Im Netz der Elektroenergieversorgung werden einzelne Netzkomponenten und Betriebsmittel durch Verbindungen elektrisch zusammengeschaltet. Dabei werden häufig Schraubenverbindungen mit Stromschienen eingesetzt. Diese müssen über mehrere Jahrzehnte zuverlässig hohe Ströme tragen können. Abhängig von der sich einstellenden Temperatur an den Verbindungen altern diese mit der Zeit. Die Alterung wird je nach Verbindungssystem von verschiedenen Mechanismen beeinflusst, die alle parallel ablaufen. Bei ruhenden, stationären elektrotechnischen Verbindungen, deren Kontaktpartner aus verschiedenen Materialien bestehen, können abhängig von der Paarung intermetallische Phasen (IMP) entstehen. Die sich bildenden IMP haben schlechtere elektrische und mechanische Eigenschaften als die reinen Metalle. Daraus resultiert ein höherer Verbindungswiderstand. Die erzeugte Verlustleistung sowie die Temperatur der Verbindung steigen an. Dies kann zum Ausfall der Verbindung führen. In der Elektroenergietechnik werden aufgrund ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit häufig die Werkstoffe Aluminium und Kupfer sowie das Beschichtungsmetall Silber bei Temperaturen von üblicherweise 90 °C bis 200 °C eingesetzt. Speziell bei Aluminium-Kupfer-Verbindungen, die nicht langzeitstabil sind, wird als maßgebliche Ausfallursache das Bilden von IMP gesehen. Die IMP des Systems Al-Cu wurden in der Vergangenheit bereits vielfach untersucht. Das Übertragen der Ergebnisse auf die Problematik stromtragender Verbindungen der Elektroenergietechnik ist jedoch nicht ohne Weiteres möglich. Der relevante niedrige Temperaturbereich zwischen 90 °C und 200 °C spielt bei vielen Untersuchungen nur eine untergeordnete Rolle. Zusätzlich können die Eigenschaften der IMP bei unterschiedlichen Herstellungsverfahren voneinander abweichen. Zum System Al-Ag ist in der Literatur nur wenig bekannt. Deshalb wurden für diese Arbeit phasenreine IMP der Systeme Al-Cu und Al-Ag mit unterschiedlichen Herstellungsverfahren bei möglichst identischen Randbedingungen hergestellt. Diese wurden mit einer speziell für diese Proben entwickelten Messeinrichtung elektrisch charakterisiert und der ermittelte spezifische elektrische Widerstand der IMP und ihr Temperaturbeiwert mit Werten aus der Literatur verglichen. An verschiedenen Schraubenverbindungen mit Stromschienen aus Aluminium und Kupfer wurden Langzeitversuche von bis zu 3 Jahren durchgeführt. Der Verbindungswiderstand wurde abhängig von der Zeit ermittelt. An ausgewählten Verbindungen wurde zusätzlich in zwei identischen Versuchen der Einfluss der Belastung mit Dauer- und Wechsellast auf das Langzeitverhalten untersucht. Mithilfe der an den IMP ermittelten elektrischen Eigenschaf-ten wurde deren Einfluss auf den Verbindungswiderstand berechnet. Die Ergebnisse dieser Modellrechnung wurden mit den Ergebnissen aus den Langzeitversuchen verglichen. Ausgewählte Verbindungen wurden dazu mikroskopisch untersucht. Es wurde festgestellt, dass die IMP nicht ausschließlich das Langzeitverhalten stromtragender Verbindungen bestimmen. Es muss mindestens ein weiterer Alterungsmechanismus einen signifikanten Einfluss haben. Die Untersuchungen deuten darauf hin, dass dabei Sauerstoff eine zentrale Rolle spielen könnte. / In electrical power supply networks a huge number of electrical joints are used to connect transmission lines, conductors, switchgears and other components. During operation these joints are aging due to different aging mechanisms. Depending on the type of the joint several aging mechanisms can take place at the same time. For stationary joints with contact partners made of different materials, the formation of intermetallic compounds (IMC) may be an issue. These IMC have worse electrical and mechanical properties compared to the pure metals. Therefore, the presence of IMC in the contact area results in a higher joint re-sistance and the temperature and the thermal power losses increase. Typical temperatures for high current joints are between 90 °C and 200 °C. Due to their good electrical conductivity aluminum and copper are often used as conductor materials and silver as a coating material. Especially bimetal joints made of aluminum and copper are not long term stable. The formation of Al-Cu IMC is held responsible as a cause of failure. The IMC of the System Al-Cu have already been studied by several authors. However, it is difficult to apply the results directly to electrical joints in power supply networks. In many studies the low temperature range between 90 °C and 200 °C is not regarded. In addition, the properties of the IMC may vary due to different preparation processes. There is only little information about the system Al-Ag in the literature. For this work, phase pure IMC of the systems Al-Cu and Al-Ag were prepared by different preparation processes using similar process parameters. These IMC samples were electrically characterized with a specially developed measuring device. The specific electric resistivity and the temperature coefficient of resistance were determined and compared to values taken from the literature. Various combinations of bus bar joints made of aluminum and copper were investigated in long term tests for up to three years. The joint resistance was determined as a function of time. In addition, for selected joints two identic setups were operated with continuous load and alternating load. The long term behavior was investigated with regard to the load ap-plied. Using the results of the electrical characterization of the IMC their influence on the joint resistance was calculated theoretically. The results of the calculation were compared to the results determined in the long term tests. Selected joints were examined microscopi-cally after termination of the long term tests. It was found, that the long term behavior of bimetal electrical joints with the combination Al-Cu and Al-Ag cannot be exclusively described by the growth of IMC. At least there is one further aging mechanism involved. The studies suggest, that oxygen may have a significant influence.

