Erstarrung von Fest/Flüssig-Gemischen im Temperaturgradienten und ihre Anwendung bei der Herstellung intermetallischer Phasen

Die Arbeit untersucht die Erstarrung von fest-flüssig-Gemischen im Temperaturgradienten. Es wurden Halteexperimente im Temperaturgradienten mit verschiedenen mehrphasigen und mehrkomponentigen Legierungen und mit verschiedenen Haltezeiten durchgeführt. Dabei wurde eine Phasenseparation in der ehemaligen Mushy Zone beobachtet. Die Art und Reihenfolge der in den jeweiligen Bereichen auftretenden Phasen entspricht der vom Phasendiagramm bei der Ausgangskonzentration im Gleichgewicht mit der Schmelze vorhergesagten Phasen. In der Probe einer Cu-40 Gew.% Al-Legierung bildete sich bei kurzen Haltezeiten in der Nähe der peritektischen Temperatur ein vollständig aufgeschmolzener Bereich. Es wurde ein numerisches Modell zur Beschreibung der Erstarrung der Mushy Zone im Temperaturgradienten entwickelt, das Erklärungen für diese Beobachtungen liefert. Die Ergebnisse der Simulationsrechnungen zeigen, dass die Ursache für das Aufschmelzen nahe der Umwandlungstemperatur in unterschiedlichen Liquidusanstiegen und Schmelzanteilen oberhalb und unterhalb der Umwandlungstemperatur liegt. Weiterhin wurde der Einfluss sich ändernder Festphasenanteile in der Mushy Zone auf die Temperaturverteilung untersucht. Simulationsergebnisse zeigen, dass sich die Positionen der Übergangstemperaturen signifikant verschieben können, was im Experiment an der Ausbildung von Übergangszonen mit zellulären Strukturen zu beobachten ist. Die bei der Durcherstarrung der Mushy Zone beobachtete Bildung eines einphasigen Bereichs wurde ausgenutzt, um verschiedene intermetallische Phasen herzustellen. Es wurde gezeigt, dass die Methode gut geeignet ist, um intermetallische Phasen herzustellen, die aufgrund von z.B. inkongruentem Schmelzverhalten, geringem Löslichkeitsbereich oder unbekannter Zusammensetzung nur schwierig mit konventionellen Methoden herstellbar sind. Die quaternäre Q-Phase wurde erstmals in makroskopischen Mengen und in für kalorimetrische Untersuchungen ausreichender Reinheit hergestellt.