Forschung News Technik
Die Aufnahme zeigt die strukturelle Anordnung der Atome an der Σ5 (310) [001]-Korngrenze. Bild entnommen aus Nature Communications 12 (2021) 6008. - Abb.: Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH
28.10.2021

Klein, aber bedeutend

Wie Verunreinigungen Ausscheidungen an den Korngrenzen beeinflussen

MPIE-Team veröffentlicht neueste Erkenntnisse in der Fachzeitschrift Nature Communications

Eisen (Fe) ist seit Jahrtausenden bekannt und wird seit der Eisenzeit verarbeitet. Trotzdem wissen wir bis jetzt nur sehr wenig über die lokale Chemie an den Grenzflächen, die verschiedene Kristallite trennen, sogenannte Korngrenzen. Darüber hinaus ist die Wechselwirkung zwischen verschiedenen im Material gelösten Elementen nach wie vor ein Rätsel.

Was passiert, wenn zwei oder mehr Elemente an die Korngrenze diffundieren und sich dort absetzen? Wie interagieren sie miteinander und wie beeinflussen sie die Eigenschaften der Grenzflächen? Ali Ahmadian ist Wissenschaftler in der Abteilung „Struktur und Nano-/Mikromechanik von Materialien“, die von Prof. Dehm am Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) geleitet wird. Er und seine Kolleg*innen analysierten die Prozesse der Ko-Segregations-Effekte in bcc-Eisenkorngrenzen. Sie konzentrierten sich dabei auf die Auswirkungen von Kohlenstoff und Bor, die als typische Verunreinigungen in fast allen technologisch relevanten Materialien vorkommen.

Ihre neuesten Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
 
Das Forscherteam kombinierte Rastertransmissionselektronenmikroskopie, energiedispersive Spektroskopie und Atomsonden-tomografie, um die atomare Struktur und lokale Zusammensetzung der Σ5 (310) [001]-Korngrenze zu beobachten. Sie kombinierten ihre experimentellen Beobachtungen mit Berechnungen auf Basis der Dichtefunktionaltheorie, die von Kolleg*innen am Materials Center Leoben (Österreich) durchgeführt wurden, um die zugrundeliegenden Ausscheidungsmechanismen zu klären.

„Wir fanden heraus, dass sich die Atome regelmäßig rautenförmig an der Korngrenze anordnen. Überraschenderweise deuten unsere Experimente zur Zusammensetzung der Korngrenze darauf hin, dass Aluminium nicht angereichert, sondern vermindert wird - ganz im Gegensatz zu Ergebnissen früherer theoretischer Studien“, erklärt Ahmadian.

Das Team beobachtete und simulierte, wie sich Kohlenstoff- und Borverunreinigungen an der Korngrenze ablagerten und Aluminium abstießen.

„Unsere Ergebnisse könnten erklären, warum Korngrenzen in bestimmten Werkstoffen versagen. Und auch wie sich die Ausscheidung schädlicher Elemente abmildern lässt, um Materialversagen zu verhindern. Mit unseren Modellierungswerkzeugen könnten wir in Zukunft sogar Vorhersagen über die Segregation von Korngrenzen und die Grenzflächeneigenschaften treffen, um die Materialentwicklung zu steuern. Dies ist für die Entwicklung von Hochleistungswerkstoffen absolut notwendig.“, sagt Dr. Christian Liebscher, Leiter dder Gruppe „Advanced Transmission Electron Microscopy“, in der Ahmadian arbeitet.

Die MPIE-Wissenschaftler*innen und ihre Kolleg*innen wollen ihre Ergebnisse nun auf komplexere Materialsysteme anwenden. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf Zink, das für Flüssigmetallversprödung verantwortlich ist, die in vielen Eisenbasis-legierungen und Stählen zu katastrophalem Materialversagen führt. Das Ziel ist es, Legierungs- oder Verarbeitungskonzepte zu finden, die die Wirkung von Zink auf Korngrenzen abschwächen.

Die Forschung wurde zum Teil von der Österreichischen Gesellschaft für Forschungsförderung und den österreichischen Bundesländern Steiermark, Oberösterreich und Tirol finanziert.

Originalveröffentlichung:
A. Ahmadian, D. Schreiber, X. Zhou, B. Gault, C.H. Liebscher, L. Romaner, G. Dehm: Aluminum depletion induced by co-segregation of carbon and boron in a bcc-iron grain boundary. In: Nature Communications 12 (2021) 6008.