In this thesis, the effect of mechanical deformation on structure, thermal stability and hardness of a single-phase spray-deposited quasicrystalline alloy with composition Al62.5Cu25Fe12.5 has been investigated in detail. The purpose of the investigation was to study the effect of mechanical milling at different milling speeds (which approximately scale with the milling intensity) on mechanically-induced phase transformations during milling and on the phase evolution during subsequent heating. The results of the milling experiments indicate that, irrespective of the milling speeds used, mechanical milling of Al62.5Cu25Fe12.5 quasicrystals leads to the formation of a disordered CsCl-type ß phase with grain size of about 10 – 20 nm. The analysis of the kinetics of the QC–to–ß phase transformation reveals that the milling intensity has a considerable effect on the characteristics of the transformation. The increase of the milling speed considerably shortens the incubation time needed to start the QC–to–ß phase transformation. Also, the overall transformation is much faster for milling at high speeds. The QC–to–ß phase transformation starts when the grain size of the quasicrystals is reduced to about 10 nm irrespective of the milling speed used and clearly indicates that a critical grain size of the quasicrystals for initiating the transformation exists. On the other hand, no critical value of lattice strain was found for the QC–to–ß transformation. This indicates that the phase transformation is controlled by the local length scale (i.e. the grain size) and by the corresponding grain boundaries rather than by the energy stored in the lattice. Energetic considerations obtained through a simple model based on the mass and velocity of the milling balls reveal that the energy needed for the QC–to–ß transformation increases with increasing the milling speed, that is, the energetic efficiency of the process decreases with increasing the milling intensity. This indicates that part the extra energy supplied during milling at high intensities is not used to induce the phase transformation but it is dissipated by heat. During heating, the milled powder displays a multi-step thermal behavior characterized by the grain growth of the disordered ß phase at low temperatures, followed, at higher temperatures, by its transformation into the original icosahedral quasicrystalline phase. The transformation is gradual and the quasicrystals and the disordered ß phase coexist over a temperature interval of more than 250 K. The phase transformations occurring during milling and subsequent annealing have a remarkable effect on the hardness, which can be tuned within a wide range of values (7–9.6 GPa) as a function of the volume fraction of the different phases. This suggests that a composite material with optimized mechanical properties can be produced by an appropriate thermo-mechanical treatment. The quasicrystals milled at a very low speed show a transition between Hall-Petch to inverse Hall-Petch behavior at a grain size of about 40 nm, which represents the critical value for grain size softening of the present Al62.5Cu25Fe12.5 quasicrystals. This behavior may be attributed to the complexity of the quasicrystalline structure and to its peculiar deformation mechanism at room temperature (i.e. shear banding), where meta-dislocation-assisted deformation is almost absent. In order to analyze the effectiveness of the Al62.5Cu25Fe12.5 quasicrystals as reinforcing agent in metal matrix composites, Al-based composites were synthesized by hot extrusion of elemental Al blended with different amounts of Al62.5Cu25Fe12.5 quasicrystalline particles. The work was focused on two specific aspects: evaluation of the mechanical properties through room temperature compression tests and modeling of the resulting properties. The addition of the quasicrystalline reinforcement is very effective for improving the room temperature mechanical properties of pure Al. The compressive strength increases from 155 MPa for pure Al to 330 and 407 MPa for the composites with 20 and 40 vol.% of reinforcement, respectively, reaching an ultimate strain of 55 % and 20 % before fracture occurs. These results indicate that the addition of the QC reinforcement leads to composite materials with compressive strengths exceeding that of pure Al by a factor of 2 – 2.5, while retaining appreciable plastic deformation. The mechanical properties of the composites have been modeled by taking into account the combined effect of load bearing, dislocation strengthening and matrix ligament size effects. The calculations are in very good agreement with the experimental results and reveal that the reduction of the matrix ligament size, which results in a similar strengthening effect as that observed for grain refinement, is the main strengthening mechanism in the current composites. Finally, the interfacial reaction between the Al matrix and the QC reinforcement has been used to further enhance the strength of the composites through the formation of a new microstructure consisting of the Al matrix reinforced with Al7Cu2Fe w-phase particles. The optimization of the structure-property relationship was done through the systematic variation of the processing temperature during consolidation. The mechanical behavior of these transformation-strengthened composites is remarkably improved compared to the parent material. The yield strength of the composites significantly increases as the Al + QC -> ω transformation progresses from 195 MPa for the sample reinforced only with QC particles to 400 MPa for the material where the Al + QC -> ω reaction is complete. These results clearly demonstrate that powder metallurgy, i.e. powder synthesis by ball milling followed by consolidation into bulk specimens, is an attractive processing route for the production of novel and innovative lightweight composites characterized by high strength combined with considerable plastic deformation. In addition, these findings indicate that the mechanical behavior of Al-based composites reinforced with Al62.5Cu25Fe12.5 quasicrystalline particles can be tuned within a wide range of strength and plasticity depending on the volume fraction of the reinforcement as well as on the extent of the interfacial reaction between Al matrix and QC reinforcing particles.

