CD-Labor für Frühe Stadien der Ausscheidungsbildung in Metallen

Die ausgezeichneten Eigenschaften von vielen technisch relevanten Hochleistungswerkstoffen, wie beispielsweise Nickelbasislegierungen, Werkzeugstähle und Refraktärmetalllegierungen, sind auf spezielle Gefügemerkmale zurückzuführen. Dies können beispielsweise sehr kleine Korngrößen, eine hohe Anzahl von Grenzflächen in Körnern oder eine feinverteilte zweite Phase (Ausscheidungen) sein. Insbesondere die Verfestigung durch Ausscheidungen ist ein wesentlicher Mechanismus in diesen Werkstoffen. Aus diesem Grund ist für eine Verbesserung von bestehenden Werkstoffen bzw. für die Entwicklung von neuen Legierungen ein fundamentiertes Wissen hinsichtlich Ausscheidungsreaktionen und deren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften unabdingbar.
Da die Ausscheidungsreaktionen nicht direkt verfolgt werden können, werden die einzelnen Ausscheidungszustände anhand der Mikrostruktur in den verschiedenen Stadien der Ausscheidungsreaktion beschrieben. Folge dessen ist es notwendig, die räumliche Ausdehnung und die Größe der Zusammensetzungsfluktuationen der entstehenden zweiten Phase sowie Morphologie, Teilchendichte, Größe und Zusammensetzung der verschiedenen Ausscheidungen in den einzelne Stadien zu analysieren. Zu diesem Zwecke müssen mikroanalytische Methoden eingesetzt werden, die im Stande sind, nanometergroße Cluster aufzulösen sowie deren chemische Zusammensetzung zu bestimmen. Experimentelle Techniken, die diesen Anforderungen gerecht werden sind beispielsweise das Transmissionselektronenmikroskop und die Atomsonde (direkte Methoden) sowie die Kleinwinkelstreuung und die Differentialthermoanalyse (indirekte Methoden).
Neben der experimentellen Charakterisierung von Ausscheidungsvorgänge gewann in den letzten zwei Jahrzehnten die Modellierung von Ausscheidungsvorgängen immer mehr an Bedeutung. Heutzutage kann die Modellierung von Multiphasengleichgewichten sowie die Simulation von Ausscheidungsvorgängen mehr oder weniger als Standardwerkzeug in der Materialentwicklung und -forschung angesehen werden. Obwohl es zahlreiche Untersuchungen hinsichtlich der Charakterisierung von Ausscheidungen gibt, ist jedoch die Simulation der Ausscheidungskinetik sowie die Modellierung der mechanischen Eigenschaften aufgrund von Einschränkungen und Schwächen der Untersuchungsmethoden begrenzt. Darüber hinaus beschreiben die am Markt verfügbaren Softwarepakete die Ausscheidungskinetik von komplexen Werkstoffen nur unzureichend.
Das geplante Christian Doppler Labor zielt daher auf Ausscheidungsvorgänge und deren Einfluss auf mechanische Eigenschaften in komplexen Hochleistungswerkstoffen ab.