Lehrstuhl Werkstoffwissenschaft

Welche Parameter beeinflussen die Morphologie schädlicher Intermetallischer Phasen, die sich während des Betriebs bei hohen Temperaturen bilden?

Im Rahmen seiner Doktorarbeit arbeitet Mathias Redondo Garcia gemeinsam mit seinem Betreuer Prof. Dr. Guillaume Laplanche an einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt. Ziel dieses Projekts ist es, ein besseres Verständnis der verschiedenen Parameter (z. B. Diffusionskoeffizienten, Grenzflächeneigenschaften, Elastizitätsmoduli) zu erlangen, die die Morphologie von σ-Phasen-Ausscheidungen in Strukturwerkstoffen beeinflussen. Letztere Phase ist eine der am häufigsten vorkommenden intermetallischen Phasen in technischen Legierungen. Es wurde beispielsweise berichtet, dass sie sich in austenitischen Edelstählen und Ni-Basis-Superlegierungen bildet, wenn diese Werkstoffe während ihres Einsatzes hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Die σ-Phasenausscheidung ist bekanntermaßen schädlich, da sie zu Versprödung führt und die Kriechfestigkeit, die Ermüdungseigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigt. Daher ist es wichtig, vorherzusagen, wie sich die σ-Phase bildet und wie ihre Ausscheidung und die Morphologie der Ausscheidungen die Materialeigenschaften beeinflussen.

In diesem Zusammenhang untersucht Mathias Redondo Garcia die Kinetik der σ-Phasen-Ausscheidung in zwei Modelllegierungen mit sehr unterschiedlichen Ausscheidungsmorphologien (d. h. globular und plattenförmig). Mathias wärmebehandelt diese Legierungen zwischen 600 und 1200 °C für Zeiträume von bis zu 3000 Stunden. Anschließend bereitet er metallografische Proben vor, charakterisiert sie mit einem Rasterelektronenmikroskop und analysiert die Morphologie der σ-Ausscheidungen (z. B. mittlere Größe, Aspektverhältnis, Anzahlendichte, Flächenanteil) quantitativ mit Hilfe verschiedener Software. Mathias führt auch Zugversuche an genau definierten Mikrostrukturen durch, um festzustellen, wie sich die Morphologien auf das Zugverhalten auswirken und zu Versprödung führen. Dieses Projekt wird in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Markus Stricker vom Interdisziplinären Zentrum für Advanced Materials Simulation (ICAMS) durchgeführt, wo maschinelle Lernverfahren eingesetzt werden, um die von Mathias gewonnenen Mikroskopaufnahmen automatisch und quantitativ zu analysieren und seine experimentellen Ergebnisse mit Simulationen der Ausscheidung zu vergleichen.