From Metastable States to Functional Materials Properties: Novel Phase Transformation in Cu-Based Alloys

In dieser Studie werden Phasenumwandlungen, metastabile Zustände und funktionelle Eigenschaften von technologisch relevanten Cu-Basislegierungen untersucht. Durch die Integration von Hochtemperatur-in-situ-Bildgebung, Hochenergie-Röntgenbeugung und Nanoindentation bieten sich Einblicke in die (mikro-)strukturelle Entwicklung und die Eigenschaftsentwicklung von Cu-Pd-Ag und Cu-Sn Legierungen unter relevanten thermischen und mechanischen Bedingungen während des Betriebs. Cu-Pd-Ag Legierungen spielen eine entscheidende Rolle bei elektrischen Kontakten und Wasserstoffreinigungsmembranen, bei denen die kontrollierte Phasenordnung die Leitfähigkeit und die mechanische Leistung erheblich beeinflusst. Eingehende Untersuchungen offenbaren ein komplexes Wechselspiel zwischen geordneten und ungeordneten Phasen und zeigen, dass die Legierung mit Ag die Umwandlungskinetik verändert und die Phasen mit funktionellen Eigenschaften stabilisiert. Die systematische Variation von Heizraten, Ausgangszuständen, Verformungsgraden und Zusammensetzungen zeigt, dass sowohl die Verarbeitungsgeschichte als auch die Zusammensetzung die Phasenbildung und -stabilität entscheidend beeinflussen. Außerdem konnte eine Phase identifiziert werden, die bisher nicht gemessen, sondern nur simuliert wurde. Cu-Sn Legierungen, die auf eine lange Geschichte in Musikinstrumenten und modernen Anwendungen wie Beschichtungen und elektronischen Bauteilen zurückblicken, weisen komplizierte Phasenumwandlungen und ein breites Spektrum an stabilen und metastabilen Phasen auf. In dieser Studie werden bisher übersehene metastabile und martensitische Phasen identifiziert, ihre Bildungswege nachgezeichnet und sie mit Leitfähigkeit, akustischen und lokalen mechanischen Eigenschaften in Verbindung gebracht. Fortschrittliche Charakterisierungsmethoden wie Hochenergie-Röntgenbeugung, Transmissionselektronenmikroskopie, Atomsondentomographie und Hochtemperatur-Nanoindentation ermöglichen ein umfassendes Verständnis der strukturellen, chemischen und mechanischen Eigenschaften dieser Phasen. Durch die Korrelation von In-situ-Bildgebung, Strukturanalyse, funktionellen und mechanischen Eigenschaftsmessungen wird in dieser Arbeit die Lücke zwischen grundlegender Materialwissenschaft und industriellen Anwendungen geschlossen. Die Ergebnisse tragen zur Entwicklung maßgeschneiderter Legierungen für Hochleistungsanwendungen bei und verdeutlichen die Bedeutung metastabiler Phasen für die Abstimmung der Materialeigenschaften. Dieser interdisziplinäre Ansatz verbessert nicht nur das Verständnis von Phasenumwandlungen in Cu-Basislegierungen, sondern liefert auch einen methodischen Entwurf für künftige Studien zu komplexen Legierungen unter realen Bedingungen.