Fundamental investigations of precipitation in the solid state with focus on Al-based alloys

Prosjektet 'Fundamental investigations of precipitation in the solid state with focus on Al-based alloys' startet opp høsten 2013 og endte sommer 2017. Det var ansatt en PhD student i to år (fra September 2013 til juli 2015) og en postdoc i tre år (fra april 2014 til april 2017) på prosjektet. I tillegg bidrar forskere fra SINTEF Materialer og kjemi med kompetanse, eksperimenter og atomistiske beregninger. Hensikten med prosjektet er å få en fundamental forståelse av utfellinger i Aluminiumslegeringer og forstå hva som ligger bak dannelsen av de forskjellige strukturene som disse utfellingene tar, særlig hvordan kjemisk sammensetning av legeringen virker på disse utfellingene. Utfellingene er de som gjør at såkalte utherdbare aluminiumlegeringer får styrke og kan brukes i for eksempel bilindustrien. Åtte Al-legeringer med forskjellige sammensetninger (blant annet Al-Cu, Al-Cu-Mg-Si, Al-Mg-Zn, Al-Cu-Mg-Si-Zn) ble produsert. Legeringene ble ekstrudert og varmebehandlet etter råd fra Hydro Aluminium, for å gi en behandling som er lik det som foregår i industrien. Hardhet og ledningsevne ble målt, og vi har sett på mikrostrukturen ved hjelp av transmisjonselektronmikroskopi (TEM). Høyoppløsningsstudier av atomstrukturen til utfellingene er gjennomført. Vi bruker den nasjonale storskalainfrastrukturen NORTEM i disse studiene. Vi har utviklet avanserte teknikker for å studere detaljert sammensetning og struktur av utfellingene. For forståelsen av kimdanning og vekst av disse utfellingene studerer vi hvordan de forskjellige elementene som adderes bidrar til strukturen og hvilke sammensetninger de kjente presipitatene har. Vi har oppdaget noen ukjente sammenhenger og publisert dette. Vi har også studert spenninger i aluminium rundt utfellingene og utviklet en ny analyse for dette. Som det kommer fram av publikasjonene fra prosjektet har vi gjennom hele perioden hatt mye samarbeid med internasjonale partnere. Vi hadde i 2014 et fem måneder langt besøk av en doktorgradsstudent fra Tokyo Institute of Technology i Japan, og la grunnlaget for et vellykket samarbeid med denne institusjonen (ref INTPART prosjektet finansiert fra 2016). I tillegg hadde vi besøk fra Warsawa i Polen, og har arbeidet med forskere fra Rostock i Tyskland og Bologna i Italia. Dette framgår av publikasjonslisten. Vi har der det har vært nødvendig gjort atomistiske beregninger i forbindelse med TEM-eksperimenter for å forstå atomistisk struktur av utfellingene. Dette har blitt gjennomført av SINTEF-forskere. Vi har publisert ? tidsskriftartikler innen dette prosjektet, og en populærvitenskapelig publikasjon.

To improve generic understanding of solid state precipitation, a four year study on several Al-based systems is proposed, where it is planned to combine highly advanced equipment and methods in transmission electron microscopy (TEM) with ab-initio calcula tions. The effects of cross-system substitutions, mainly in Al-Mg-Si, Al-Mg-Cu and Al-Mg-Zn, will be investigated and compared in high detail. To understand the more generic role of a solute element - the influence it has on the precipitate distribution, on morphology, and on the bulk and interface structures, the detectable changes will be quantified in high detail. The substituted fraction in single columns of the structures will be quantified. By experiments and by calculations alike, it will be invest igated how the (amount of) the introduced elements affect bonding and stability. The project relies on the newest information about atomic structures - including the interfaces - of the nanometer sized precipitates, mainly acquired by the group. Similar a nd more advanced methods / equipment as used there, will be applied in this project. The new state-of-the-art instrumentation shortly installed in in the Trondheim node of NORTEM is well suited for the challenge. The structures will be analysed by high a ngle annual dark field scanning TEM (HAADF-TEM) imaging utilizing the 1 Å resolution. The instrument allows partial occupancy in single columns to be quantified by electron energy loss spectroscopy (EELS). Stability of the structures in the hybrid alloy s ystems will be investigated through ab-initio calculations. The studies of the bonding related to stabilization will aid the understanding of why certain precipitates become possible in one system, but not in another.The work will be performed by NTNU and SINTEF in collaboration with international groups. The proposal seeks support for one PhD and one postdoctoral fellowship.