Ab-initio Untersuchungen an frühen Ausscheidungsphasen der Aluminium(-Magnesium-)Kupfer-Legierungen

Frühe Ausscheidungscluster der AlCu-Legierungen und der AlMgCu-Legierungen werden mit numerischen ab-initio Methoden mit Hilfe des DFT-Programmcodes SIESTA untersucht. Cu-Atome favorisieren innerhalb der AlCu-Legierungen Gitterpositionen im Aluminiumgitter auf {100}-Ebenen als nächste Nachbarn. Dabei streben sie danach die Anzahl ihrer nächs-ten Cu-Nachbarn zu maximieren, sodass sich bevorzugt geschlossene Cu-Strukturen auf einer {100}-Ebene bilden, was in einer sprunghaften Zunahme der Bindungsenergien bei der Bil-dung dieser Strukturen zu erkennen ist. Die unterschiedlich starken Bindungsenergien der Konfigurationen, innerhalb der AlMgCu-Legierungen, aus Mg-Atomen und einer Leerstelle, Cu-Atomen und einer Leerstelle bzw. aus Mg- und Cu-Atomen und einer Leerstelle resultieren in unterschiedlichen Zeiten für ihre thermische Auflösung. Aus der nur schwachen Bindung der Mg-Leerstellen-Cluster ist es offensichtlich, dass AlMg-Legierungen nicht ausscheidungshärtbar sind. Die Bindungsenergie der CuMg-Leerstellen-Cluster ergibt zwar eine eindeutige Bindung, allerdings schwach genug, dass die Leerstellen dem Aushärtungsprozess weiter zur Verfügung stehen und die AlMgCu-Legierung entsprechend schnell aushärtet. Die starke Bindung der Cu-Leerstellen-Cluster werden die Leerstellen dem Aushärtungsprozess in der AlCu-Legierung entzogen, was in einer im Vergleich zu den AlMgCu-Legierungen, langsamen Aushärtungsgeschwindigkeit resultiert

Stability of Cu-precipitates in Al-Cu alloys

We present first principle calculations on formation and binding energies for Cu and Zn as solute atoms forming small clusters up to nine atoms in Al-Cu and Al-Zn alloys. We employ a density-functional approach implemented using projector-augmented waves and plane wave expansions. We find that some structures, in which Cu atoms are closely packed on (100)-planes, turn out to be extraordinary stable. We compare the results with existing numerical or experimental data when possible. We find that Cu atoms precipitating in the form of two-dimensional platelets on (100)-planes in the fcc aluminum are more stable than three-dimensional structures consisting of the same number of Cu-atoms. The preference turns out to be opposite for Zn in Al. Both observations are in agreement with experimental observations.Peer reviewe