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 Fachhochschule Südwestfalen entwickelt innovative Zinklamellenbeschichtung
13.07.2018 | Fachhochschule Südwestfalen

nachricht 3D-Druck: Stützstrukturen verhindern Schwingungen bei der Nachbearbeitung dünnwandiger Bauteile
12.07.2018 | 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: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Im Focus: First evidence on the source of extragalactic particles

For the first time ever, scientists have determined the cosmic origin of highest-energy neutrinos. A research group led by IceCube scientist Elisa Resconi, spokesperson of the Collaborative Research Center SFB1258 at the Technical University of Munich (TUM), provides an important piece of evidence that the particles detected by the IceCube neutrino telescope at the South Pole originate from a galaxy four billion light-years away from Earth.

To rule out other origins with certainty, the team led by neutrino physicist Elisa Resconi from the Technical University of Munich and multi-wavelength...

Im Focus: Magnetische Wirbel: Erstmals zwei magnetische Skyrmionenphasen in einem Material entdeckt

Erstmals entdeckte ein Forscherteam in einem Material zwei unabhängige Phasen mit magnetischen Wirbeln, sogenannten Skyrmionen. Die Physiker der Technischen Universitäten München und Dresden sowie von der Universität zu Köln können damit die Eigenschaften dieser für Grundlagenforschung und Anwendungen gleichermaßen interessanten Magnetstrukturen noch eingehender erforschen.

Strudel kennt jeder aus der Badewanne: Wenn das Wasser abgelassen wird, bilden sie sich kreisförmig um den Abfluss. Solche Wirbel sind im Allgemeinen sehr...

Im Focus: Neue Steuerung der Zellteilung entdeckt

Wenn eine Zelle sich teilt, werden sämtliche ihrer Bestandteile gleichmässig auf die Tochterzellen verteilt. UZH-Forschende haben nun ein Enzym identifiziert, das sicherstellt, dass auch Zellbestandteile ohne Membran korrekt aufgeteilt werden. Ihre Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für die Behandlung von Krebs, neurodegenerative Krankheiten, Alterungsprozessen und Virusinfektionen.

Man kennt es aus der Küche: Werden Aceto balsamico und Olivenöl miteinander vermischt, trennen sich die beiden Flüssigkeiten. Runde Essigtropfen formen sich,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

Conference on Laser Polishing – LaP: Feintuning für Oberflächen

12.07.2018 | Veranstaltungen

Materialien für eine Nachhaltige Wasserwirtschaft – MachWas-Konferenz in Frankfurt am Main

11.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vertikales Begrünungssystem Biolit Vertical Green<sup>®</sup> auf Landesgartenschau Würzburg

16.07.2018 | Architektur Bauwesen

Feinstaub macht Bäume anfälliger gegen Trockenheit

16.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Krebszellen Winterschlaf halten

16.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics