Segregation and precipitation at interfaces in a model Al-Zn-Mg-Cu alloy

Zhao, Huan; Raabe, Dierk; Zander, Brita Daniela

doi:38877

Segregation and precipitation at interfaces in a model Al-Zn-Mg-Cu alloy

Zhao, Huan^RWTH*

2019 & 2020

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Master Huan Zhao

ImpressumAachen 2019

Umfang1 Online-Ressource (ix, 99 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2019

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2020

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Raabe, Dierk (Thesis advisor)^RWTH* ; Zander, Brita Daniela (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2019-10-14

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2019-09622
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/770602/files/770602.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Al-Zn-Mg-Cu (frei) ; interface (frei) ; precipitation (frei) ; segregation (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
In dieser Arbeit wird die Seigerung und Ausscheidung in einer Al-Zn-Mg-Cu Legierung untersucht mittels Atomsondentomographie, Rasterelektronenmikroskopie und/oder atomistischen Simulationen. Speziell werden die Auswirkungen von Seigerungen auf das Ausscheidungsverhalten an zwei verschiedenen inneren Grenzflächen analysiert: Korngrenzen und Phasengrenzen. Der erste Teil ist der Hauptteil und widmet sich der Korngrenzenseigerung und deren Einfluss auf die Ausscheidungen an Korngrenzen. Es wurde beobachtet, dass bereits im abgeschreckten Zustand Legierungselemente zu den Korngrenzen segregieren, entsprechen dem Gibbs Adsorption Isotherm (Gleichgewichtssegregation). Die Seigerung führt zu örtlich höheren Konzentrationen von Legierungselementen und Fluktuationen entlang der Korngrenzen und dadurch zu früherer Bildung, Wachstum und Umwandlung von Guinier-Preston (GP) Zonen verglichen mit dem Korninneren. Die Analyse der ~10 nm breiten ausscheidungsfreien Zonen entlang der an Legierungselementen angereicherten Korngrenzen zeigt, dass diese verarmten Zonen bestimmt werden durch (i) Grenzflächen-Gleichgewichtsseigerung; (ii) Bildung, Wachstum und Vergröberung der Korngrenzenausscheidungen und (iii) der Reichweite der Diffusion der gelösten Atome in der Matrix. Zusätzlich wurde eine sorgfältige Untersuchung der Seigerung durchgeführt an unterschiedlichen Typen von Korngrenzen, d.h. für Ʃ5, Ʃ11, und Ʃ13a Koinzidenzkorngrenzen (CSL). Hier wird gezeigt, dass eine Facettierung an bestimmten Korngrenzen auftritt und die Facetten eine starke Wechselwirkung mit der lokalen Zusammensetzung haben. Diese Wechselwirkung ist unterschiedlich für verschiedene Typen von Facetten und führt zur Bildung von periodischen Segregationsmustern oder einer asymmetrischen Ausscheidung. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von Al3Zr Teilchen und ihrer Wechselwirkung mit Ausscheidungen und den Legierungselementen. Die Ergebnisse zeigen, dass Zn sich in L12-Dispersoide mit (Al,Zn)3Zr Typ anreichert. Diese Zn haltigen Al3Zr Dispersoide beschleunigen bei der Ausscheidungshärtung die Bildung von Kompositteilchen im Korn und an Korngrenzen, bei denen die Dispersoide von η' Ausscheidungen umhüllt werden. Die Zusammensetzung und Struktur der ursprünglichen Dispersoide, ihre Rolle bei der Bildung der Kompositteilchen und die Korngrenzensegregation werden diskutiert.

This thesis focuses on segregation and precipitation studies in a model Al-Zn-Mg-Cu alloy by atom probe tomography, scanning transmission electron microscopy and/or atomistic simulations. More specifically, this work aims at studying the effects of segregation on precipitation behavior at two different internal interfaces: grain boundaries and phase boundaries. The first and main part is dedicated to segregation and its influence on precipitation at grain boundaries. It is observed that in the as-quenched state, solutes have already segregated to grain boundaries driven by the Gibbs adsorption isotherm. Solute segregation leads to locally higher concentrations and corresponding fluctuations along grain boundaries and thus the earlier formation, growth, and transformation of Guinier-Preston (GP) zones compared to grain interiors. Analysis of the ~10 nm wide precipitate-free zones (PFZs) adjacent to the solute-enriched grain boundaries shows that the depletion zones are determined by (i) interface equilibrium segregation; (ii) formation, growth and coarsening of the grain boundary precipitates and (iii) the diffusion range of solutes in the matrix. Furthermore, a more careful investigation of the segregation at different types of grain boundaries was carried out, i.e., for the case of Ʃ5, Ʃ11, and Ʃ13a coincident-site lattice (CSL) grain boundaries. It is shown that faceting occurs at the selected boundaries, and these facets strongly interact with the local chemistry. This faceting-chemistry interplay acts differently for different types of facets and leads to the formation of periodic segregation patterns or the asymmetric precipitation.

OpenAccess:
PDF
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