Keimbildung und Wachstum der gerichteten Schmelzoxidation von Al-Mg-Legierungen:
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Düsseldorf
VDI-Verl.
1995
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| adam_text | Titel: Keimbildung und Wachstum der gerichteten Schmelzoxidation von Al-Mg-Legierungen
Autor: Sindel, Manfred
Jahr: 1995
V INHALTSVERZEICHNIS SEITE 1. EINLEITUNG 1 2. GRUNDLAGEN 3 2.1 Oxidationsverhalten von Metallen 3 2.2 Oxidationsverhalten von Aluminium und Aluminiumlegierungen 4 2.3 Reaktionsverhalten von Aluminiumlegierungen mit refraktären Verbindungen 7 2.3.1 SK^-haltige Materialien 8 2.3.2 A1 2 Oj-, MgO- und MgA^O^-haltige Materialien 10 2.4 Benetzungsverhalten 12 2.4.1 Grundlagen der Benetzung 12 2.4.2 Benetzung keramischer Werkstoffe durch flüssiges Metall 14 2.4.3 Die Benetzung von A^O^, MgO, MgA^O^ und SiC durch Al 15 2.5 Gerichtete Schmelzoxidation von Al-Legierungen 17 2.5.1 Das System Al/Sauerstoff 18 2.5.1.1 Aufheiz- und Inkubtionsphase 19 2.5.1.2 Die mikrostrukturelle Entwicklung der Matrix 19 2.5.1.3 Kinetik 20 2.5.1.4 Kinetisches Modell 21 2.5.2 Das System Al/Stickstoff 22 2.5.2.1 Die Nitridierungsreaktion 23 2.5.2.2 Die Mikrostruktur 23 2.5.2.3 Kinetik 23 2.5.3 Bauteilherstellung 24 2.5.3.1 Starter- und Barrierematerialien 24 2.5.3.2 Reaktionsaufbau 25 2.5.3.3 Technologische Aspekte 27 2.5.4 Anwendung und Eigenschaften der Verbundwerkstoffe 27 2.5.4.1 Eigenschaften der A^O^/Al-Matrix-Verbundwerkstoffe 27 2.5.4.2 Anwendungen 31
VJ 3. EXPERIMENTELLE DURCHFÜHRUNG 33 3.1 Ausgangsmaterialien 33 3.1.1 Pulver- und Vorkörperwerkstoffe 33 3.1.2 Legierungen 36 3.1.3 Tiegel 36 3.1.4 Herstellung von Legierungen 37 3.1.5 Herstellung der Vorkörper 37 3.1.6 Herstellung des MgA^O^ 38 3.2 Versuchsdurchführung 38 3.2.1 Oxidations- und Reaktionsversuche 39 3.2.2 Kinetik 40 3.2.3 Herstellung der Matrix-Füller-Verbundwerkstoffe 40 3.2.4 Probenpräparation 41 3.3 Charakterisierung 42 3.3.1 Mikroskopie 42 3.3.2 Röntgendifffaktometrie - 42 3.3.3 Mechanische Eigenschaften 42 3.3.4 Sonstige Methoden 44 4. ERGEBNISSE 45 4.1 Die gerichtete Schmelzoxidation von Al-Mg-(Si-Zn)-Legierungen 45 4.1.1 Inkubation 46 4.1.1.1 Die Inkubationsphase für eine Al-2,5Mg-10Si-Legierung 46 4.1.1.2 Einfluß der Si-Gehaltes 50 4.1.1.3 Einfluß des Zn-Gehaltes 52 4.1.1.4 Einfluß des Mg-Gehalts 54 4.1.1.5 Die Mikrostruktur der MgA^O^-haltigen Schicht 54 4.1.2 Das Gerichtete Wachstum der A^O^/Al-Matrix 57 4.1.2.1 Mikrostruktur der A^Oj/Al-Matrix 57 4.1.2.1.1 Temperatureinfluß 60 4.1.2.1.2 Einfluß des Si-Gehaltes 62