No description available.

Submitted by PPG Engenharia e Tecnologia de Materiais (engenharia.pg.materiais@pucrs.br) on 2017-10-26T16:09:28Z No. of bitstreams: 1 Tese Eng. Piedade.pdf: 6225051 bytes, checksum: c7f77823a538300959734acada65a861 (MD5) / Rejected by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br), reason: Devolvido devido a 1) Arquivo PDF sem capa institucional. 2) Na primeira e segunda folha do arquivo PDF, o nome do autor est? incompleto. Na ficha catalogr?fica e publica??o enviada est? completo. 3) Nome e descri??o do arquivo na publica??o est?o em desacordo com o manual enviado. on 2017-11-07T13:03:14Z (GMT) / Submitted by PPG Engenharia e Tecnologia de Materiais (engenharia.pg.materiais@pucrs.br) on 2017-11-08T17:01:40Z No. of bitstreams: 1 final para entrega com capa.pdf: 6291908 bytes, checksum: a447082574d55fe4709b55f1c2da38fb (MD5) / Approved for entry into archive by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2017-11-17T12:16:13Z (GMT) No. of bitstreams: 1 final para entrega com capa.pdf: 6291908 bytes, checksum: a447082574d55fe4709b55f1c2da38fb (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-17T12:20:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 final para entrega com capa.pdf: 6291908 bytes, checksum: a447082574d55fe4709b55f1c2da38fb (MD5) Previous issue date: 2017-08-18 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Quasicrystals are materials that have unusual characteristics, they can not be described as crystalline, for not having long-range order, or as amorphous, have medium-range structure. Some Al-Cu-Fe family alloys presents quasicrystalline phases when have rapidly solidification. In order to obtain this alloy, ingots of the Al65Cu35-xFex family were casted with x=6 (atomic), initially in a standard mold with solidification equilibrium. To provide samples with different cooling rates, the alloy was cast in a stepped mold, containing six different steps, resulting in samples out of equilibrium state (rapidly solidification). For the analysis of the cooling curves, the CACC-TA technique was used, with cooling rates varying from170 to 540?C / s, which were obtained by dT/dt. Analyzes by optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), dispersive energy spectrometry (EDS), show microstructure with faceted dendrites, lamellar interdendritic formations and pentagonal precipitates (IQC). The Vickers microhardness ranged from 4.09 to 7.22 GPa and the X-ray diffraction (XRD) proved by characteristic diffractograms the icosahedral quasicrystalline phase formation. / Os quasicristais s?o materiais que apresentam caracter?sticas incomuns, pois n?o podem ser descritos como cristalinos, por n?o apresentarem ordem de longo alcance, nem como amorfos, apresentam estrutura de m?dio alcance. Algumas ligas da fam?lia Al-Cu-Fe apresentam fases quasicristalinas quando rapidamente solidificadas. Para obter-se esta liga, foram fundidos lingotes da fam?lia Al65Cu35-xFex com x=6 (at?mico), inicialmente em um molde padr?o com solidifica??o em estado de equil?brio. Para proporcionar amostras com taxas de resfriamento variadas, a liga foi vazada em um molde escalonado, contendo seis cavidades diferentes, resultando em amostras solidificadas fora do estado de equil?brio (solidifica??o r?pida). Para an?lise das curvas de resfriamento utilizou- se a t?cnica CACC-TA, com taxas de resfriamento variando entre 170 e 540?C/s, que foram obtidas por meio de dT/dt. An?lises por microscopia ?ptica, microscopia eletr?nica de varredura (MEV), espectrometria por energia dispersiva (EDS), mostram microestrutura com dendritas facetadas, forma??es interdendr?ticas lamelares e precipitados pentagonais (IQC). A microdureza Vickers variou entre 417 HV e 736 HV (4,09 e 7,22 GPa) e a difra??o de raios X (DRX) comprovou por meio de difratogramas caracter?sticos a forma??o de fase quasicristalina icosa?drica.

