Korngrenzsegregation in Silber-Nickel und Kupfer-Wismut Legierungen

Abstract

Gegenstand dieser Arbeit ist die Charakterisierung der Korngrenzsegregation in Ag-Ni und Cu-Bi Legierungen mit Hilfe der tomographischen Atomsonde (TAP) und weiterer hochauflösender Methoden. Nanokristalline Ag-Ni- sowie Cu-Bi-Schichten wurden durch Ar-Ionen-Sputtern als Ag-Ni-Multilagen und als Cu-Bi-Legierung mit einer starken Bi-Übersättigung auf Wolfram-Substratspitzen deponiert. Zusätzlich wurden nanokristalline inertgas-kondensierte Ag-Ni Proben mit verschiedenen Ni-Gehalten hergestellt. Es gelang mit einer im Rahmen dieser Arbeit neu entwickelten Präparationsmethode erstmalig, eine Atomsonden-Untersuchung der Korngrenzsegregation an gezielt mit einigen 10 ppm Bi-dotierten Cu-Bikristallen durchzuführen.Entgegen bestehender theoretischer Annahmen wurde für Ag-Ni Legierungen weder in Multilagen noch in den nanokristallinen Proben eine Segregation von Ni an Ag-Korngrenzen festgestellt. Im Zuge von Wärmebehandlungen wird die Rekristallisation der Ag-Körner zunächst durch fein verteilte Ni-Körner behindert. Dies führt zu einer Auswölbung gepinnter Ag-Korngrenzen, welche durch einen modifizierten Orowan-Mechanismus erklärt werden kann. Schließlich vergröbern die Ni-Körner, die zur Minimierung der Verzerrungsenergie eine plattenförmige Gestalt annehmen.In den sputter-deponierten Cu-Bi-Legierungsschichten findet sich schon im Ausgangszustand eine deutliche Bi-Segregation an den Cu-Korngrenzen. Der gefundene Exzess konnte quantitativ auf ein Modell zurückgeführt werden, in dem sich Bi-Atome aufgrund ihrer Größe bevorzugt im Dilatationsfeld von Versetzungen anreichern. Thermische Behandlungen führen durch eine weitere Bi-Segregation zu eine katastrophalen Versprödung dieser Schichten. Untersuchungen der Gleichgewichts-Segregation bei 850°C an bikristallinen Proben mit einer kristallographisch wohl definierten Sigma 19a {331} <110> Korngrenze ermöglichten eine Bestimmung der Segregationsenthalpie sowie der Absenkung der spezifischen Korngrenzenergie.