Bachelorarbeiten

Die maßgeschneiderte Herstellung dünner Schichten ist ein großes Forschungsgebiet mit besonderem Interesse für fortgeschrittene funktionelle Anwendungen wie Sensoren, Photonik und Biooberflächen. Eine vielversprechende Methode zur Anpassung der makroskopischen und nanoskaligen Schichteigenschaften bei plasmagestützten Beschichtungsverfahren stellt die Aktivierung von piezoelektrischen Substraten durch stehende akustische Wellen (AW) während des Beschichtungsprozesses mithilfe von Sinusspannungen im unteren MHz-Bereich dar. Diese Arbeit befasst sich mit plasmaabgeschiedenen Silberdünnschichten auf piezoelektrische LiNbO3-Substrate unter dem Einfluss von AW unter Verwendung des Magnetronsputterns (MS) als Abscheidetechnik. In diesem Zusammenhang können verschiedene Einflussparameter, welche das Resonanzverhalten der Proben während der Schichtabscheidung beeinflussen, durch einen optimierten Beschichtungsprozess mit einer Abscheidung im schrägen Winkel (oblique angle deposition (OAD)) minimiert werden. Die Auswirkungen der AW-Unterstützung während des Beschichtungsprozesses werden anhand von makroskopischen Strukturierungen sowie optischen und morphologischen Veränderungen der Silberdünnschichten aufgezeigt.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, austenitische Stähle hinsichtlich ihrer Eignung für den Einsatz als alternative Materialien für Bipolarplatten in Brennstoffzellen zu untersuchen. Für die Randschichtbehandlung der RS-Stähle wurde in der vorliegenden Arbeit der austenitische Stahl 1.4404 aufgrund seiner guten Korrosionseigenschaften ausgewählt und mithilfe von plasmagestützen Diffusionsverfahren behandelt. Dabei stand der Einfluss der verschiedenen Prozessparameter auf die veränderten Werkstoffeigenschaften im Vordergrund. Die mikrostrukturellen Eigenschaften wurden mittels Lichtmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie (REM) untersucht und die Korrosionseigenschaften wurden mittels potentiodynamischer Polarisationsprüfung in säurehaltiger Umgebung getestet. Zudem wurde der Kontaktwiderstand vor und nach der Korrosion gemessen. Es wurden statistische Auswertungen durchgeführt, um signifikante Effekte zwischen der Mikrostruktur und den Prozessparametern und den Korrosionseigenschaften, sowie den elektrischen Kontakteigenschaften zu identifizieren. Dabei wurde ein Zusammenhang zwischen Mikrogefüge und gewählten Prozessparametern aufgezeigt. Die durch den Diffusionsprozess in die Oberfläche eingelagerte Fremdelemente wie Stickstoff bzw. Kohlenstoff führten zu Gitterverzerrungen, die zu einem Härteanstieg und einer Aufrauung der Oberfläche beitragen. In Korrosionstests zeigten sich plasmacarburierte Proben als korrosionsbeständiger als entsprechende plasmanitrierte Proben. Auch die Kontaktwiderstände ergaben bessere Eigenschaften für carburierte Stähle im Vergleich zu nitrierte, wohingegen die carburierten Stähle nach der Korrosion wesentlich schlechtere Kontaktwiderstände aufwiesen. Insbesondere scheint das Plasmanitrocarburieren als eine Kombination aus Plasmanitrieren und -carburieren vielversprechende Ergebnisse zu liefern. Darüber hinaus wurde auf experimenteller Basis ein Modell entwickelt, welches es erlaubt, die Dicke der S-Phase für ausgewählte austenitische Stähle vorherzusagen. Dies bietet das Potenzial, neben der tribologischen Optimierung auch den Einfluss der Parameter auf die Korrosionseigenschaften zu untersuchen.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist eine Werkstoffkombination für Anwendungen im Fahrzeugexterieur zu identifizieren und zu validieren, die im Vergleich zu den etablierten CFK-Exterieurbauteilen eine deutlich verbesserte CO₂-Bilanz aufweisen. Im Rahmen der Arbeit wurden zwei Designausprägungen als Hauptrichtungen untersucht: Einerseits der Erhalt der etablierten 2/2 3K Köperoptik, andererseits die Definition zielführender neuartiger Optiken durch die Verwendung neuer Faserverbundstoffe. Eine Werkstoffauswahl sowie eine CO₂-Bilanz und die anschließende Qualifizierung für den Exterieurbereich standen im Fokus der Untersuchung. Eine Recherche zu den Faserarten wurde durchgeführte, dabei wurde mit einer Bewertungsmatrix die Flachsfaser als Zielführend definiert. Für die Flachsfaser wurde eine CO₂-Bilanz erstellt und ein Vergleich zu anderen Faserwerkstoffen wurde gezogen. Eine Senkung des ökologischen Fußabdrucks durch die Substitution von Kohlenstoff- durch Flachsfaser konnte für nicht-strukturelle Exterieurbauteile aufgezeigt werden. Die Feuchtigkeitsaufnahme von flachsfaserverstärkten Kunststoffbauteilen, die im Prepreg Autoklavverfahren hergestellt wurden, wurde im Kondenzwasserkonstantklimatest geprüft. Eine Aufnahme von Feuchtigkeit konnte festgestellt werden. Durch das Auftragen einer geeigneten Kantenversiegelung konnte die Wasseraufnahme reduziert werden. Im Klimawechseltest wurden die Formtreue und Passgenauigkeit so wie die Oberflächenbeschaffenheit nach thermischen Belastungen geprüft. Teile, die im Resin Transfer Moulding (RTM) Verfahren hergestellt wurden, weisen eine höhere Resistenz gegenüber den Belastungen des Klimawechseltests auf im Vergleich zu den Prepregautoklav Bauteilen. Die Bauteiloberfläche zeigt kein Setzen des Klarlacks oder des Harzes, was die Abzeichnung der Faserstruktur zur Folge hätte. Im Autoklavprozess hergestellte Komponenten weisen nach dem Testzyklus eine deutliche Abzeichnung der Gewebestruktur auf. Die Eignung von reinem naturfaserverstärkten Kunststoff (NFK) und der Hybridvariante als Frontaufsatz in Hinblick auf den Fußgängerschutz konnte nachgewiesen werden. Die Arbeit konzentrierte sich mit der Qualifikation des Werkstoffes Flachs auf die Verbesserung der Nachhaltigkeit für Exterieurbauteile und zeigte auf, dass erhebliche Senkungen der Treibhausgasemissionen möglich sind. Die vollständige Substitution der Kohlenstofffaser erfordert weitere Optimierungen und Tests.