L'alliage 2024 (Al-Cu-Mg) est utilisé dans le cadre de l'allègement des structures de transport. Cependant, cet alliage est difficilement soudable par voie classique. Le soudage par friction malaxage (FSW) est un nouveau procédé permettant l'assemblage à l'état solide et donc de supprimer les défauts liés à la solidification. A travers cette étude, les microstructures de soudures FSW de cet alliage ont été finement caractérisées par SAXS, DSC, MET, MEB, EBSD et microscopie optique. Afin de mettre en évidence les interactions entre la déformation, la précipitation et la recristallisation qui ont lieu durant le soudage de l'alliage 2024, des expériences modèles ont été menées ainsi qu'une étude comparative entre l'alliage 2024 et l'alliage 5251. L'ensemble de la caractérisation des soudures et des expériences modèles permet de dégager les phénomènes métallurgiques pertinents contrôlant la résistance mécanique des joints soudés et leur microstructure. Par ailleurs, une caractérisation détaillées du comportement mécanique des joints soudés a été menée, validée par une modélisation aux éléments finis.

Ce travail vise à comprendre l'évolution de la texture cristallographique et l'anisotropie du comportement mécanique après laminage à chaud et traitements thermiques d'un Al-Cu-Li 2050 et d'un Al-Zn-Mg-Cu 7050, et expliquer leurs différences. La texture est analysée par EBSD et RX après des essais de compression plane à chaud et après des laminages à chaud industriels. L'anisotropie est étudiée sur des tôles fortes industrielles après différents détensionnements et dans différents états microstructuraux par des essais de traction à 0°, 45° et 90° par rapport à DL. Enfin, nous comparons nos mesures à des résultats simulés par des modèles de plasticité cristalline (modèles de Taylor). Il est montré que, déformés dans des conditions identiques, les deux alliages développent les mêmes textures de laminage jusqu'à une déformation de 2.6. La présence de 1% massique de Li n'est à priori pas responsable d'une texture particulière. En revanche la température de laminage, qui est généralement plus élevée pour les Al-Cu-Li que pour les Al-Zn-Mg-Cu, a un impact important aux grandes déformations, notamment en favorisant la composante Laiton {110}<112>. L'anisotropie d'une tôle laminée de 2050 est pour une large part due à la texture cristallographique. Elle augmente quand un détensionnement est effectué par traction dans la direction DL et diminue quand il est effectué à 45°/DL. La précipitation durcissante, composée de T1 Al2CuLi en forme de plaquettes sur les plans {111}Al, augmente la résistance de la direction préalablement tractionnée mais n'est pas responsable dans nos conditions expérimentales d'une forte aggravation de l'anisotropie. Dans le 7050, l'anisotropie diminue entre l'état mûri naturellement et l'état sur-revenu. La précipitation de sur-revenu du 7050 atténue l'effet de la texture cristallographique sur l'anisotropie et rend, en comparaison, le 2050 d'autant plus anisotrope.

