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 Forscherin entwickelt elektronische Textilstruktur für Medizinprodukte
17.02.2017 | Hochschule Niederrhein - University of Applied Sciences

nachricht Untergrund beeinflusst Halbleiter-Monolagen
16.02.2017 | Philipps-Universität Marburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Im Focus: Sensoren mit Adlerblick

Stuttgarter Forscher stellen extrem leistungsfähiges Linsensystem her

Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut – Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Die Welt der keramischen Werkstoffe - 4. März 2017

20.02.2017 | Veranstaltungen

Schwerstverletzungen verstehen und heilen

20.02.2017 | Veranstaltungen

ANIM in Wien mit 1.330 Teilnehmern gestartet

17.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Innovative Antikörper für die Tumortherapie

20.02.2017 | Medizin Gesundheit

Multikristalline Siliciumsolarzelle mit 21,9 % Wirkungsgrad – Weltrekord zurück am Fraunhofer ISE

20.02.2017 | Energie und Elektrotechnik

Wie Viren ihren Lebenszyklus mit begrenzten Mitteln effektiv sicherstellen

20.02.2017 | Biowissenschaften Chemie