Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie wächst eine Oxidhaut auf einem Metall?

25.04.2001


Fast eine halbe Million Mikrospiegel trägt dieses

mechatronische Bauteil, das seit längerem für

Videoprojektionen eingesetzt wird. In einem neuen Messgerät

tasten feine Lichtstrahlen Oberflächen berührungslos ab. 

©Fraunhofer

IPT


In dieser Woche ist Christelle Nivot von der Université de Bourgogne aus dem französischen Dijon (Burgund) für ihre Diplomarbeit bei Dipl. Phys. Gernot Strehl zu Besuch. Sie nutzt eine selbst gebaute
Versuchsapparatur der Clausthaler Wissenschaftler, die Hochtemperaturoxidationsapparatur, um eine grundlegende Frage zu untersuchen: Wandern beim Wachstum der Schutzschichten die Metallatome von innen nach außen und die Haut wächst an ihrer Außenseite weiter, oder dringen die Sauerstoffatome durch die Schutzschicht in den Grenzbereich der Schutzschicht zum Basismaterial vor und treiben dort die Oxidation voran?

Die Werkstoffforschung entwickelt Materialien, die immer höheren Temperaturen standhalten, da damit oft der Wirkungsgrad von Maschinen und chemischen Prozessen gesteigert werden kann, was durch einen niedrigeren Energieverbrauch letztendlich Portemonnaie und Umwelt schont. Keramiken sind stoß- und bruchempfindlich und kommen daher für viele Einsatzgebiete nicht in Frage. Metalle aber korrodieren stark bei hohen Temperaturen. Gibt man dem Metall Aluminium, Silizium oder Chrom hinzu, so wandern diese bei höheren Temperaturen aus dem Metall an die Oberfläche, reagieren mit dem Sauerstoff und umgeben so das Basismetall mit einer Schutzschicht aus Oxid. Sauerstoff kann nur noch stark verlangsamt durch diese Schutzschicht dringen und das Metall korrodieren. An der Verbesserung dieser Schutzschichtbildung arbeitet seit vielen Jahren die Arbeitsgruppe um Professor Dr.-Ing. Günter Borchardt im Institut für Metallurgie der TU Clausthal.
In dieser Woche ist Christelle Nivot von der Université de Bourgogne aus dem französischen Dijon (Burgund) für ihre Diplomarbeit bei Dipl. Phys. Gernot Strehl zu Besuch. Sie nutzt eine selbst gebaute Versuchsapparatur der Clausthaler Wissenschaftler, die Hochtemperaturoxidationsapparatur, um eine grundlegende Frage zu untersuchen: Wandern beim Wachstum der Schutzschichten die Metallatome von innen nach außen und die Haut wächst an ihrer Außenseite weiter, oder dringen die Sauerstoffatome durch die Schutzschicht in den Grenzbereich der Schutzschicht zum Basismaterial vor und treiben dort die Oxidation voran?

Wie macht sie das? Sauerstoff kommt in der Natur in zwei Varianten vor. Einmal als Isotop mit der Massenzahl achtzehn und einmal mit der Massenzahl sechzehn. Chemisch sind beide ununterscheidbar. Mit einem Massenspektrometer können die beiden Varianten nach ihrem Gewicht getrennt werden. Christelle Nivot überströmt ihre Proben bei 1100 Grad Celsius zuerst mit Sauerstoff(16)-Gas und dann mit Sauerstoff(18)-Gas. Nach der zweistufigen Oxidation wird die Schicht untersucht. Mit einem Ionenstrahl werden die Proben beschossen und schichtweise abgetragen. Jede Schicht wird im Massenspektrometer analysiert. Enthält sie Sauerstoff(16)- oder Sauerstoff(18)-Atome?

Denn mit der Beantwortung dieser Frage kann der Transportmechanismus aufgeklärt werden. Wenn die Schutzschicht von innen nach außen wächst, indem die Metallatome durch die Schutzschicht an die Oberfläche diffundieren, dann müssten die Schichten so aufgebaut sein: Oben eine Sauerstoff(18)-Oxidschicht, darunter eine Sauerstoff(16)-Oxidschicht. Beide Schichten wären glatt voneinander getrennt. Bleiben die Metallatome aber an Ort und Stelle, und die Sauerstoffatome dringen durch die Schutzschicht nach innen, dann wächst die frische Oxidhaut an der Grenzschicht Basismaterial zur Schutzschicht. Wenn dieser Transportmechanismus die Vorgänge steuert, dann liegt "oben" eine Sauerstoff(16)-Schicht und darunter ist eine Sauerstoff(18)-Oxidschicht.

Ist der Transportprozess erst einmal aufgeklärt, können Strategien entwickelt werden, die fortschreitende Oxidation zu verlangsamen. "Wir wollen einige Elemente aus der Gruppe der Seltenen Erden dem Basismetall hinzugeben und dann prüfen, ob sie vielleicht die Metallatome vom Wandern an die Oberfläche abhalten können", erläutert Gernot Strehl. Mit dieser Technik könnte man dann die Oxidation verlangsamen und so die Lebensdauer von Heizdrähten in Toastern und Haartrocknern, um zwei Beispiele aus dem täglichen Leben zu nennen, verlängern.

Weitere Informationen:
Dipl. Phys. Gernot Strehl
Institut für Metallurgie
Robert-Koch-Str. 42
38678 Clausthal-Zellerfeld
Tel.: +49-(0)5323-72-2094
Fax.: +49-(0)5323-72-3184
eMail: gernot.strehl@tu-clausthal.de

Weitere Informationen finden Sie im WWW:

Jochen Brinkmann | idw

Weitere Berichte zu: Metall Metallatom Sauerstoff Schicht Schutzschicht

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Mikroplastik in Meeren: Hochschule Niederrhein forscht an biologisch abbaubarer Sport-Kleidung
18.09.2017 | Hochschule Niederrhein - University of Applied Sciences

nachricht Flexibler Leichtbau für individualisierte Produkte durch 3D-Druck und Faserverbundtechnologie
13.09.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie