Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4207
Main Title: Clustering kinetics in Al-Mg-Si alloys investigated by positron annihilation techniques
Translated Title: Untersuchung der Kinetik der Clusterbildung in Al-Mg-Si Legierungen mittels Positronen-Annihilations-Spektroskopie
Author(s): Liu, Meng
Advisor(s): Banhart, John
Referee(s): Banhart, John
Krause-Rehberg, Reinhard
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Die Clusterbildungsprozesse in abgeschrecktem reinem Al, Al-Mg und Al-Si, sowie in reinen oder Cu/Ge-haltigen Al-Mg-Si-Legierungen wurden während der Kaltauslagerung mittels Positronen-Lebensdauer-Spektroskopie, Dopplerverbreiterungs-Spektroskopie sowie Thermoanalyse (DSC) untersucht. In reinem Al, Al-Mg- und Al-Si-Legierungen werden Positronen entweder in der Matrix oder in einzelnen-Leerestellen (Al) bzw. in Aggregaten aus Leerstellen und gelösten Atomen (Al-Mg- und Al-Si-Legierungen) vernichtet. Während der Kaltauslagerung werden Leerstellencluster in verschiedenen Größen und Dichten gebildet. Der Prozess ist abhängig von der Sprungfrequenz der Leerstelle, die an entweder Mg oder an Si Atome gebunden ist. Direkt oder kurz nach dem Abschrecken konnten zwei konkurrierende Positronenfallen in reinen Al-Mg-Si-Legierungen identifiziert werden. Die erste Falle enthält Leerstellen ist tief (~1 bis 2 eV) und fängt die meisten Positronen irreversibel ein. Die zweite Falle wird von leerstellenfreien Atomclustern gebildet und ist flach (0,031 eV). Aus dieser können Positronen wieder entweichen. Während der ersten 80 min der Kaltauslagerung fangen Cluster aus gelösten Atomen aufgrund der Zunahme Ihrer Größe und Dichte zunehmend Positronen ein, und der Beitrag der Leerstellen nimmt kontinuierlich ab. Die Bildung und das Wachstum von Clustern aus gelösten Atomen ist in Al-0,6%Mg-0,8%Si wesentlich schneller als in Al-0,4%Mg-0,4%Si Legierungen, wahrscheinlich aufgrund der höheren Konzentration von gelösten Atomen. Bei fortschreitender Kaltauslagerung wird das weitere Wachstum der zuvor gebildeten Si-reichen Cluster durch Mg dominiert. Nach 1 Woche Kaltauslagerung werden die meisten Positronen vor allem von Clustern eingefangen, die ein Mg/Si-Verhältnis nahe 1 aufweisen. In Al-Mg-Si-Legierungen mit Cu verlangsamt Cu zunächst die Bildung von Clustern aus gelösten Atomen, fördert aber das anschließende Wachstum. In Al-Mg-Si-Legierungen mit Ge, wird die Kinetik der Raumtemperaturalterung durch Ge mehr verzögert als durch Si. All diese Effekte werden durch die Wechselwirkung zwischen Leerstellen und gelösten Atomen oder Clustern erklärt.
The clustering kinetics in quenched pure Al, Al-Mg and Al-Si, as well as in pure or Cu/Ge-containing Al-Mg-Si alloys during natural ageing have been studied by applying positron annihilation lifetime spectroscopy, Doppler broadening spectroscopy and differential scanning calorimetry. In Al, Al-Mg and Al-Si alloys, positrons annihilate either in the bulk material, or in vacancy-type defects such as mono-vacancies (Al) and vacancy-solute complexes (Al-Mg and Al-Si alloys). Upon natural ageing, vacancy clusters of various sizes and number densities are formed. Such process depends on the jump frequency of the vacancy attached either to Mg or to Si atoms. Directly or shortly after quenching, two competing positron trapping sites could be identified in pure Al-Mg-Si alloys. The first trap related to vacancy-type defects is deep (~1 to 2 eV), i.e. traps most of the positrons irreversibly. The second trap associated with vacancy-free solute clusters is shallow (0.031 eV) and positrons can escape. During the first 80 min of natural ageing, solute clusters increasingly trap positrons due to their increase in size and number density and the contribution from vacancy-type defects continuously decreases. The formation and growth of solute clusters is much more efficient in Al-0.6%Mg-0.8%Si than in Al-0.4%Mg-0.4%Si alloys, probably due to a higher concentration of solute atoms. As ageing proceeds, the further growth of the previously formed Si-rich solute clusters is increasingly dominated by Mg. After 1 week of natural ageing, most positrons are trapped by solute clusters that have a Mg/Si ratio close to 1. In Cu-containing Al-Mg-Si alloys, Cu first slows down the formation of solute clusters but later promotes their subsequent growth. In Ge-containing Al-Mg-Si alloys, the natural ageing kinetics are notably retarded by Ge compared to Si. All these effects are explained by the interactions between vacancies and solute atoms or clusters.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-57358
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4504
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4207
Exam Date: 2-Jul-2014
Issue Date: 7-Oct-2014
Date Available: 7-Oct-2014
DDC Class: 530 Physik
Subject(s): Al-Mg-Si-Legierungen
Kaltauslagerung
Leerstelle
Cluster aus gelösten Atomen
Positronen-Annihilations-Spektroskopie
Al-Mg-Si alloys
natural ageing
vacancy
solute cluster
positron annihilation spectroscopy
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