Trotz des vielversprechenden Potenzials von Kohlenstofffasern für die Verstärkung von Aluminium aufgrund ihrer exzellenten mechanischen Eigenschaften, ihrer Hochtemperaturstabilität sowie der geringen Herstellungskosten im Vergleich zu keramischen Fasern stellt insbesondere die Verträglichkeit an der Grenzfläche Kohlenstoff/Aluminium immer noch eine technische Herausforderung dar. Zum einen können sich Aluminiumkarbide als Reaktionsprodukte während der Herstellung an der Faser-Matrix-Grenzfläche bilden und ausscheiden, die die mechanischen Eigenschaften des Materials beeinträchtigen und Risiken hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit gegenüber wässrigen Medien schaffen. Zum anderen ist die Benetzung unbehandelter Kohlenstofffasern durch die Aluminiumschmelze sehr begrenzt, was negative Auswirkungen auf die Infiltration der textilen Strukturen und Faserstränge beim Herstellungsprozess hat.
In der vorliegenden Arbeit wird vor diesem Hintergrund die Entwicklung von kosteneffizienten Faserbeschichtungen mit keramischen Dünnschichten über Flüssigphasenprozesse sowie die Optimierung des Verdichtungsvorgangs bei der MMC-Herstellung von AlSi-Legierungen im teilflüssigen Zustand betrachtet. Die im Bereich der Fertigung von modernen Massivkeramiken bereits nachgewiesene Eignung des Spark-Plasma-Sinter-Verfahrens (SPS) wird hier erstmals zur Konsolidierung endlosfaserverstärkter Leichtmetalle eingesetzt und untersucht. Die Studie beinhaltet die Werkstoff- und Verfahrensentwicklung über die gesamte Fertigungsprozesskette, die Herstellung und Charakterisierung von faserverstärkten Leichtmetallen mit erhöhten spezifischen mechanischen Eigenschaften und die Untersuchung von schadenstoleranten Versagensmechanismen mit Blick auf unterschiedliche neue Anwendungen.
Aktualisiert: 2020-07-23
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Um kostengünstige und aber verschleißbeständige Schutzschichten zu erzeugen, wurden in Rahmen dieser Arbeit unterschiedliche Einflussfaktoren, wie z.B. Nachbearbeitungsmethode, Eigenspannungen und Korngrößen der Zusatzhartstoffpartikeln in der Schicht, auf die tribologischen Eigenschaften der lichtbogenspritzschichten aus Eisen- und Nickelbasislegierungen untersucht. Um den tatsächlichen Verlauf des Verschleißprozesses Schritt für Schritt zu beobachten wurden in-situ Verschleißtests durchgeführt.
Aktualisiert: 2019-11-19
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Die Qualität thermisch gespritzter Schichten ist abhängig von diversen Faktoren wie Haftung,Porosität, Eigenspannungen und Mikrorissen. Maßgebend für diese Schichteigenschaftensind letztlich die Eigenschaften der Spritzpartikel unmittelbar vor dem Aufprallauf das Substrat. Hierzu zählen vor allem die Partikelgeschwindigkeit, die Temperaturund das Aufschmelzverhalten sowie die Partikelgröße. Durch Beeinflussung dieser Faktorenkönnen die Schichteigenschaften gezielt eingestellt und optimiert werden. In dieser Arbeit wird in einem ersten Schritt gezeigt, wie bei dem Lichtbogenspritzprozess, der als das wirtschaftlichste thermische Spritzverfahren gilt, die Einflussgröß Partikelgeschwindigkeitvor dem Aufprall auf das Substrat durch ein gezieltes Design einer Düse mittels numerischer Simulation deutlich erhöoht werden kann. Darüber hinaus wird am Beispiel des atmosphärischen Plasmaspritzens ein Simulationsverfahren entwickelt, das basierend auf den oben genannten Einflussgrößen eine Schichtsimulation ermöglicht. Hier werden durch eine Kopplung von numerischer Strömungsmechanik und der Finite Elemente Methode die Porenbildung und der 'curling-up' Effekt, welche beim Abkühlungsprozess der erstarrten Partikel auftreten, einbezogen.
Aktualisiert: 2019-11-07
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