Quasikristallines Al-Cu-Fe (i-Phase) wurde ueber den Weg der amorphen (a-) Phase in Form duenner Schichten hergestellt und ein Vergleich elektronischer Transporteigenschaften der isotropen a-Phase in verschiedenen Anlassstufen mit der schliesslich entstehenden fast isotropen i-Phase durchgefuehrt (Leitfaehigkeit, Magnetoleitfaehigkeit, Hall-Effekt und Thermokraft). Die Auswirkungen einer Hume-Rothery-Stabilisierung auf den elektronischen Transport standen dabei im Vordergrund. Es wurden in der i-Phase auch die Auswirkungen einer systematischen Aenderung des Fe-Gehalts untersucht. Die a-Phase und die i-Phase sind in vielen wichtigen Trends miteinander verwandt, z.B. ist die inverse Matthiesen-Regel sowohl in der a- als auch in der i-Phase gueltig. Thermokraft und Hall-Effekt, die sehr empfindlich auf Aenderungen der Bandstruktur sind, zeigen drastischere Aenderungen beim Uebergang amorph-quasikristallin. Die Aenderungen der Eigenschaften in der i-Phase als Funktion der Temperatur und des Fe-Gehalts koennen in einem Zweibandmodell quantitativ erfasst werden. Mit dem Konzept der Spektralleitfaehigkeit, in das im Prinzip das Zweibandmodell uebergeht, koennen die Eigenschaften sowohl der i-Phase als auch der a-Phase quantitativ beschrieben werden. In der a-Phase fuehrt dieses Konzept auf eine sich von der frisch praeparierten a-Phase durch Tempern bis hin zur i-Phase kontinuierlich aendernde Spektralleitfaehigkeit, die schon unmittelbar nach dem Aufdampfen durch ein breites und ein, diesem ueberlagertes, schmales Minimum beschrieben werden kann. Beim Tempern wird das schmale Minimum immer tiefer. Im Ortsraum wird insgesamt ein Szenario vorgeschlagen, das von sphaerischer Ordnung ausgeht, zu der schon in der frisch praeparierten a-Phase eine Winkel- und Abstandsordnung hinzukommt. Diese verstaerkt sich beim Tempern bis hin zur perfekt geordneten Struktur in der i-Phase. Das Verschwinden magnetischer Effekte und die damit verbundenen Aenderungen der Tieftemperatur-Leitfaehigkeit beim Tempern deuten ebenfalls auf eine sich bereits in der a-Phase vollziehende kontinuierliche Aenderung der lokalen Umgebung der Fe-Atome, deren Anordnung hauptsaechlich die elektronischen Transporteigenschaften bestimmt.

Quasikristallines Al-Cu-Fe (i-Phase) wurde ueber den Weg der amorphen (a-) Phase in Form duenner Schichten hergestellt und ein Vergleich elektronischer Transporteigenschaften der isotropen a-Phase in verschiedenen Anlassstufen mit der schliesslich entstehenden fast isotropen i-Phase durchgefuehrt (Leitfaehigkeit, Magnetoleitfaehigkeit, Hall-Effekt und Thermokraft). Die Auswirkungen einer Hume-Rothery-Stabilisierung auf den elektronischen Transport standen dabei im Vordergrund. Es wurden in der i-Phase auch die Auswirkungen einer systematischen Aenderung des Fe-Gehalts untersucht. Die a-Phase und die i-Phase sind in vielen wichtigen Trends miteinander verwandt, z.B. ist die inverse Matthiesen-Regel sowohl in der a- als auch in der i-Phase gueltig. Thermokraft und Hall-Effekt, die sehr empfindlich auf Aenderungen der Bandstruktur sind, zeigen drastischere Aenderungen beim Uebergang amorph-quasikristallin. Die Aenderungen der Eigenschaften in der i-Phase als Funktion der Temperatur und des Fe-Gehalts koennen in einem Zweibandmodell quantitativ erfasst werden. Mit dem Konzept der Spektralleitfaehigkeit, in das im Prinzip das Zweibandmodell uebergeht, koennen die Eigenschaften sowohl der i-Phase als auch der a-Phase quantitativ beschrieben werden. In der a-Phase fuehrt dieses Konzept auf eine sich von der frisch praeparierten a-Phase durch Tempern bis hin zur i-Phase kontinuierlich aendernde Spektralleitfaehigkeit, die schon unmittelbar nach dem Aufdampfen durch ein breites und ein, diesem ueberlagertes, schmales Minimum beschrieben werden kann. Beim Tempern wird das schmale Minimum immer tiefer. Im Ortsraum wird insgesamt ein Szenario vorgeschlagen, das von sphaerischer Ordnung ausgeht, zu der schon in der frisch praeparierten a-Phase eine Winkel- und Abstandsordnung hinzukommt. Diese verstaerkt sich beim Tempern bis hin zur perfekt geordneten Struktur in der i-Phase. Das Verschwinden magnetischer Effekte und die damit verbundenen Aenderungen der Tieftemperatur-Leitfaehigkeit beim Tempern deuten ebenfalls auf eine sich bereits in der a-Phase vollziehende kontinuierliche Aenderung der lokalen Umgebung der Fe-Atome, deren Anordnung hauptsaechlich die elektronischen Transporteigenschaften bestimmt.

No description available.

No description available.