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Flüssigmetallversprödung (LME)

1930
  • Adolph S. Rehbinder
Materialwissenschaftler, der im Labor einen Metallbruch aufgrund von Flüssigmetallversprödung analysiert.

Flüssigmetallversprödung ist ein Phänomen, bei dem ein normalerweise duktiles festes Metall einen starken Verlust an Duktilität und versagt spröde, wenn es von einem bestimmten flüssigen Metall benetzt wird und unter Zugspannung steht Stress. Das Versagen ist oft katastrophal und erfolgt schnell. Der Mechanismus besteht darin, dass die flüssigen Metallatome an einer Rissspitze adsorbiert werden, wodurch die Kohäsionskraft der atomaren Bindungen des Festkörpers verringert wird.

Für das Auftreten von LME müssen mehrere Bedingungen erfüllt sein: das Vorhandensein einer Zugspannung, ein enger Kontakt zwischen dem festen und dem flüssigen Metall sowie eine bestimmte metallurgische Paarung. Ein klassisches und dramatisches Beispiel ist die Versprödung von Aluminium durch flüssiges Gallium. Ein kleiner Tropfen Gallium auf einem unter Spannung stehenden Aluminiumteil kann dazu führen, dass es fast augenblicklich zerbricht. Die technische Neuheit bei der Erforschung von LME war die Erkenntnis, dass der Bruch durch ein Oberflächenenergiephänomen und nicht allein durch die Eigenschaften des Grundmaterials verursacht werden kann. Die flüssigen Metallatome lösen die atomaren Bindungen an der Rissspitze, indem sie die für die Rissausbreitung erforderliche Energie verringern.

Die Schwere von LME hängt von Faktoren wie Temperatur, Spannungsniveau und der spezifischen Fest-Flüssig-Metallpaarung ab. Die Löslichkeit der beiden Metalle ist ein Schlüsselfaktor; Systeme mit geringer gegenseitiger Löslichkeit sind oft sehr anfällig. In der Vergangenheit wurden unerwartete Ausfälle in Strukturen wie verzinkten Stahlgerüsten oder in Komponenten, bei denen Quecksilberthermometer zerbrachen, später auf LME zurückgeführt. Dieses Wissen wurde zur Grundlage für die Materialauswahl und Kompatibilitätsbewertung im technischen Design, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt sowie im Nuklearbereich, wo unterschiedliche Metalle oft dicht beieinander liegen.

UNESCO Nomenclature: 3308
- Werkstoffkunde

Typ

Physikalischer Prozess

Unterbrechung

Wesentlich

Verwendung

Weit verbreitete Verwendung

Vorläufersubstanzen

  • thomas young's arbeit über oberflächenspannung und kohäsion
  • josiah willard gibbs' entwicklung der thermodynamik und der konzepte der grenzflächenenergie
  • Verständnis metallischer Bindungen und Kristallstrukturen
  • industrielle Verfahren wie Feuerverzinken und Löten, die Möglichkeiten zur Beobachtung der Wirkung boten

Anwendungen

  • Designrichtlinien zur Vermeidung des Kontakts zwischen empfindlichen Metallpaaren bei Hochtemperaturanwendungen (z. B. Wärmetauschern)
  • Fehleranalyse in Branchen, in denen geschmolzene Metalle verwendet werden, wie etwa Löten, Hartlöten und Verzinken
  • Verständnis der Sicherheitsrisiken in Kernreaktoren mit flüssigen Metallkühlmitteln
  • Anwendungen für kontrollierte Bruchbildung zum Materialrecycling oder Abbruch

Patente:

NA

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