Abstract
In den letzten Jahrzehnten stiegen die Bedeutung von metallischen Legierungen und damit auch die Anforderungen an die Eigenschaften und Qualität der Legierungen. Wichtige Legierungen sind z.B. Stahl, Aluminium-, Kupfer-, Zinn- und Zinklegierungen. Da diese eine peritektische Reaktion in ihrem Phasendiagramm zeigen, ist es von großer Wichtigkeit, das Wissen über eine peritektische Reaktion zu verbessern. Im letzten Jahrhundert wurden große Anstrengungen unternommen ein tieferes Verständnis von Mikrostrukturformationen in peritektischen Legierungen während der Erstarrung zu erhalten, speziell in Fällen, wo beide Phasen als ebene Front erstarren. Die Bildung der Mikrostruktur aus der Schmelze ist beeinflusst von der Konvektion vor der fest/flüssig-Grenzfläche als Konsequenz der Erdgravitation. Ohne Gravitation würde die natürliche Konvektion, wie in der erdnahen Internationalen Weltraumstation (ISS), nicht auftreten. Daher unterstützt die ESA Untersuchungen von peritektischen Erstarrungsmorphologien innerhalb des Rahmens des “METCOMP“ Projektes. Zum Abschätzen des Einflusses der natürlichen Konvektion auf die Erstarrungsmorphologie sind die Untersuchungen innerhalb dieses Projektes in Experimente mit Gravitation auf der Erde und mit Mikrogravitation im All geteilt. Wegen einer Verzögerung der Konstruktion des Bridgman-Ofens für die in-situ Beobachtung (DIRSOL) durch die ESA wurden die Experimente im All auf 2014 verschoben. Daher bleibt der Einfluss der natürlichen Konvektion auf die Erstarrungsmorphologie im Detail ungeklärt. Untersuchungen von peritektischen metallischen Systemen zeigen eine große Vielzahl von möglichen Mikrostrukturen. Bänder, baumähnliche Mikrostrukturen, Inseln und gekoppeltes Wachstum wurden bei Wachstumsraten entdeckt, bei denen beide Phasen in Form einer ebenen Front erstarren können. Zum Verbessern des Verständnisses der auftretenden Mikrostruktur während der Erstarrung sind transparente Modelsysteme für in-situ Beobachtungen eine attraktive Möglichkeit. Solche Systeme bieten den Vorteil, dass beides, die Morphologie der Erstarrung wie auch deren Dynamik mit optisch-diagnostischen Mitteln untersucht werden kann. Das organische Phasendiagramm TRIS–NPG wurde für diese Studie gewählt, weil Temperatur- und Konzentrationsbereich des peritektischen Punktes zweckmäßig für die direkte Beobachtung in einem Mikro Bridgman-Ofen Aufbau ist. Die organische Verbindung TRIS wurde erstmalig für eine in-situ Beobachtung verwendet. Daher mussten zusätzliche Untersuchungen zum Ergänzen der physikalischen Eigenschaften von TRIS und der Legierung von TRIS – NPG durchgeführt werden. Dabei wurde eine thermische Instabilität der organischen Komponente TRIS entdeckt, welche das Prozessfenster für eine in-situ Beobachtung einschränkt. Die Untersuchungen des organischen Phasendiagrammes TRIS–NPG zeigten einen weiten Bereich von Mikrostrukturen, wobei altbekannte Strukturen genauso wie neue im peritektischen Bereich nahe der konstitutionellen Unterkühlung gefunden wurden. Oszillierendes Verhalten wurde nahe der peritektischen Konzentration bei Geschwindigkeiten oberhalb der Grenze der konstitutionellen Unterkühlung gefunden. Beide Phasen wachsen hier in einer konkurrierenden Art und Weise, sodass es zu einer oszillierenden Erstarrung kommt. Diese Art der Erstarrung wurde erstmalig. Für Erstarrungsraten nahe und unterhalb der Grenze der konstitutionellen Unterkühlung wurde lediglich eine ebene Erstarrungsfront gefunden. In wenigen Fällen wurde isothermales peritektisches gekoppeltes Wachstum (PCG) oder die Bildung von Bändern, welche zu isothermalem PCG führt, beobachtet. Nachweise für diese Art der Transformation wurden in Experimenten mit Metalllegierungen gefunden und durch numerische Simulation abgestützt. Hier ist es das erste mal, dass über die Änderung von Bändern zu PCG durch direkte Beobachtung berichtet wird.
Titel in Übersetzung | Untersuchung peritektischer Erstarrung unter Verwendung eines transparenten organischen Systems |
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Originalsprache | Englisch |
Qualifikation | Dr.mont. |
Betreuer/-in / Berater/-in |
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Publikationsstatus | Veröffentlicht - 2012 |
Bibliographische Notiz
nicht gesperrtSchlagwörter
- Peritektic Erstarrung
- Isothermales peritektisches gekoppeltes Wachstum
- Transparente organische Systeme
- Bridgman-Ofen
- Phasendiagramm TRIS-NPG
- in-situ Beobachtung