@phdthesis{Lotter2020,
  author    = {Lotter, Frank},
  title     = {Spurenelemente in Al-Cu(-Mg)-Legierungen - in-situ Untersuchungen zum Einfluss konservierter Leerstellen},
  doi       = {10.25972/OPUS-21391},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-213914},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Aluminium-Kupfer-Legierungen des Typs 2xxx erhalten ihre Festigkeit w{\"a}hrend der Auslagerung an Raumtemperatur oder erh{\"o}hter Temperatur - auch Alterung genannt - durch die Bildung kupferhaltiger Ausscheidungen. Gr{\"o}ße, r{\"a}umliche Verteilung und Kristallstruktur dieser Ausscheidungen sind maßgeblich f{\"u}r die mechanischen Eigenschaften dieser Legierungen. Die Zugabe geringer Mengen (100 ppm) an Elementen wie In oder Sn kann das Ausscheidungsverhalten und damit auch die mechanischen Eigenschaften des Systems stark ver{\"a}ndern. Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit dem Einfluss dieser Spurenelemente auf die Ausscheidungsbildung in Al-Cu(-Mg)-Legierungen und der damit verbundenen Ver{\"a}nderung der Festigkeit. Hauptaugenmerk liegt dabei auf der in-situ Charakterisierung der vorherrschenden Ausscheidungen und deren Kinetik, welche durch die Interaktion der Spurenelemente mit den eingeschreckten Leerstellen signifikant beeinflusst wird. Ziel ist es, ein fundamentales Verst{\"a}ndnis der zugrundeliegenden Mechanismen zu erlangen. Durch den Einsatz vieler komplement{\"a}rer Methoden wie Dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC), in-situ R{\"o}ntgenabsorptionsspektroskopie (XAFS) und in-situ R{\"o}ntgenkleinwinkelstreuung (SAXS) kann ein umfassendes Bild der vorherrschenden Prozesse gewonnen werden. Als unterst{\"u}tzende Messmethoden dienen Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Positronenlebensdauerspektroskopie (PALS) bzw. Dopplerspektroskopie (DBS). Um die Eigenschaften der Spurenelemente in Bezug auf L{\"o}slichkeit und Wechselwirkung mit Leerstellen in der Aluminiummatrix zu charakterisieren, werden zun{\"a}chst bin{\"a}re Aluminium- Spurenelement-Legierungen untersucht. Die ausgew{\"a}hlten Elemente (Bi, In, Pb, Sb, Sn) weisen alle eine, nach ab-intio Rechnungen, hohe Bindungsenergie zu Leerstellen auf. Man stellt nur bei In und Sn eine signifikante Bindung zu Leerstellen fest, da aufgrund der geringen L{\"o}slichkeiten von Bi, Pb und Sb keine f{\"u}r den Nachweis ausreichende Anzahl an Leerstellen gebunden werden. Die gel{\"o}sten In- und Sn-Atome bilden mit den eingeschreckten Leerstellen sogenannte Komplexe, welche thermisch bis ca. 150 � C stabil sind. Die so konservierten Leerstellen k{\"o}nnen dann in einem komplexen Prozess durch Erw{\"a}rmen der Legierung freigesetzt werden und tragen dadurch zur Diffusion bei. Grunds{\"a}tzlich ist der Transport von Legierungsatomen in Aluminiumlegierungen weitestgehend durch die verf{\"u}gbaren thermischen sowie eingeschreckten Leerstellen gesteuert. Durch die Bindung der Leerstellen an die Spurenelementatome in den tern{\"a}ren Al-Cu-X-Legierungen stehen nur noch wenige Leerstellen f{\"u}r den Cu-Transport zur Verf{\"u}gung und man beobachtet eine Unterdr{\"u}ckung des Entmischungsprozesses bei Raumtemperatur. Lagert man die Legierungen bei erh{\"o}hter Temperatur (z.B. 150 � C) aus, werden Leerstellen aus den Spurenelement- Leerstellen-Komplexen freigesetzt, was zu einer Bildung der metastabilen q0-Phase bei deutlich erniedrigter Temperatur f{\"u}hrt. Die kleinen und homogen verteilten Ausscheidungen steigern die Festigkeit der Legierung deutlich. Durch die Zugabe von Mg zum Al-Cu-Legierungssystem beschleunigt und verst{\"a}rkt man die Entmischung der Legierungsatome bei Raumtemperatur. Ursache ist die rasche Bildung von thermisch stabilen Cu-Mg-Clustern, die f{\"u}r eine effektive Blockierung der Versetzungsbewegung im Kristallgitter - und damit f{\"u}r eine Erh{\"o}hung der Festigkeit - sorgen. Die Zugabe von In oder Sn zu einer Al-Cu-Mg-Legierung hat {\"u}berraschenderweise keinen Einfluss auf die Ausscheidungsbildung bei Raumtemperatur. Gr{\"u}nde hierf{\"u}r k{\"o}nnten zum einen in der durch Mg herabgesetzten L{\"o}slichkeit der In- bzw. Sn-Atome liegen. Zum anderen k{\"o}nnte die zahlreiche Bildung von Cu-Mg-Leerstellen-Komplexen in Konkurrenz zum Bindungseffekt der Spurenelementatome stehen. Auch bei erh{\"o}hter Temperatur l{\"a}sst sich kein nennenswerter Einfluss von In oder Sn, beispielsweise durch bevorzugte Bildung der h{\"a}rtenden S-Phase, beobachten.},
  subject      = {Aluminiumlegierung},
  language  = {de}
}