Werden zwei Metalle verbunden, z.B. durch elektrolytisches Plattieren, so beginnen Atome zu wandern: Metall A wandet in B, Metall B in A (sog. Diffusion). Ziel ist es, die Konzentrationsunterschiede abbauen. Begünstigt wird dieser Prozess durch lange Zeiten und/oder erhöhte Temperaturen.
Im Idealfall müßten dafür aber beide Diffusionsströme gleich groß sein, d.h. die Diffusion von A in B verläuft genauso schnell, wie die Diffusion von B in A.
Ein Maß für den Ablauf der Diffusion ist der sog. Diffusionskoeffizient. Als Stoffkonstante beschreibt er, wie stark (schnell) die Diffusion (Wanderung von Atomen) erfolgt.
Wären nun im oben geschilderten Fall die Diffusionskoeffizienten von A und B gleich groß, würden sich im Idealfall auf beiden Seiten je 50 % A und 50 % B einstellen.
Das ist aber eigentlich nie der Fall!. Die Tabelle zeigt, die Diffusionskoeffizienten verschiedener Metalle können sich sehr unterscheiden. Wenn sich die Werte stark unterscheiden, so stellen sich zwei unterschiedlich starke, entgegengesetzt gerichtet Diffusionsströme ein.
Möglich ist dieser Effekt aber auch in Legierungen, z.B. in CuZn (Messing) mit unterschiedlichen Zn-Gehalten stärkere Diffusion von Zn oder in Kombinationen von Legierungen und Reinmetallen Zn aus CuZn diffundiert rasch in ein Cu-Blech, Cu wird dicker, die Messing-Seite bekommt Leerstellen und Löcher
Ein Messingblock CuZn30 wird elektrolytisch mit Kupfer plattiert. Dieser wird nun geglüht, bei 785°C über 5 Tage. Dabei wird es, entsprechend der o.g. Aussagen zu zwei entgegengesetzten, unterschiedlich starken Diffusionsströmen kommen: * Zn aus dem Messingblock diffundiert stark in die Cu-Hülle und läßt Leerstellen im Ms zurück. * Cu aus der Hülle diffundiert ganz gering in das Messing. Folge: Die Plattierungsschicht Cu wird dicker (Cu+Zn).
Eineinfaches Aufschneiden und Messen ist schwierig, da die Phasengrenzen infolge der Diffusion verwischt sind. Es ist also notwendig, die Phasengrenzen Grenzen irgendwie zu markieren. Dabei darf die Markierung natürlich nicht am Diffusionsprozess teilnehmen und nicht löslich sein.
Nach dem Glühen wird der Block wieder aufgeschnitten und anhand der Markierungen wird ausgemessen, wie weit sich die Phasengrenzen verschoben haben.
Kirkendall markierte die Phasengrenzen mit Molybdändrähten, die er vor dem Plattieren um den Ms-Block wickelte. Durch die Verarmung des Ms-Blockes an Zn wird dieser dünner, d.h. die Markierungen werden in Richtungen in Richtung des Messing-Blockes verschoben.
Dieser Effekt ist also in Metallkombinationen mit stark unterschiedlichen Diffusionskoeffizienten zu berücksichtigen, insbesondere bei erhöhter Einsatztemperatur. Wichtig ist die z.B. für Oberflächenbeschichtungen oder in der Halbleitertechnik.
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