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Stability of Cu-precipitates in Al-Cu alloys
No full textWe 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
Nano-structures in Al-based alloys
No full textThe usefulness of first-principles calculations for studying solute-atom clustering in metal alloys is discussed. This usefulness stems directly from the properties predicted by the calculations or via a related interpretation of experimental results. In this paper we review the results of our computational studies on small solute clusters in Al-based alloys. The predicted coincidence Doppler broadening spectra of the positron annihilation method are used to analyse experimental results. The calculated binding energies of small solute atom clusters explain why Cu atoms form two-dimensional platelets on the (100) planes in Al whereas Zn forms three-dimensional clusters.Peer reviewe
Strukturelle Umordnungen in Aluminiumlegierungen : ein komplementärer Ansatz aus der Perspektive von Leerstellen und Fremdatomen
No full textAluminiumlegierungen zeichnen sich vor allem durch die Kombination von guten Festigkeitseigenschaften mit einem geringen spezifischen Gewicht aus. Aus diesem Grund finden sie breite Verwendung in jenen Bereichen, die zwingend eine Leichtbauweise erfordern. Eine besondere Rolle, zum Beispiel im Flugzeugbau, spielen dabei aushärtbare Aluminiumlegierungen, deren Eigenschaften durch eine thermomechanische Behandlung eingestellt werden können. Obwohl diese Legierungssysteme, zu denen u.a. Al-Cu-Mg und Al-Mg-Si zählen, bereits seit fast hundert Jahren intensiv untersucht worden sind, besteht insbesondere hinsichtlich der Ausscheidungsfrühstadien noch erheblicher Klärungsbedarf. Für viele experimentelle Methoden der Festkörperphysik ist der in diesen Stadien verfügbare Kontrast aufgrund der geringen Größe der sich bildenden Strukturen zu gering. Um dieses Kontrastproblem zumindest teilweise zu umgehen, wurden in dieser Arbeit die Positronenannihilations- sowie Röntgenabsorptionsspektroskopie kombiniert zur Strukturaufklärung der Entmischungsfrühstadien in Aluminiumlegierungen eingesetzt. Wesentlich dafür ist die Sensitivität der beiden oben genannten Methoden für die atomare Umgebung jeweils eines essentiellen Bestandteils aller aushärtbaren Al-Legierungen, nämlich von Leerstellen bzw. von Fremdatomen. Am Beispiel von Al-Cu-Au wird dabei das Zusammenspiel beider experimenteller Methoden verdeutlicht. Die negativen Auswirkungen einer Au-Mikrolegierung auf das aushärtbare System Al-Cu können in diesem Zuge mikroskopisch durch eine Leerstellenbindung an homogen verteilte Goldatome erklärt werden. Für die technologisch hochrelevanten Systeme Al-Cu-Mg sowie Al-Mg-Si ergeben sich hinsichtlich ihrer jeweiligen Frühstadien ferner die folgenden wesentlichen Ergebnisse: Die Kaltaushärtung von Al-Cu-Mg verläuft aus Leerstellenperspektive in zwei klar trennbaren Stufen. Während die erste Stufe hauptsächlich durch Clusterwachstum gekennzeichnet ist, kommt es anschließend zur Einbettung von Leerstellen und evtl. zur Bildung von Guinier-Preston-Bagaryatski-Zonen. Aus Kupferperspektive agglomerieren Legierungsatome bereits vor Eintritt einer makroskopisch beobachtbaren Aushärtung. Die beobachtete Koordinationszahl von Cu legt es dabei nahe, dass eine flächen- bzw. zonenhafte Agglomeration ausgeschlossen werden kann. Für Al-Mg-Si Legierungen zeigt die Temperaturabhängigkeit der mittleren Positronenlebensdauer die Existenz von Positronenfallen mit relativ geringer Bindungsenergie, sogenannten flachen Fallen, an. Der Einfluss einer Kaltauslagerung auf das Warmauslagerungsverhalten dieses Systems wird deshalb auf das unterschiedliche Koordinationsverhalten von Clustern und Leerstellen in Abhängigkeit von der konkreten Legierungszusammensetzung zurückgeführt
Simulationsrechnungen zur Positronenannihilation in Aluminiumlegierungen zur Untersuchung der Ausscheidungsbildung
No full textHochfeste 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. 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. 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. 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. 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
Ab-initio Untersuchungen an frühen Ausscheidungsphasen der Aluminium(-Magnesium-)Kupfer-Legierungen
No full textFrühe 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
Who are the experts? e-Scholars in the semantic web
No full textScholarly research is the sum of diverse activities and leads to the dissemination of a large amount of material. Traditional approaches to exploring and becoming proficient within an esoteric research field rely on slow and sometimes ineffective discourse, and depend more on a scholar's detective skill, effort, and perseverance. However, the Web has introduced the potential for improved accessibility, interconnectivity, and more efficient and effective communication; we are becoming e-Scholars. Current efforts on the Web have focussed mainly on improving the accessibility of on-line research material and as a result, researchers have yet to realise the full implications of the new medium. Consequently, the emphasis must shift to improving and enhancing access to scholarly material; this research proposes a novel approach by presenting researchers with the facility to comprehensively, extensively, and rationally explore their research field and ask intricate questions about it and the individual facts and issues raised by it. This is realised through the integration of principles from the hypertext, Semantic Web, and digital library fields to interconnect and analyse all scholarly material in the academic domain. The e-Scholar Knowledge Inference Model (ESKIMO) demonstrates the approach and provides a platform for evaluation and further research
Decentering the Dancing Text: From Dance Intertext to Hypertext
No full textThis paper explains and draws together two projects from different disciplines: dance studies and hypertext writing. Each project sets out to examine the processes and practices of hypertextuality, and to develop new ways of writing using electronic technology and the Internet. The dance studies project seeks to link the critical theory of intertextuality (as a means of dance interpretation) with the theoretical and practical concerns of hypertextuality. It hopes to show a convergence of the two into a working system for analysing dance in a network of people, institutions and information. The Associative Writing Framework (AWF) project seeks to explore how writers could best be supported in representing and exploring hypertextuality in a Web environment, and in producing new hypertexts which integrate or 'glue together' existing Web resources (ideas, concepts, data, descriptions, experiences, claims, theories, suggestions, reports, etc). Following the combining of the two projects we report on some initial evaluation of the AWF system by dance experts, and discuss where the relationship might lead and potential future outcomes of the collaboration
(Meta-)stable phases and pre-Guinier-Preston zones in AlCu alloys constructed from ab initio relaxed atomic positions - Comparison to experimental methods
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Towards a Knowledge-Aware Office Environment
No full textThe objective of the Semantic Web is to make the Web amenable to computer processing, and hence to improve the value that humans can obtain from it. One of the oft-touted user benefits is improved searching: better-described resources allow search engines to provide better-targeted search results. The aim of this paper is to investigate the way in which Semantic Web technologies can be applied to an office environment as the context in which people work and carry out day-to-day document tasks, focusing on the issues of creating and re-using knowledge-rich documents within that environment. To address these issues, we have analysed and subsequently modelled the knowledge flow in a business writing scenario, and integrated an established commercial off-the-shelf office production environment with knowledge Web services to assist the author in carrying out knowledge writing tasks
