Simulationsrechnungen zur Positronenannihilation in Aluminiumlegierungen zur Untersuchung der Ausscheidungsbildung

Abstract

Hochfeste Aluminiumlegierungen verdanken ihre Eigenschaften kleinen, fein verteilten Ausscheidungen von Legierungsatomen. Zum besseren Verständnis der Temperaturbehandlung, die benötigt wird, um die Ausscheidungsbildung zu kontrollieren, ist es wichtig, Informationen über erste Frühstadien aus wenigen Atomen zu ermitteln. <br /> Bei der Positronen-Annihilations-Spektroskopie (PAS) werden Positronen in den Leerstellen eines Festkörpers eingefangen und liefern bei ihrer Annihilation mit umgebenden Elektronen Informationen aus ihrer direkten Umgebung. Da die Bildung von Ausscheidungen eine Diffusion der Fremdatome mit Hilfe der Leerstellen erfordert, stellt die PAS eine der wenigen Untersuchungsmethoden dar, mit denen sich bereits die Bildung kleinster Ausscheidungen beobachten lässt. <br /> Durch den Vergleich von Messgrößen der PAS mit Simulationen für verschiedene mögliche Anordnungen von Fremdatomen um die Leerstelle lässt sich die atomare Umgebung der Leerstellen identifizieren. Um dies auch in Aluminiumlegierungen zu ermöglichen, bei denen die Anzahl der möglichen Defekttypen relativ groß ist, ist eine gute Beschreibung der Messwerte durch die Simulation besonders wichtig.<br /> In Rahmen dieser Arbeit wurde das Programm AB2D entwickelt, mit dem sich die Dopplerverschiebung der Annihilationsstrahlung ermitteln lässt. Im Gegensatz zu bereits bestehenden Ansätzen werden hier Valenzelektronen-Wellenfunktionen verwendet, die mit dem Programm ABINIT berechnet wurden. Auf diese Weise wird die hauptsächliche Ungenauigkeit durch die Beschreibung der Valenzelektronen in atomarer Superposition behoben. Da ABINIT auf Pseudopotentialen basiert, wird die Projector augmented-wave (PAW)-Methode verwendet, um die höheren Impulse der Elektronen in Kernnähe realistischer zu beschreiben.<br /> Mit AB2D wurden Simulationen zu Leerstellen"=Fremdatom"=Komplexen und Ausscheidungsphasen in den Legierungssystemen Al-Cu, Al-Mg-Cu und Al-Mg-Si durchgeführt. Ein Vergleich mit Messungen an Proben, die nur wenige Minuten bei Raumtemperatur gelagert wurden, zeigt dabei, dass die Bildung erster Ausscheidungen in der Umgebung der Leerstellen sehr viel schneller abläuft als bislang angenommen.