Die Forschung ebnet den Weg für stärkere Legierungen

Wissenschaftler der University of Birmingham haben beschrieben, wie mikroskopisch kleine Kristalle in geschmolzenen Metallen wachsen und beim Abkühlen ihre Form ändern, in einer Forschung, die neue Wege in der Legierungsforschung beschreitet und den Weg für die Verbesserung der Zugfestigkeit von Legierungen ebnet, die beim Gießen und Schweißen verwendet werden.

Ihre Forschung, veröffentlicht heute in Acta Materialia, verwendeten Hochgeschwindigkeits-Synchrotron-Röntgentomographie, um die sich ändernden Kristallstrukturen in geschmolzenen Legierungen beim Abkühlen zu „fotografieren“.

Die Studie zeigt, dass beim Abkühlen einer Aluminium-Kupfer-Legierung der Erstarrungsprozess mit der Bildung facettierter Dendriten beginnt, die durch schichtweises Stapeln von nur Mikrometer großen Grundeinheiten gebildet werden. Diese Einheiten sind zunächst L-förmig und stapeln sich wie Bauklötze übereinander, aber wenn sie abkühlen, ändern sie ihre Form und verwandeln sich in eine U-Form und schließlich in einen ausgehöhlten Würfel, während einige von ihnen zu schönen Dendriten gestapelt werden.

Die Studie wurde von Dr. Biao Cai von der School of Metallurgy and Materials der University of Birmingham geleitet, dessen Forschung bereits gezeigt hat, wie Magnetfelder das Kristallwachstum beeinflussen.

Dr. Cai kommentierte: „Die Ergebnisse dieser neuen Studie geben einen echten Einblick in das, was auf Mikroebene passiert, wenn eine Legierung abkühlt, und zeigen die Form der Grundbausteine ​​von Kristallen in geschmolzenen Legierungen. Die Kristallform bestimmt die Festigkeit der endgültige Legierung, und wenn wir Legierungen mit feineren Kristallen herstellen können, können wir stärkere Legierungen herstellen.“

Er fügte hinzu: „Die Ergebnisse stehen in direktem Gegensatz zur klassischen Sichtweise der Dendritenbildung in Kühllegierungen und öffnen die Tür zur Entwicklung neuer Ansätze, mit denen die Bildung intermetallischer Kristalle vorhergesagt und kontrolliert werden kann.“

Die frühere Forschung von Dr. Cai hat zu einer neuartigen Technologie zur Verbesserung der Qualität von recyceltem Aluminium geführt, indem Eisen in einem einfachen, kostengünstigen Verfahren, das Magnete und einen Temperaturgradienten verwendet, aus der geschmolzenen Legierung entfernt wird.

Die Technologie ist Gegenstand einer von der University of Birmingham Enterprise eingereichten Patentanmeldung. Es hat auch Mittel vom Midlands Innovation Commercialization of Research Accelerator und dem EPSRC-Impact Acceleration Account erhalten, die es Biao ermöglicht haben, einen groß angelegten Prototyp zu bauen, der bis zu 1000 ° C läuft und einen 1-Tesla-Magneten verwendet.

Der Prototyp wird derzeit mit Barren getestet, die von der Tandom Metallurgical Group bereitgestellt werden, die von ihrer Basis in Congleton, Cheshire, aus ein internationales Handelsunternehmen betreibt, wo sie Aluminiumlegierungen, Vorlegierungen herstellen und Aluminiumprodukte, Schrott und Krätze recyceln.

Dr. Cai erwartet, die Ergebnisse der Tests zu veröffentlichen und den Demonstrator der Industrie vor Ende des Jahres vorzustellen, mit dem Ziel, industrielle Partner zu finden, die bereit sind, Tests in Gießereiumgebungen in Kombination mit bestehenden Produktionslinien durchzuführen.