Experimentelle Messungen der Korrelationsfaktoren für Fremdelementdiffusion

• Antragsteller: Professor Dr. Sergiy Divinski
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 281815943

Substitutionelle Atome diffundieren mittels einzelner Sprünge zu den benachbarten Leerstellen. Jedoch kann das Atom, das gerade gesprungen ist, auch sofort wieder zur hinterlassenen Leerstelle zurückspringen. Somit ist die resultierende Bewegung des Atoms im Vergleich zum hypothetischen Random-Walk-Prozess um den Wert des sogenannten Korrelationsfaktors verkleinert. Für die Matrixatome ist der Korrelationsfaktor einfach eine numerische Konstante, die den Diffusionsmechanismus und die Geometrie des Diffusionsgitters wiederspiegelt. Im Gegenteil, die Fremdatome interagieren mit den Leerstellen und modifizieren dabei deren lokale Konzentration und die mikroskopischen Sprungraten. Durch diese Fremdelement-Leerstellen-Wechselwirkung ist der Korrelationsfaktor sehr empfindlich gegenüber Details der atomaren Wechselwirkung und der Temperatur. Eine präzise Messung des Korrelationsfaktors soll entscheidend zur Identifizierung des Diffusionsmechanismus und zur Interpretierung der Wechselwirkungen beitragen und somit die zuverlässige Vorhersage der Diffusionsraten durch atomare Simulationen ermöglichen. Jedoch sind die Korrelationsfaktoren für die Fremdelementdiffusion bisher nie gemessen worden. Das Vorhaben soll erstmalige Ergebnisse zur Füllung dieser Erkenntnislücke durch eine geschickte Kombination der komplementäreren Messungen des Diffusionskoeffizientens und der Sprungfrequenzen von demselben Fremdelement in derselben Matrix liefern. Diese Messungen werden durch die Radiotracer-Methode und die Perturbed-Angular-Korrelationsspektroskopie erfolgen. Bis zu einer Konstanten ist der Korrelationsfaktor dann einfach das Verhältnis des Diffusionskoeffizients und der Sprungrate.Die L12 A3B-Phasen sind für die Studie als Benchmark-System ausgewählt. Die Diffusion in diesen geordneten Phasen zog schon enormes Interesse auf sich, da es eine Reihe möglicher Diffusionsmechanismen gibt und eine Kombination der Inter- und Intra-Gittersprünge mit verschiedener Aktivierungsenthalpien gleichzeitig stattfinden kann. Der Einfluss von Zusammensetzung und Temperatur auf den Korrelationsfaktor wird bestimmt. Dabei werden die Korrelationsfaktoren für die Cd-Atome bei verschiedenen Temperaturen in In-reichen und In-armen Zusammensetzungen der In3Gd-Phase gemessen. Unterschiedliche Diffusionsmechanismen können in diesen Legierungen, die gegenüberliegende Phasengrenzen darstellen, wirken und dies soll genauestens untersucht werden. Die State-of-the-Art-Einrichtungen der Universität Münster (das Radiotracer-Labor) und der Washington State University, USA (das Perturbed-Angular-Korrelationslabor), erlauben die Messungen mit der nötigen Präzision. Da zurzeit keine gleichwertigen Experimente vorliegen, können die angestrebten Ergebnisse einige Überraschungen liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Gary Collins