@article{StaabLotterMuehleetal.2021,
  author    = {Staab, Torsten E. M. and Lotter, Frank and M{\"u}hle, Uwe and Elsayed, Mohamed and Petschke, Danny and Schubert, Thomas and Ibrahim, Alaa M. and Krause-Rehberg, Reinhard and Kieback, Bernd},
  title     = {The decomposition process in high-purity Al-1.7 at.\% Cu alloys with trace elements: preservation of quenched-in vacancies by In, Sn and Pb influencing the ​θ′formation},
  series = {Journal of Materials Science},
  volume    = {56},
  journal   = {Journal of Materials Science},
  number    = {14},
  issn      = {1573-4803},
  doi       = {10.1007/s10853-020-05742-9},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-269103},
  pages     = {8717-8731},
  year      = {2021},
  abstract  = {Aluminium-copper alloys of the 2xxx type receive their excellent mechanical properties by the formation of copper-rich precipitates during hardening. Size, distribution and crystal structure of the formed precipitates determine the final strength of those alloys. Adding traces of certain elements, which bind to vacancies, significantly influences the decomposition behaviour, i.e. the diffusion of the copper atoms. For high-purity ternary alloys (Al-1.7 at.\% Cu-X), we investigate the interaction of copper and trace element atoms (X=In, Sn, and Pb) with quenched-in vacancies by Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy (PALS). By employing Vickers microhardness, Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Small Angle X-Ray Scattering (SAXS) we obtain a comprehensive picture of the decomposition process: opposite to predicted binding energies to vacancies by ab-initio calculations we find during ageing at room and elevated temperature a more retarded clustering of copper in the presence of In rather than for Sn additions, while Pb, having the highest predicted binding to vacancies, shows nearly no retarding effect compared to pure Al-Cu. If the latter would be due to a limited solubility of lead, it had to be below 2 ppm. Transmission Electron Microscopy (TEM) as imaging method complements our findings. Annealing the quenched Al-1.7 at.\% Cu-X-alloys containing 100 ppm In or Sn at 150∘C leads to finely distributed θ′-precipitates on the nanoscale, since due to the trace additions the formation temperature of θ′ is lowered by more than 100∘C. According to TEM small agglomerates of trace elements (In, Sn) may support the early nucleation for the θ′-precipitates.},
  language  = {en}
}
@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}
}