Elektronenmikroskopische Analyse von Schmelzprozessen und Erstarrungsgefügen

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Die Bildung einer schmelzflüssigen Phase während fertigungstechnischer Prozesse löst komplexe thermomechanische Vorgänge aus, die das Gefüge, die resultierenden Eigenschaften und die Bauteilgeometrie nachhaltig beeinflussen. Im vorliegenden Teilprojekt soll geklärt werden, wie die beteiligten physikalischen Teilprozesse in Schmelz- und Erstarrungsvorgängen zusammenhängen und wie sie letztendlich das Gefüge und die resultierenden Eigenschaften bestimmen. Ein Verständnis der Gefüge-Eigenschaftskorrelation erfordert eine hochauflösende Charakterisierung der betroffenen Werkstoffbereiche und ihrer mikrostrukturellen Veränderungen. Aus den Ergebnissen lassen sich grundlegende Erkenntnisse zu den ablaufenden thermodynamisch und/oder kinetisch kontrollierten Prozessen gewinnen, mit dem Ziel Aussagen darüber zu treffen, wie diese sich zur Erhöhung der Bauteilfunktion und -präzision beeinflussen lassen.

Das vorliegende Teilprojekt liefert somit einen wichtigen Beitrag zu der im Sonderforschungsbereich angestrebten integrativen ganzheitlichen Betrachtung von Werkstoff und Prozess. Die Charakterisierungsergebnisse geben Aufschluss über folgende physikalische Teilprozesse:

  • Die Grenzflächenphänomene an der fest/flüssig Phasengrenze, welche sowohl post mortem als auch in situ untersucht werden sollen
  • Die Phasen/Gefüge-Umwandlung in der erstarrten Schmelze und in der Wärmeeinflusszone
  • Diffusionsprozesse und Ausscheidung in den thermisch belasteten Bereichen
  • Volumkontraktion oder-expansion und die Ausbildung innerer Spannungen

In den geplanten Arbeiten sollen die Gefüge mit hochauflösenden elektronenmikroskopischen Methoden sowohl im Bereich der erstarrten schmelzflüssigen Phase als auch in den umgebenden Wärmeeinflusszonen charakterisiert werden. Die Ergebnisse aus quantitativen Analysen im Raster- und Transmissionselektronenmikroskop bilden die Basis für eine Multi-Skalen-Beschreibung von Schmelze und Erstarrung. Das angestrebte Verständnis der Prozesse schließt sowohl die Vergröberung bestehender Phasen, die Umwandlung in neue Phasen als auch die Bildung von Diffusionszonen und Eigenspannungszonen ein.

Darüber hinaus streben wir ein tiefergehendes Verständnis der ablaufenden Mechanismen während der Bildung und Erstarrung der Schmelze durch elektronenmikroskopische in situ-Experimente an. Dabei erfolgt in dem am GFE installierten Großkammer-Rasterelektronenmikro­skop eine prozessnahe Beobachtung der Vorgänge beim Löten und Laserschweißen und die dabei ablaufenden Prozesse werden direkt mit dem Elektronenstrahl abgebildet. Ziel des Teilprojekts ist ein grundlegendes Verständnis und eine weiterführende quantitative Beschreibung der thermodynamischen und thermomechanischen Eigenschaften sowie des Zusammenhangs zwischen den bei der Erstarrung gebildeten Gefügen und den geometrischen und mechanischen Eigenschaften der untersuchten makroskopischen Werkstoffe.

 

Untersuchung im Großkammer-REM-Benetzungsversuche

Untersuchung im Großkammer-REM - Benetzungsversuche Urheberrecht: SFB 1120

Grundmaterial:AlSi7 (gestellt vom IOT)

Lot:Sn78Cu22 (gestellt vom IOT)
Die Probe wurde auf 440°C aufgeheizt und für 30 Minuten bei dieser Temperatur gehalten.
Während des Aufheizvorganges läßt sich beobachten, wie das Lot ab einer Temperatur von 320°C langsam schrumpft, ab 400°C eine Tropfenform einnimmt, um dann während der Haltezeit von 30 Minuten zu zerfließen.

 
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