Additive Fertigungsverfahren, insbesondere das Selektive Lasersintern von Kunststoffen, werden im Bereich der Kleinserien gegenüber traditionellen Fertigungsverfahren (z.B. Spritzgießen) zunehmend kompetitiver. Dabei werden an die additiv gefertigten Funktionsbauteile die gleichen Anforderungen wie an konventionell Bauteile gestellt. Im Bereich des Personentransportes (Auto, Flugzeug, Zug) müssen die Bauteile die hohe Leistungsfähigkeits- und Flammschutzanforderungen der Industrie erfüllen. Bestehende kommerzielle, flammgeschützte SLS-Materialien erfüllen dies nur bedingt oder verlieren zeitnah ihre REACH-Konformität aufgrund der enthaltenen, halogenhaltigen Additive. Daraus leitet sich am Markt ein Bedarf an neuen, performanten und umweltfreundlich flammgeschützten SLS-Materialien ab. In dieser Arbeit werden verschiedene flammgeschützte SLS-Materialien auf Basis von Polyamid hergestellt und hinsichtlich der für den SLS- Prozess relevanten Eigenschaften untersucht, wobei der Fokus auf der Partikelanalytik liegt. Weiterhin werden die erhaltenen Pulver durch Druckversuche bezüglich ihrer Verarbeitbarkeit im SLS-Prozess evaluiert und gefertigte Bauteile in Hinblick auf Sinterdichte, mechanische Eigenschaften und Brandverhalten analysiert.

Klimaerwärmung, Ressourcenschutz und Senkung von Treibhausgas-Emissionen - das sind die größten Herausforderungen im heutigen Technologiezeitalter. Die wahrscheinlich einzige Technologie, die ökologische und ökonomische Vorteile miteinander vereint, ist der Leichtbau. Oder anders gesagt: Leichtbau ist gut fürs Klima und den Gelbeutel. Die derzeit eingesetzten metallischen Leichtbauwerkstoffe sind größtenteils Aluminium, hochfeste Stähle und Titan. Einen geringen Anteil macht das Leichtmetall Magnesium aus, welches sogar deutlich leichter als das etabliertere Aluminium ist. In der Grundlagenforschung, der modernen Metallforschung und Werkstoffprüfung zu neuen Materialien und Werkstoffen ist die Metallographie daher nicht mehr wegzudenken. Da sich die Metallographie von Magnesiumlegierungen aufgrund von verschiedenen Eigenschaften schwierig gestaltet, soll diese Arbeit die Problematik aufgreifen, um eine Art Präparationsanleitung zu erstellen und sinnvolle metallographische Gefügebilder zu erhalten. Zu Beginn dieser Arbeit werden Zielstellungen des Projektes formuliert. Im Stand der Technik wird neben Grundlagen der Metallographie auch auf die Anwendungen von Magnesium in der Industrie eingegangen. Es wird eine Art Bearbeitungsanleitung für die Metallographie von Magnesium erstellt und diese auf drei unterschiedliche Legierungen angewandt. Die damit hergestellten Proben werden im Anschluss daran mittels Röntgenfluoreszensanalyse, Lichtmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie analysiert und das entstandene Gefüge ausgewertet.