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

Prof. Christian Doetsch (l.) und Prof. Manfred Renner leiten ab August 2022 als Doppelspitze das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT.
15.08.2022

Neue Institutsleitung

Prof. Manfred Renner und Prof. Christian Doetsch leiten ab August 2022 gemeinsam das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT.

Bauindustrie Bauingenieur Bochum Elektrolyse Energie Energiewende Entwicklung Essen EU Forschung Fraunhofer Fraunhofer-Institut für Umwelt- Gesellschaft IMU Industrie ING Kreislaufwirtschaft LED Lehrstuhl Maschinenbau Optimierung Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT Technik Transformation Umwelt Unternehmen Wasserstoff Wirtschaft
Mehr erfahren
im Bild (v.l.n.r): Thomas Reiche, Geschäftsführer des FEhS-Instituts und Wirtschaftsministerin des Landes Nordrhein-Westfalen, Mona Neubaur
15.08.2022

Wirtschaftsministerin Neubaur besucht FEhS-Institut

NRW-Wirtschaftsministerin Baur informiert sich beim FEhS-Institut über Forschungsprojekt "SAVE CO2".

ABB Baustoffe CO2 Dekarbonisierung Deutschland Duisburg Energie Entwicklung Essen EU Forschung Forschungsprojekt Fraunhofer Industrie Klima Klimaschutz Kreislaufwirtschaft Neubau NRW Rohstoffe Schlacke Stahl Stahlherstellung Stahlindustrie Thyssen thyssenkrupp Thyssenkrupp Steel Europe Thyssenkrupp Steel Europe AG Transformation Wasserstoff
Mehr erfahren
15.08.2022

thyssenkrupp setzt positive Geschäftsentwicklung im 3. Quartal des Geschäftsjahres 2021/2022 fort

In einem schwierigen Marktumfeld hat sich thyssenkrupp im 3. Quartal des laufenden Geschäftsjahres 2021/2022 erneut gut behauptet.

Anlagen Anlagenbau Anpassung Automation Automobil Automotive Blech Bund China Corona Deutschland Edelstahl Elektrolyse Energie Entwicklung Ergebnis Essen EU Geschäftsentwicklung Geschäftsjahr Getriebe Grobblech Grobblechwerk Indien Industrie ING Japan Lieferketten Logistik Niederlande Produktion Restrukturierung Service Stahl Strategie Thyssenkrupp AG Thyssenkrupp nucera Transformation Unternehmen Wasserstoff
Mehr erfahren
Johann Martin, EWM-Standortleiter in Ibbenbüren nahm den Preis gerne für den Lichtbogenschweißtechnik-Hersteller entgegen
12.08.2022

Mit Business Hero Award ausgezeichnet

EWM ist Preisträger des Business Hero Award 2022.

Auszeichnung Automatisierung DSV Emissionen Energie Entwicklung EU EWM Forschung ING Innovation Politik Preisträger Schweißtechnik Strategie Technik Unternehmen USA Wirtschaft
Mehr erfahren
12.08.2022

Erstes Stahlmuster für Hyperloop-Teststrecke in den Niederlanden geliefert

Tata Steel hat ein erstes Stahlmuster für die Röhren der Teststrecke des European Hyperloop Centre im niederländischen Groningen geliefert.

CO2 Deutschland Energie Entwicklung EU Handel Hyperloop ING LED Niederlande Rohre Schienen Stahl Stahlrohre Tata Steel Transport Umwelt Unternehmen USA
Mehr erfahren