Ordnungs - Unordnungsübergänge in Überstrukturen, untersucht durch die dendritische Wachstumsgeschwindigkeit in unterkühlten Schmelzen intermetallischer Legierungen

• Applicant: Professor Dr. Dieter M. Herlach (†)
• Subject Area: Thermodynamics and Kinetics as well as Properties of Phases and Microstructure of Materials
• Term: from 2006 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 29468620

Im Rahmen dieses Fortsetzungsantrags sollen die Untersuchungen des Ordnungs- Unordnungsübergangs bei der raschen Erstarrung von Schmelzen intermetallischer Legierungen der Systeme Al-Ni und Al-Ti fortgeführt werden. Der Ordnungs-Unordnungsübergang wird durch Messungen der dendritischen Wachstumsgeschwindigkeiten als Funktion der Unterkühlung an levitationsprozessierten Schmelztropfen studiert. Bei Erreichen einer kritischen Geschwindigkeit wird ein rascher Anstieg der dendritischen Wachstumsgeschwindigkeit erwartet, der in kongruent schmelzenden intermetallischen Phasen dem Einfrieren von Unordnung in der Übergitterstruktur (disorder trapping) zugeordnet wird. Bei inkongruent schmelzenden intermetallischen Legierungen tritt zusätzlich ein vergleichbarer Effekt durch Zwangslösung der Legierungskomponente (solute trapping) auf. Beide Nichtgleichgewichtsphänomene bei der raschen Erstarrung aus tief unterkühlten Schmelzen wurden in den bisherigen Untersuchungen nachgewiesen. Das Ziel der Arbeiten im Rahmen dieses Fortsetzungsantrags wird es sein, durch weitere Messungen der Erstarrungsdynamik beide Effekte in inkongruent schmelzenden Legierungen zu separieren, aber besonders auch ihre gegenseitige Beeinflussung zu untersuchen. Durch das gemeinsame Auftreten von solute und disorder trapping in Ni-reichen Al-Ni Legierungen kann es zu einer inversen Segregation kommen, die eine polymorphe Kristallisation auch unterhalb der kritischen Geschwindigkeit für solute trapping ermöglicht. Derzeitige ”sharp interface“ Modelle zum dendritischen Wachstum sind in der Lage, solute trapping durch Berücksichtigung eines geschwindigkeitsabhängigen Verteilungskoeffizienten zu beschreiben. Dies gilt aber nicht für disorder trapping bei der Nichtgleichgewichtserstarrung intermetallischer Legierungen. Eine weitere Zielsetzung besteht darin, disorder trapping durch geschwindigkeitsabhängige Ordnungsparameter und/oder Wachstumskoeffizienten in die ”sharp interface“ Modelle einzubauen und diese auf der Grundlage der Messungen der Erstarrungskinetik zu verifizieren. Die Schlussfolgerungen zur Nichtgleichgewichtserstarrung aus der Analyse der Wachstumskinetik sollen unterstützt werden durch energiedispersive Röntgenbeugung mit Synchrotronstrahlung an levitationsprozessierten Proben am European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble, die Phasenumwandlungen von ungeordneten zu geordneten Übergitterstrukturen intermetallischer Legierungen auf einer kurzen Zeitskala von weniger als 1 Sekunde nachweisen können. Diese Zeitskala liegt im Bereich der Experimentierzeiten von Levitationsexperimenten zum Nachweis der Phasenumwandlungen während der Erstarrung, aber auch im Festkörper während der Abkühlung der erstarrten Probe.

• DFG Programme: Research Grants