Influence of composition and microstructure on the electrical resistivity of binary magnesium alloys

dc.contributor.advisorMüller, Sören
dc.contributor.advisorHort, Norbert
dc.contributor.authorZhang, Xiao
dc.contributor.grantorTechnische Universität Berlinen
dc.contributor.refereeMüller, Sören
dc.contributor.refereeHort, Norbert
dc.date.accepted2021-07-21
dc.date.accessioned2021-09-16T11:29:38Z
dc.date.available2021-09-16T11:29:38Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractElectrical resistivity is one characteristic and important physical property of a metal, and it is sensitive to the composition and microstructure. The relationship between resistivity and composition and microstructure makes resistivity a useful tool in materials research, such as non-destructive evaluation and monitoring precipitation kinetics. However, this needs a good understanding of how composition and microstructure influence resistivity, which is currently lack in Mg alloys. Therefore, a systematic investigation of the resistivity of Mg alloys is necessary. Mg-Al, Mg-Gd, Mg-Sn and Mg-Zn series alloys with different solute content are prepared for the current investigation. The resistivity of these alloys in the as-cast, solution treated, and aged status are measured at different temperatures to study the influence of temperature, composition and microstructure on the resistivity. In situ measurements are also conducted to study the resistivity changes during isothermal ageing of Mg alloys. The results show that Mg alloys have a positive temperature coefficient of resistivity (TCR). The TCR varies from different solute content, which demonstrate the deviation from Matthiessen’s rule in Mg alloys. When the alloys are solution treated, the following equation can describe the relationship between resistivity and solute contents: ρ(T)=ρMg(T)+δ(T)×c ρ(T) is the resistivity of the alloy under a certain temperature, ρMg(T) is the resistivity of pure Mg, δ(T) is the coefficient, and c is the concentration of the solute. δ(T) depends on both the temperature and the type of solute. The reason for the increment is the lattice distortion caused by the solute elements. When the alloys are aged, a phenomenological formula can describe the relationship between the resistivity and the volume fraction of precipitates: 𝜌𝑒𝑓𝑓=𝜌𝛼*(1+1/2𝑉𝛽)/(1−𝑉𝛽) 𝜌𝑒𝑓𝑓 is the effective resistivity, 𝑉𝛽 is the volume fraction of the precipitates, 𝜌𝛼 is the resistivity of the 𝛼-Mg matrix. With the help of this formula, resistivity can be used to quantify the precipitation kinetics of binary magnesium alloys.en
dc.description.abstractDer spezifische elektrische Widerstand ist eine charakteristische und wichtige physikalische Eigenschaft eines Metalls und er ist empfindlich gegenüber Zusammensetzung und Mikrostruktur. Die Beziehung zwischen spezifischem Widerstand, Zusammensetzung und Mikrostruktur macht den spezifischen Widerstand zu einem nützlichen Werkzeug in der Materialforschung, wie z. B. der zerstörungsfreien Bewertung und Überwachung der Ausscheidungskinetik. Dies erfordert jedoch ein gutes Verständnis dafür, wie Zusammensetzung und Mikrostruktur den spezifischen Widerstand beeinflussen. Dies fehlt zurzeit jedoch bei Mg-Legierungen. Daher ist eine systematische Untersuchung des spezifischen Widerstands von Mg-Legierungen erforderlich. Für die aktuelle Untersuchung werden Legierungen der Mg-Al-, Mg-Gd-, Mg-Sn- und Mg-Zn-Reihe mit unterschiedlichen Gehalten an Legierungselementen verwendet. Der spezifische Widerstand dieser Legierungen im gegossenen, lösungsbehandelten und gealterten Zustand wird bei verschiedenen Temperaturen gemessen, um den Einfluß von Temperatur, Zusammensetzung und Mikrostruktur auf den spezifischen Widerstand zu untersuchen. In situ-Messungen werden auch durchgeführt, um die spezifischen Widerstandsänderungen während der isothermen Alterung von Mg-Legierungen zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigen, dass Mg-Legierungen einen positiven Temperaturkoeffizienten des spezifischen Widerstands (TCR) aufweisen. Der TCR variiert mit verschiedenen Gehalten an gelösten Legierungselement, was die Abweichung von der Matthiessen-Regel in Mg-Legierungen zeigt. Wenn die Legierungen lösungsbehandelt werden, kann die folgende Gleichung die Beziehung zwischen dem spezifischen Widerstand und dem Gehalt an gelösten Stoffen beschreiben: ρ(T)=ρMg(T)+δ(T)×c ρ(T) ist der spezifische Widerstand der Legierung bei einer bestimmten Temperatur, ρMg(T) ist der spezifische Widerstand von reinem Mg, δ(T) ist der Koeffizient und c ist die Konzentration des gelösten Stoffes. δ(T) hängt sowohl von der Temperatur als auch von der Art des gelösten Stoffes ab. Der Grund für die Zunahme ist die durch die gelösten Elemente verursachte Gitterverzerrung. Wenn die Legierungen gealtert werden, kann eine phänomenologische Formel die Beziehung zwischen dem spezifischen Widerstand und dem Volumenanteil der Ausscheidungen beschreiben: 𝜌𝑒𝑓𝑓=𝜌𝛼*(1+1/2𝑉𝛽)/(1−𝑉𝛽) 𝜌𝑒𝑓𝑓 ist der effektive spezifische Widerstand, 𝑉𝛽 ist der Volumenanteil der Ausscheidungen, 𝜌𝛼 ist der spezifische Widerstand der 𝛼-Mg-Matrix. Mit Hilfe dieser Formel kann der spezifische Widerstand verwendet werden, um die Ausscheidungskinetik binärer Magnesiumlegierungen zu quantifizieren.de
dc.identifier.urihttps://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/13527
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.14279/depositonce-12310
dc.language.isoenen
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/en
dc.subject.ddc673 Nichteisenmetallede
dc.subject.otherelectrical resistivityen
dc.subject.otherbinary magnesium alloysen
dc.subject.otherisothermal ageingen
dc.subject.otherphenomenological formulaen
dc.subject.otherprecipitation kineticsen
dc.subject.otherspezifischer elektrischer Widerstandde
dc.subject.otherbinäre Magnesiumlegierungende
dc.subject.otherisotherme Alterungde
dc.subject.otherphänomenologische Formelde
dc.subject.otherAusscheidungskinetikde
dc.titleInfluence of composition and microstructure on the electrical resistivity of binary magnesium alloysen
dc.title.translatedEinfluss von Zusammensetzung und Gefüge auf den spezifischen elektrischen Widerstand binärer Magnesiumlegierungende
dc.typeDoctoral Thesisen
dc.type.versionacceptedVersionen
tub.accessrights.dnbfreeen
tub.affiliationFak. 3 Prozesswissenschaften>Inst. Werkstoffwissenschaften und -technologiende
tub.affiliation.facultyFak. 3 Prozesswissenschaftende
tub.affiliation.instituteInst. Werkstoffwissenschaften und -technologiende
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