Materialforschung mit Positronen: Von der Doppler-Spektroskopie zur

spricht man von Clustern oder Co-Clustern [202]. Durch weitere Anlagerung bilden sich aus
diesen Cu- und Mg-reiche Zonen, die als Guinier-Preston-Bagaryatskii-Zonen (GPB I) bezeichnet
werden [201]. Die Struktur dieser Frühphasen konnte bisher nicht eindeutig geklärt
werden, da sie im Gegensatz zu der GPZ in reinen Al-Cu Legierungen [203] nicht im Transmissions-Elektronenmikroskop
(TEM) nachweisbar sind. Es ist aber sehr wahrscheinlich, daß
Cluster, Co-Cluster und GPB I koexistieren [204]. Im weiteren Verlauf bildet sich eine im
TEM identifizierbare Phase, die S''-Phase, deren Struktur allerdings ebenfalls ungeklärt ist.
Für die GPB I und die S'' wurden eine Vielzahl von Gitterkonfigurationen vorgeschlagen. Für
eine Übersicht und Diskussion der verschiedenen Modelle siehe [205,206]. Da Leerstellen in
Al bei Raumtemperatur hochbeweglich sind, läuft die Bildung der GPB I innerhalb einiger
Stunden bei RT ab, während die Ausbildung der S''-Phase, die für die Härte der Legierung
verantwortlich ist, sich durch Auslagern bei RT nach ca. 5 Tagen einstellt. Bei höheren Temperaturen
und längerer Auslagerungszeit (16h bei 200° C) bildet sich schließlich die Gleichgewichtsphase
S. Die S'-Phase wird inzwischen nicht mehr als eigene Phase, sondern als Koexistenzbereich
von S'' und S angesehen [206].
super
saturated
solution
cluster/
co-cluster/
GPB I
S''
-phase
( GPB II)
S'
-phase
S-phase
Abbildung 2.32: Schema der Ausscheidungssequenz einer Al-Cu-Mg Legierung [201]. Aus dem übersättigten
Mischkristall bilden sich bei RT zunächst Agglomerate aus wenigen Atomen (Cluster/Co-Cluster),
sowie Cu- und Mg-reiche Zonen (GPB I), die miteinander koexistieren. Diese wachsen im weiteren zu größeren
Ausscheidungen (S''-Phase). Die Gleichgewichtsphase S wird erst bei ca. 250° C erreicht S' stellt eine
Mischung aus S'' und S dar.
Die S-Phase besitzt die chemische Zusammensetzung Al 2 CuMg, ihre kristallographische
Struktur war ebenfalls lange Zeit umstritten, obwohl sie im TEM sichtbar ist [207]. Die an
Al 2 CuMg Einkristallen gemessene [208] und für die S-Phase bereits 1952 vorgeschlagene orthorhombische
Struktur (Cmcm) [209,210] konnte inzwischen durch den Vergleich von Elektronen-Strukturrechnungen
[211] mit Beugungsmessungen [212] bestätigt werden.
Über den Einfang von Positronen in diese Leerstellen läßt sich ihre chemische Umgebung –
und deren Änderung – während der Auslagerung beobachten, was bereits 1979 für Al-Zn Legierungen
gezeigt werden konnte [213]. Eine relativ aktuelle Übersicht über Untersuchungen
zu Al-Legierungen mit Positronen findet sich in [214].
Abbildung 2.33 zeigt S- und W-Parameter von AA 2024 relativ zu reinem ausgeheiltem Aluminium
während der Auslagerung bei Raumtemperatur nach Lösungsglühen bei 500 °C und
Abschrecken in Wasser. Der Bereich zur Bestimmung des W-Parameters wurde zwischen 8
und 25×10 -3 m 0 c festgelegt, um die Annihilation mit den 3d-Elektronen des Kupfers herauszufiltern
(siehe Dopplerspektrum in Abbildung 2.36).
Auf der Zeitachse ist das Ende einer jeden Messung relativ zum Zeitpunkt des Abschreckens
angegeben. Innerhalb der ersten Stunde nach dem Abschrecken liegt der W-Parameter wesentlich
über dem von reinem Aluminium, was auf einen hohen Anteil von Leerstellen mit
Cu-haltiger atomarer Umgebung hindeutet (W Cu /W Al = 2.13). Der S-Parameter ist in Bezug zu
reinem Aluminium nur geringfügig erhöht. Es ist aber davon auszugehen, daß er durch die
kupferreiche Umgebung der Leerstellen erniedrigt wird (S Cu /S Al = 0.978), wie es auch bei ermüdetem
AA 2024 gefunden wurde [139].
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