Interfacial reaction and diffusion kinetics in solid-liquid couples of the Al – Cu – Zn system: experiments and multiscale simulations
Al-Cu-Zn 体系固液对中的界面反应和扩散动力学:实验和多尺度模拟
基本信息
- 批准号:509842464
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Research Grants
- 财政年份:
- 资助国家:德国
- 起止时间:
- 项目状态:未结题
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- 关键词:
项目摘要
The ability of combining materials with different mechanical, chemical and physical properties in a single component gives rise to the development of hybrid components with improved properties that meet technological and industrial advances. The compound casting process is highlighted here, as it is an efficient method to produce semi-finished hybrids. During the process, the high temperatures promote diffusion and reaction of the starting products at the contact interface and brittle intermetallic layers form. From a technological point of view, engineers seek to understand how the development of intermetallic phases affects the performance of their final component while metallurgists and material scientists contribute the essential information on alloy chemistry responsible for the final bond quality of the hybrid parts. Understanding and controlling the formation and growth of these intermetallic phases is, therefore, the key factor in optimizing the bond strength of newly developed hybrid components. In this matter, being able to reliably predict the final intermetallic layer thickness and to avoid a series of trial-and-error experiments is fundamental. At the moment, for compound casting of aluminium alloys and brass, the numerical prediction of the intermetallic layer thicknesses was hindered due the complex diffusion behavior of the main elements Al, Cu and Zn. The aim of the present project is the development of a sequential multiscale approach, where molecular dynamics (MD) simulation is expected to provide the diffusivity data that are needed to be included into the macro-model equations that describe the solid-liquid diffusion process during compound casting. That multiscale approach will allow the prediction of intermetallic layers thicknesses in the multicomponent-multiphase complex Al-Cu-Zn system. To achieve our goal, fundamental diffusion experiments are essential to validate the MD simulation results. Laboratory scale size solid-liquid diffusion experiments will be performed in order to investigate the interface formation mechanism and to validate the results for the intermetallic layers thickness.
将具有不同机械、化学和物理特性的材料组合在单个部件中的能力,导致了具有满足技术和工业进步的改进特性的混合部件的开发。复合铸造工艺在这里被强调,因为它是生产半成品混合动力车的有效方法。在此过程中,高温促进了初始产物在接触界面处的扩散和反应,并形成脆性金属间化合物层。从技术的角度来看,工程师试图了解金属间相的发展如何影响其最终部件的性能,而材料学家和材料科学家则提供有关合金化学的基本信息,负责混合部件的最终粘合质量。因此,了解和控制这些金属间相的形成和生长是优化新开发的混合部件的结合强度的关键因素。在这方面,能够可靠地预测最终的金属间化合物层厚度并避免一系列试错实验是至关重要的。目前,对于铝合金和黄铜的复合铸造,由于主要元素Al、Cu和Zn的扩散行为复杂,阻碍了金属间化合物层厚度的数值预测。本项目的目的是开发一个连续的多尺度方法,其中分子动力学(MD)模拟预计将提供扩散率数据,需要包括到宏观模型方程,描述在复合铸造过程中的固-液扩散过程。该多尺度方法将允许预测多组分多相复杂Al-Cu-Zn系统中的金属间化合物层厚度。为了实现我们的目标,基本的扩散实验是必不可少的,以验证MD模拟结果。实验室规模的固-液扩散实验将进行,以研究界面形成机制,并验证金属间化合物层厚度的结果。
项目成果
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