(Quelle: Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH)

Schlagworte

AluminiumBundEisenforschungEnergieEntwicklungErgebnisEUForschungGesellschaftIMULegierungenMax-Planck-InstitutMPIeStudieUSAWerkstoffWerkstoffe

Verwandte Artikel

Thomas Peinkofer, Geschäftsführer AICHELIN Service GmbH und Marco Greifeneder, Head of Operations AICHELIN Service GmbH
24.04.2024

Aichelin für Umweltmanagementsystem zertifiziert

Die AICHELIN Service GmbH mit Sitz in Ludwigsburg hat im Frühjahr 2024 erfolgreich die Zertifizierung nach dem weltweit anerkannten Standard ISO 14001:2015 für ihr umfass...

Aichelin Entwicklung EU Handel ING Logistik Managementsystem Nachhaltigkeit Optimierung Service Umwelt Umweltschutz Unternehmen
Mehr erfahren
Salzgitter Flachstahl hat in eine Modernisierung der Automatisierung von Primetals Technologies für einen Teil der Warmwalzlinie investiert.
24.04.2024

Brammenstauchpresse bei Salzgitter Flachstahl modernisiert

Die Salzgitter Flachstahl hat Primetals Technologies mit einer Modernisierung der Leistungselektronik für die Brammenstauchpresse im Warmwalzwerk Salzgitter beauftragt.

Antrieb Automatisierung Blech Bramme Direktumrichter Essen EU Flachstahl Gesellschaft Inbetriebnahme Konverter Optimierung Presse Pressen Primetals Produktion Salzgitter Salzgitter Flachstahl Schmelze Schmelzen Stahl Technik Umrichter Unternehmen USA Walzwerk Warmband
Mehr erfahren
Schrottverarbeitung bei BSW
23.04.2024

BDSV fordert Berücksichtigung bei neuem Klimaschutzgesetz

Der Bundesverband der Deutschen Stahlrecycling- und Entsorgungsunternehmen äußert Bedenken gegenüber dem vorgeschlagenen Klimaschutzgesetz und fordert spezifische Anpassu...

ABB Anpassung Bund CO2 DSV Emissionen Entwicklung EU ING KI Klima Klimapolitik Klimaschutz Klimaziel Klimaziele Kreislaufwirtschaft Politik Recycling Stahl Unternehmen Wirtschaft
Mehr erfahren
(v.l.n.r.) Sandrina Sieverdingbeck, Geschäftsführerin DEUMU (Deutsche Erz- und Metall-Union GmbH); Holger Kreetz, Uniper SE COO; Gunnar Groebler, Salzgitter AG CEO; Christian Stuckmann, Uniper SE VP Business Development Hydrogen
23.04.2024

Salzgitter AG und Uniper kooperieren bei grünem Wasserstoff

Die Salzgitter AG und die Uniper SE haben einen Vorvertrag über die Lieferung und Abnahme von grünem Wasserstoff unterzeichnet. Dieser soll in der von Uniper geplanten Gr...

CO2 Dekarbonisierung Deutschland Direktreduktion Elektrolyse Emissionen Energie Erdgas EU Hochofen Inbetriebnahme Industrie ING KI Klima Klimaziel Klimaziele Kooperation Lieferung Offshore Partnerschaft Produktion Produktionsprozess Reduktionsmittel Stahl Stahlindustrie Stahlproduktion Strategie Transformation Uniper Unternehmen Vereinbarung Wasserstoff Wilhelmshaven Windpark
Mehr erfahren
Bundeskanzler Olaf Scholz, Ministerpräsident von Norwegen Jonas Gahr Støre und CEO der Salzgitter AG Gunnar Groebler bei der Eröffnung des HMI
23.04.2024

Salzgitter AG launcht Grünstahlmarke SALCOS

Die Salzgitter AG möchte mit der Einführung seiner Grünstahlmarke SALCOS® seine Kunden dabei unterstützen ihre Wertschöpfungsketten nachhaltig und transparent zu dekarbon...

Automobil Bauwesen CO2 CO2-Emissionen Dekarbonisierung Direktreduktion Elektrolichtbogenofen Emissionen Energie Energiewirtschaft EU Gesellschaft Industrie ING Klima Lichtbogenofen Messe Nachhaltigkeit Schrott Stahl Transformation Umwelt Unternehmen Wirtschaft WV WV Stahl Zertifikat
Mehr erfahren