Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Was Superlegierungen super macht - Hierarchische Mikrostruktur in einer Superlegierung

14.01.2014
Forscher haben erstmals detailliert beobachtet, wie sich durch Wärmebehandlung eine hierarchische Mikrostruktur in einer Superlegierung entwickelt

In Hochleistungsturbinen müssen Materialien nicht nur gewaltigen mechanischen Kräften standhalten, sondern auch noch bis nahe an den Schmelzpunkt stabil bleiben. Daher verwenden Turbinenbauer seit Jahrzehnten spezielle Hochleistungslegierungen auf Basis von Nickel.


Das Bild zeigt die dreidimensionale Rekonstruktion einer Atomsonden-Messung.

Grafik: HZB


Die Abbildung zeigt eine ca. 100 nm gro©¬e ¥ã¢¥-Ausscheidung (hell), die von der ¥ã-Matrix (dunkel) umgeben ist.

Bild: HZB

Eine neue Arbeit aus dem HZB zeigt nun im Detail, wie sich in einer Nickel-Basis-Legierung neue Phasen bilden und verändern und gibt Hinweise darauf, wie sich Hochleistungslegierungen weiter verbessern lassen könnten.

Doktorand Florian Vogel und Dr. Nelia Wanderka vom HZB-Institut für Angewandte Materialforschung haben dafür zwei Methoden geschickt kombiniert: Die Transmissionselektronenmikroskopie und die Atomsondentomografie, die sie in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität Münster durchgeführt haben.

Insbesondere interessierten sich die beiden Forscher für das Phänomen der Phasenseparation, das schon seit rund 50 Jahren bekannt ist, bislang aber weder genau beobachtet noch verstanden werden konnte. Denn bei gezielter Alterung oder Wärmebehandlung verändert sich die Mikrostruktur von Nickel-Basis-Legierungen, und in der klassischen zweiphasigen Mikrostruktur bilden sich neue Phasen. Wanderka und Vogel konnten nun diesen Prozess erstmals auf atomarer Ebene beobachten.

Dabei simulierten sie durch verschieden lange Wärmebehandlungen den Alterungsprozess der Legierung. Mit Aufnahmen unter dem Transmissionselektronenmikroskop dokumentierten sie, wie sich die Mikrostruktur bei der „Alterung“ der Legierung verändert. Dabei besteht die klassische Mikrostruktur von Nickel-Basis-Legierungen aus einer sogenannten γ-Matrix, in die würfelförmige Ausscheidungen (γ´-Ausscheidungen) eingebettet sind. In diesen Ausscheidungen bilden sich durch die Wärmebehandlung sphärische γ-Partikel, die sich im weiteren Verlauf zu Plättchen zusammenschließen und letztlich die γ´-Ausscheidungen aufspalten. Die thermo-mechanischen Eigenschaften derartiger Legierungen hängen maßgeblich von der Stabilität dieser γ/γ´-Mikrostruktur ab.

Um zu ermitteln, welche atomare Zusammensetzung die einzelnen Phasen besitzen und die Entstehung und Identität der noch unbekannten γ-Partikel zu enthüllen, untersuchten Vogel und Wanderka die gealterten Proben mit der Atomsondentomografie an der Universität Münster: Damit konnten sie den atomaren Aufbau der Proben Schicht für Schicht rekonstruieren und die Zusammensetzung aller Phasen bestimmen, sodass sie die chemische Evolution der γ-Partikel aufklären konnten.

„Bisher ging man davon aus, dass die Aufspaltung der γ´-Ausscheidungen unter Temperatureinfluss die Mikrostruktur verfeinert, was für die Belastbarkeit der Legierung von Vorteil wäre. Wir konnten nun zeigen, dass das nicht richtig ist: Zwar verändert sich die Mikrostruktur deutlich, jedoch wird sie durch die Aufspaltung nicht verfeinert. Tatsächlich können wir die besten mechanischen Eigenschaften mit der Anwesenheit sphärischer oder plättchenförmiger γ-Partikel verknüpfen und nicht mit den späteren Stadien, wenn die Aufspaltung der γ´-Ausscheidungen stattgefunden hat“, erklärt Florian Vogel. Und Nelia Wanderka fügt hinzu: „Wenn wir die Stabilität der Mikrostruktur und damit die thermo-mechanischen Eigenschaften der Legierung verbessern wollen, müssen wir also durch geeignetes Legierungsdesign und Wärmebehandlungen dafür sorgen, dass die γ´-Ausscheidungen nicht von den γ-Partikeln aufgespalten werden, sondern sie darin erhalten bleiben. Die Atomsondentomografie hilft uns dabei, zu verstehen, welche Rolle die Legierungselemente bei Bildung und Wachstum der γ-Partikel spielen. Daraus können wir lernen, wie sich diese Prozesse beeinflussen lassen.“

Die Arbeit ist am 20.12.2013 in den renommierten Nature Communications veröffentlicht worden (s. Link).

Weitere Informationen:

Dr. Nelia Wanderka
Institut für Angewandte Materialforschung
Tel.: +49 (0)30-8062-42079
wanderka@helmholtz-berlin.de
Florian Vogel
Institut für Angewandte Materialforschung
Tel.: +49 (0)30-8062-43217
florian.vogel@helmholtz-berlin.de
Pressestelle
Dr. Antonia Rötger
Tel.: +49 (0)30-8062-43733
Fax: +49 (0)30-8062-42998
antonia.roetger@helmholtz-berlin.de

Dr. Ina Helms | Helmholtz-Zentrum
Weitere Informationen:
http://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=13905
http://www.nature.com/ncomms/2013/131220/ncomms3955/full/ncomms3955.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Kampf dem Plastik mit Verpackungen aus Seetang
15.12.2017 | Australisch-Neuseeländischer Hochschulverbund / Institut Ranke-Heinemann

nachricht Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung
14.12.2017 | Universität Bayreuth

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik