Die Aushärtung von Metallen wurde bereits Anfang des 20. Jahrhunderts entdeckte. 110 Jahre später konnte Dr. Phillip Dumitraschkewitz nun in seiner Doktorarbeit bei Assoz.-Prof. Dr. Stefan Pogatscher vom Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie erstmals zeigen, dass dieser Effekt von den Materialdimensionen abhängt. Gemeinsam mit Kollegen der ETH Zürich haben die Forscher ihr Ergebnis in der renommierten Zeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.

Dr. Phillip Dumitraschkewitz (l.) und Assoz.-Prof. Dr. Stefan Pogatscher

Nach dem schnellen Abschrecken spezieller Legierungen ordnen sich gelöste Atome über kleinste Bewegungen zu nanometergroßen Clustern an. Diese verändern die Materialeigenschaften von beispielweise Aluminium oder Magnesium erheblich. Heutzutage wird der Effekt bei einer Vielzahl von festen Metalllegierungen in Automobilen, der Luft- und Raumfahrt oder Elektronikgeräten genutzt.

Die Forscher der Montanuniversität konnten mittels einer neuen Messmethode, der Kryo-Atomsonden-Tomographie, die Aushärtung einer Aluminiumlegierung auf atomarer Ebene untersuchen und dabei zeigen, dass die Clusterbildung größenabhängig ist. Besonders wichtig ist die allgemeine, auf jeden Metalltyp zutreffende Erkenntnis, dass der bestimmende Diffusionsprozess stoppt, wenn die Probengröße vom Mikrometer- in den Nanometerbereich übergeht. Das bedeutet, dass die Aushärtung im Nanometerbereich nicht mehr stattfindet.

Neben der unmittelbar erkennbaren Bedeutung für immer kleiner werdende Bauteile oder Strukturen im Inneren von modernen Legierungen ist der neu entdeckte Effekt auch bei der heute oft angewandten hochauflösenden Mikroskopie bedeutsam. In diesem Bereich sind geringe Probendimensionen an der Tagesordnung, wobei der gefundene Größeneffekt bislang jedoch unberücksichtigt blieb. „Wir hoffen nun, die in den letzten zwei Jahrzehnten häufig beobachteten Inkonsistenzen in der Forschung zur frühen Clusterbildung bei aushärtbaren Legierungen deutlich verringern zu können“, erläutern Dumitraschkewitz und Pogatscher.

Detailinfos zur Publikation:

P. Dumitraschkewitz, P.J. Uggowitzer, S.S.A. Gerstl, J.F. Löffler, S. Pogatscher. (2019): Size-dependent diffusion controls natural aging in aluminium alloys. Nature Communications

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12762-w

Weitere Informationen:

Assoz.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.mont. Stefan Pogatscher
Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie der Montanuniversität Leoben
Tel.: +43 3842 402-5228
E-Mail: stefan.pogatscher(at)unileoben.ac.at