VII 4.1.2.2 Die Mikrostruktur der Wachstumsoberfläche 62 4.1.2.2.1 Einfluß des Si-Gehalts 66 4.1.2.2.2 Einfluß von Zn 67 4.1.2.3 Kinetik des Matrixwachstums 68 4.1.2.3.1 Einfluß der Strömungsgeschwindigkeit 68 4.1.2.3.2 Einfluß der Temperatur und der Legierungselemente Si und Zn 69 4.1.2.3.3 Die obere Temperaturgrenze 70 4.1.2.3.4 Der Einfluß des Sauerstoffpartialdrucks 72 4.1.3 Reaktionsverhalten von Aluminiumlegierungen mit Oxiden 73 4.1.3.1 Die Reaktion mit SK^ und ZnO 73 4.1.3.2 Dotierung mit SK^ 75 4.1.3.2 Reaktion mit MgO 76 4.1.3.4 Dotierung mit MgO 77 4.1.3.5 Reaktion mit MgA^O^ 79 4.1.3.6 Dotierung mit MgA^O^ 79 4.2 Gerichtete Schmelzoxidation von Al-Li-Legierungen 81 4.2.1 Mikrostruktur 81 4.2.2 Kinetik 83 4.3 Herstellung von A^O^/Al-Matrix/Füller-Verbundwerkstoffen 87 4.3.1 Matrix/A^Oj-Füller-Verbundwerkstoffe 88 4.3.1.1 Die Mikrostruktur der A^O^/Al-Matrix 88 4.3.1.2 Einfluß der Füllkörperdichte und des Zn-Gehalts der Legierung 89 4.3.1.2 Wirkung von SK^ als Starter- und Additivsubstanz 91 4.3.1.3 Reaktionsverhalten der Barrierematerialien 91 4.3.2 Matrix-SiC-Verbundwerkstoffe 92 4.4 Mechanische Eigenschaften der Matrix-SiC-Verbundwerkstoffe 97 4.4.1 Festigkeit und Bruchzähigkeit 98 4.4.2 R-Kurvenverhalten 99 4.4.3 Thermoschockverhalten 102 4.4.4 Hochtemperaturkriechen • 103
VIII 5. DISKUSSION 106 5.1 Gerichtete Schmelzoxidation von Al-Mg-(Si-Zn)-Legierungen 106 5.1.1 Gleichgewicht im System Al-Mg-0 106 5.1.2 Das Reaktionsverhalten zwischen Al, Al-Legierungen und Oxiden 107 5.1.3 Dotierung von Al-Legierungen 109 5.1.3.1 Si0 2 109 5.1.3.2 MgO 109 5.1.3.3 MgAl 2 0 4 HO 5.1.4 Inkubationsphase HO 5.1.4.1 Verdampfen von Mg aus der Legierung 110 5.1.4.2 MgA^O^-Bildung 111 5.1.4.3 MgO-Bildung 112 5.1.4.4 Inkubation und Keimbildung 113 5.1.4.5 Einfluß von Si auf die Inkubationsphase 115 5.1.5 Kinetik des Matrixwachstums 115 5.1.5.1 Temperaturfenster für Al-Mg-Si-Zn-Legierungen - 115 5.1.5.2 Einfluß der Legierungselemente Si und Zn 116 5.1.5.3 Sauerstoffpartialdruck 117 5.1.5.4 Metalltransport 118 5.1.6 Mikrostruktur der Wachstumsoberfläche 119 5.1.7 Modellvorstellung zum Wachstums 119 5.2 Gerichtete Schmelzoxidation von Al-Li-Legierungen 123 5.2.1. Gleichgewicht im System Al-Li-0 123 5.2.2 Mikrostrukturelle Entwicklung 123 5.2.3 Oxidationsverhalten und Einfluß von Si 123 5.3 Wirkung der Initiatorelemente 124 5.4 Matrix-Füller-Verbundwerkstoffe 126 5.3.1 Verbundwerkstoffe mit A^O^-Füller 126 5.3.2 Verbundwerkstoffe mit SiC-Füller 127 5.5 Mechanische Eigenschaften der Matrix-SiC-Verbundwerkstoffe 129 5.5.1 Raumtemperatur 129 5.5.2 Hochtemperaturverhalten 130
6. ZUSAMMENFASSUNG 7. LISTE DER VERWENDETEN ABKÜRZUNGEN UND SYMBOLE 8. LITERATUR
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