Analyse der Kinetik der Ausscheidungsprozesse in Fe-Si-Cu auf atomarem Niveau mittels Atomsondentomographie

使用原子探针断层扫描在原子水平上分析 Fe-Si-Cu 中沉淀过程的动力学

• 批准号: 184178069
• 负责人: Professor Dr.-Ing. Pyuck-Pa Choi, since 3/2011
• 金额: --
• 依托单位: Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH (MPIE)
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2009-12-31 至 2011-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/184178069?language=en
• 关键词: Analyse; der; Kinetik; Ausscheidungsprozesse; Fe

Die Weiterentwicklung und Optimierung der Elektrostähle besitzt einen besonderen Stellenwert in der modernen Erzeugung, Übertragung und Umwandlung der elektrischen Energie. Insbesondere der Beitrag dieses Werkstoffs zu einem effizienten Einsatz der Elektromotoren in den modernen Kraftfahrzeugen steht im Fokus.Weichmagnetische Eigenschaften des Elektrostahls sind von großer Bedeutung für die zyklischen Ummagnetisierungsprozesse im Elektromotor. In konventionellen weich-magnetischen Stählen wird durch Zugabe von 3 wt. % Si eine großkörnige störungsfreie ferritische Mikrostruktur eingestellt, die eine ungehinderte Bewegung der Bloch-Wände erlaubt und so die weichmagnetischen Eigenschaften dieser Silizium-basierten Elektrostähle bestimmt. Allerdings, entsprechen die mechanischen Eigenschaften der konventionellen Elektrostähle nicht den Anforderungen zum Einsatz in hochbelasteten beweglichen Teilen eines modernen Elektromotors. In diesem Projekt, beschäftigen wir uns mit den Nanopartikeln zweiter Phase, die zur Festigkeitssteigerung der Elektrostähle durch Ausscheidungshärtung erzeugt werden. Durch die niedrige Löslichkeit von Kupfer in Eisen führt eine geringe Zugabe von diesem Element zur Bildung von nano-skalierten Ausscheidungen im Silizium-basierten Elektrostahl. Diese homogen verteilten Nanopartikel üben nahezu keinen Einfluss auf die Bewegung der Bloch-Wände im Elektrostahl aus und führen jedoch gleichzeitig zu einer signifikanten Steigerung der mechanischen Festigkeit.In Rahmen unseres Projektes, werden fein verteilte Cu-Nanopartikel in einer Fe-3%Si Matrix durch thermisches Anlassen erzeugt (Cu 1-3 wt. %). Untersuchungen der Bildungskinetik, der thermodynamischen Wachstumsprozesse, der Morphologie und der Zusammensetzung der Ausscheidungen auf atomarem Niveau sind von entscheidender Bedeutung für das Verständnis der treibenden Kräfte und Mechanismen der homogenen Ausscheidung der Cu-Nanopartikel. Eine drei-dimensionale chemische und morphologische Analyse auf atomarer Skala wird mittels Atomsondentomographie (APT, LEAP 3000X HR) zusammen mit korrelativer Charakterisierung im hochauflösenden Transmissionselektronenmikroskop durchgeführt. Diese Analyse liefert detaillierte Informationen auf atomarem Niveau, die mit keinen anderen Methoden zugänglich sind. So können die Prozesse der Nukleation und des Wachstums der Ausscheidungen und der Evolution der chemischen Gradienten zwischen den Partikeln und der Matrix quantitativ charakterisiert werden. Die Ausscheidungskinetik im ternären Fe-Si-Cu System wird zusätzlich mittels kinetischer Monte-Carlo Simulationen (KMC) untersucht. Die Kombination aus dem experimentellen APT-Verfahren und den atomistischen KMC-Simulationen liefert neuartige Einblicke in die fundamentalen Mechanismen und Charakteristiken der Nanoausscheidungsprozesse auf atomarer Skala. Resultierende mechanische und magnetische Eigenschaften werden durch Dehnungsversuche und Messungen der magnetischen Hysterese geprüft.

Die Weiterentwicklung und Optimierung der Elektrostähle besitzt einen besonderen Stellenwert in der modernen Erzeugung，Übertragung und Umwandlung der elektrischen Energie. Beitrag的这两个工作部件在Fokus的现代化Kraftfahrzeugen中有一个效率很高的电动机。电动机的Weichmagnetische Eigenschaften von großer Bedeutung für die zyklischen Umagnetisierungsprozesse im Elektromotor。在传统的weich-magnetischen Stählen wird durch Zugabe von 3 wt. % Si eine großkörnige störungsfreie ferritische Mikrostruktur eingestellt，die eine ungehinderte Bewegung der Bloch-Wände erlaubt und so die weichmagnetischen Eigenschaften dieser Silizium-basierten Elektrostähle bestimmt.总之，传统电动机的固有机械特性并不意味着现代电动机的最高性能。在这个项目中，我们将使用纳米粒子的两个阶段，通过韦尔登来完成对电气系统的测试。Kupfer的下一个Löslichkeit是在硅基电晶体中的纳米硅化物Ausscheidungen的培养元素中产生的一个Zugabe。这种均匀的纳米颗粒并不影响合金在电弧炉中的烧结行为，也不影响合金烧结机理的显著性。在我们的研究项目中，韦尔登通过热处理将Cu纳米颗粒分散在Fe-3%Si基体中（Cu 1-3 wt. %).通过对Niveau原子核内的生长、发育过程、形态学和结构的研究，探讨了Cu-Nanopartikel纳米粒子的同质性对纳米粒子的生长和结构的影响。本文采用原子声成像（APT，LEAP 3000 X HR）技术，对一个原子层进行三维化学和形态学分析，并在高通量透射电子显微镜下进行相关特性研究。这一分析将详细地介绍原子能机构的情况，但没有采用任何方法。因此，我们可以了解成核过程、核反应的动力学过程以及化学反应的演化过程，这些过程都具有粒子和矩阵的定量特征韦尔登。采用蒙特-卡罗动力学模拟方法（KMC）对Fe-Si-Cu三元系的热力学行为进行了研究。在原子核上进行纳米级推进的基本机理和特性方面，APT-推进实验与KMC-模拟的结合具有明显的优势。通过对磁磁滞回线的测试和测量，可以得到磁特性和磁机理的韦尔登。