesserte Duktilität ermöglicht. Die genauen Mechanismen dieser Duktilitätssteigerung bleiben jedoch offen und werden im Rahmen des SFB untersucht.

Versetzungsmechanismen in der intermetallischen Laves Phase Mg2Ca

Guénolé, J., Mouhib, F.Z., Huber, L., Grabowski, B. and Korte-Kerzel, S., 2019. Basal slip in Laves phases: the synchroshear dislocation. Scripta Materialia166, pp.134-138.

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In grundlegenden Arbeiten zu den Plastizitätsmechanismen von intermetallischen Werkstoffen haben wir die Mg2Ca Laves-Phase untersucht, die Teil des Modellsystems für die erste Förderperiode ist. In früheren ab initio-Studien wurden zwei verschiedene Mechanismen zur Beschreibung des basalen Gleitens in den Laves-Phasen beschrieben: Synchroshear und wellenförmiges Gleiten (engl.: undulating slip). Bis heute wurde keine klare Antwort darauf gegeben, welcher der energetisch günstige Mechanismus ist und ob einer der beiden effektivere Versetzungsbeweung zulassen könnte. Mit Hilfe klassischer atomistischer Simulationen, unterstützt durch ab initio-Berechnungen, konnten wir die Mehrdeutigkeit beseitigen und zeigen, dass die beiden Mechanismen tatsächlich identisch sind. Darüber hinaus konnte Synchroshear als der Mechanismus für die Ausbreitung von Versetzungen innerhalb der Basalebene in Laves-Phasen etabliert werden. Die Arbeit stellt den ersten Satz kombinierter atomistischer und ab initio-Berechnungen dar, um die Energiebarriere für Versetzungsbewegungen in Laves-Phasen zu berücksichtigen; und zwar auf der Grundlage einer Bewertung des dynamischen Prozesses (aus der Atomistik) statt nur statischer Berechnungen theoretischer Zwischenkonfigurationen (durch DFT).

Mg-Al-Ca metallisch-intermetallische Komposite

Zubair, M., Sandlöbes-Haut, S., Wollenweber, M.A., Bugelnig, K., Kusche, C.F., Requena, G. and Korte-Kerzel, S., 2019. Strain heterogeneity and micro-damage nucleation under tensile stresses in an Mg–5Al–3Ca alloy with an intermetallic skeleton. Materials Science and Engineering: A767, p.138414.

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Mg-Al-Ca-Gusslegierungen im Gusszustand gehören zu den vielversprechendsten Legierungen für Anwendungen bei erhöhten Temperaturen (≤200 °C) aufgrund ihrer überlegenen Kriecheigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Mg-Legierungen der AZ- oder AM-Serie. Die Mikrogefüge von Mg-Al-Ca-Legierungen bestehen aus einer weichen α-Mg-Phase, die mit harten, miteinander verbundenen Laves-Phasen verstärkt ist, die die gute Kriechbeständigkeit ermöglichen. Der Volumenanteil, die Art und Morphologie der Laves-Phasen kann über das Ca/Al-Verhältnis gesteuert werden. Folglich kann das Ca/Al-Verhältnis zur Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften dieses Legierungssystems verwendet werden. Wir konnten zeigen, dass ein höheres Ca/Al-Verhältnis i) zu einem höheren Volumenanteil der intermetallischen Laves-Phasen im Mikrogefüge, ii) zu einer Verbesserung der Streckgrenze (YS) und iii) zu einer Erhöhung der Kriechbeständigkeit der Legierungen im Gusszustand führt. Nicht nur der Volumenanteil, sondern auch die Interkonnektivität der Laves-Phasennetzwerke beeinflusst das mechanische Verhalten, insbesondere die Kriechbeständigkeit. Dies wurde durch µ-DIC-Messungen der lokalen Dehnungsverteilung und -aufteilung auf mikrostruktureller Ebene gezeigt, die zeigten, dass Spannungen an den α-Mg Laves-Phasengrenzflächen lokalisiert werden und somit die Festigkeit und Kriechbeständigkeit verbessern. Die detaillierte Rolle der metallisch-intermetallischen Phasengrenzflächen und die Kodeformation an und über diese Phasengrenzflächen bleiben offen und werden im Rahmen des SFB angegangen.