Forschung ebnet den Weg für stärkere Legierungen
Hochgeschwindigkeits-Synchrotron-Röntgentomographie 'fotografiert' die sich verändernden Kristallstrukturen in geschmolzenen Legierungen beim Abkühlen
Wissenschaftler der Universität Birmingham haben beschrieben, wie mikroskopisch kleine Kristalle in geschmolzenen Metallen beim Abkühlen wachsen und ihre Form verändern. Diese Forschungsarbeit ist bahnbrechend für die Legierungsforschung und ebnet den Weg zur Verbesserung der Zugfestigkeit von Legierungen, die beim Gießen und Schweißen verwendet werden.
Die Forschung beschreibt, wie mikroskopisch kleine Kristalle in geschmolzenen Metallen wachsen und beim Abkühlen ihre Form verändern
Maksim_Gusev
In ihrer in der Zeitschrift Acta Materialia veröffentlichten Studie nutzten die Forscher die Hochgeschwindigkeits-Synchrotron-Röntgentomographie, um die sich verändernden Kristallstrukturen in geschmolzenen Legierungen beim Abkühlen zu "fotografieren".
Die Studie zeigt, dass beim Abkühlen der Aluminium-Kupfer-Legierung der Erstarrungsprozess mit der Bildung von facettierten Dendriten beginnt, die durch schichtweises Aufeinanderstapeln von Grundeinheiten mit einer Größe von nur wenigen Mikrometern entstehen. Diese Einheiten sind zunächst L-förmig und stapeln sich wie Bauklötze übereinander, aber beim Abkühlen verändern sie ihre Form und verwandeln sich in eine U-Form und schließlich in einen ausgehöhlten Würfel, während sich einige von ihnen zu schönen Dendriten zusammenfügen.
Die Studie wurde von Dr. Biao Cai von der School of Metallurgy and Materials der Universität Birmingham geleitet, dessen Forschung bereits gezeigt hat, wie Magnetfelder das Kristallwachstum beeinflussen.
Dr. Cai kommentierte: "Die Ergebnisse dieser neuen Studie geben einen echten Einblick in die Vorgänge auf Mikroebene, wenn eine Legierung abkühlt, und zeigen die Form der Grundbausteine der Kristalle in geschmolzenen Legierungen. Die Kristallform bestimmt die Festigkeit der endgültigen Legierung, und wenn wir Legierungen mit feineren Kristallen herstellen können, können wir auch festere Legierungen herstellen".
Er fügte hinzu: "Die Ergebnisse stehen in direktem Gegensatz zur klassischen Sichtweise der Dendritenbildung in abkühlenden Legierungen und öffnen die Tür zur Entwicklung neuer Ansätze, mit denen sich die Bildung intermetallischer Kristalle vorhersagen und steuern lässt."
Dr. Cais frühere Forschungsarbeiten haben zu einer neuartigen Technologie geführt, mit der die Qualität von recyceltem Aluminium verbessert werden kann, indem Eisen in einem einfachen, kostengünstigen Verfahren unter Verwendung von Magneten und einem Temperaturgradienten aus der geschmolzenen Legierung entfernt wird.
Die Technologie ist Gegenstand einer Patentanmeldung der University of Birmingham Enterprise. Sie wurde auch vom Midlands Innovation Commercialisation of Research Accelerator und dem EPSRC-Impact Acceleration Account finanziert, was es Biao ermöglichte, einen groß angelegten Prototyp zu bauen, der bis zu 1000oC läuft und einen 1-Tesla-Magneten verwendet.
Der Prototyp wird derzeit mit Barren getestet, die von der Tandom Metallurgical Group zur Verfügung gestellt wurden. Das Unternehmen betreibt von seinem Standort in Congleton, Cheshire, aus einen internationalen Handel, in dem es Aluminiumlegierungen und Vorlegierungen herstellt und Aluminiumprodukte, Schrott und Krätzen recycelt.
Dr. Cai rechnet damit, die Ergebnisse der Tests zu veröffentlichen und den Demonstrator noch vor Jahresende der Industrie vorzustellen. Ziel ist es, industrielle Partner zu finden, die bereit sind, Tests in Gießereien in Kombination mit bestehenden Produktionslinien durchzuführen.
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