Die folgenden Projekte werden aus EFRE-Mitteln gefördert. Das Fachgebiet Metallkunde und Werkstofftechnik bedankt sich beim Fördergeber für die Möglichkeit zur Realisierung der Forschungsvorhaben.
Beschaffung eines Funkenspektrometers zur Bestimmung der Zusammensetzung von gängigen und neuartigen Werkstoffen (EFRE-Projekt: 85007054)
Laufzeit: 11/2016 – 06/2017
Durch die Maßnahme soll ein Funkenspektrometer beschafft werden, welches nicht nur analytische Methoden zur Charakterisierung von Metallen auf Basis von Eisen, Titan, Aluminium und Nickel, sondern insbesondere auch eine zeit- und ortsaufgelöste Auswertung bietet. Durch die einfache Handhabung und die kurzen Prozesszeiten ist eine schnelle Serienprüfung möglich. Verschiedene Funkenstandsplatten ermöglichen außerdem die Prüfung variabler Geometrien. Durch die Einzelauswertung der Funken und die Steuerbarkeit der Entladungszeit und des Entladungsstroms kann zu dem ein einzigartiges Zusammensetzungstiefenprofil erstellt werden.
Die bisherigen Möglichkeiten decken dabei insbesondere die sehr leichten Elemente wie Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff nicht ab, so dass eine exakte Bestimmung oftmals nicht möglich ist. Die sehr gute Auflösung eines Funkenspektrometers ermöglich ein höchstmögliches Maß an Genauigkeit für nahezu alle Elemente des Periodensystems.
Investition in innovative und ressourcenschonende Werkstoffprüftechnik für Mikro- und Nanomaterialien ( EFRE-Projekt: 85007055)
Laufzeit: 09/2016 – 03/2017
Durch die Investition sollen die Kompetenzen im Bereich der mechanischen Prüfung von Mikroproben erweitert werden, welche gemeinsam mit der vorhandenen Kompetenz im Bereich der Mikrostrukturanalyse zu deutlichen Verbesserungen des Verständnisses von Werkstoffen führen werden. Hinsichtlich der Anschaffung des Prüfgeräts mit der dazugehörigen Ausstattung ergeben sich folgende Ziele und Aufgaben:
Das Ziel des servo-elektrischen Lastrahmens ist die mechanische Langzeitprüfung von oligokristallinen (oder nanokristallinen) Werkstoffen und Mikroproben, um deren veränderte Materialeigenschaften im Vergleich zu den herkömmlich geprüften polykristallinen Proben und Bauteilen detektieren zu können. Die Proben lassen sich nach verschiedenen Prüfintervallen zeitnah und effektiv für eine mikroskopische Untersuchung entnehmen, sodass eine stadienübergreifende mikrostrukturelle Analyse möglich wird.
Innovationsfördernde Erweiterung der Mikrostrukturcharakterisierung zur Analyse neuartiger Werkstoffe (EFRE-Projekt: 85000739)
Laufzeit: 02/2016 – 07/2016
Durch die Erweiterung wurden die Kompetenzen im Bereich der Rasterelektronenmikroskopie weiter ausgebaut. Als übergeordnetes Ziel galt die Verbesserung der Mikrostrukturanalyse mittels Rasterelektronenmikroskop. Hinsichtlich der einzelnen Geräte ergaben sich folgende Ziele und Aufgaben:
Aktives Schwingungsdämpfungsisolationssystem
Das Ziel der aktiven Schwingungsdämpfung war die Abkopplung des analytischen Systems von der räumlichen Umgebung. Die bisherige Lösung erreichte nicht die notwendige Abkopplung, um auch die größtmögliche Präzision des Rasterelektronenmikroskops zu erreichen. Durch die beantragte aktive Abschirmung werden Schwingungen deutlich effektiver gedämpft, so dass die mögliche Präzision wesentlich verbessert wird.
Plasma-Reinigungssystem
Da Bruchflächen und freie Oberflächen nicht wie ein Mikroschliff präpariert werden können, befinden sich neben Partikeln aus der Umgebungsluft auch Oxidschichten auf der zu untersuchenden Probenoberfläche. Der Abtrag solcher oberflächlichen Verunreinigungen ist schwierig, da ein mechanischer Abtrag die zu untersuchenden Bereiche zerstören würde. Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Forschung an koronaren Stents im Rahmen eines laufenden DFG-Projektes. Durch den Einsatz eines Plasmareinigers wird die erforderliche exzellente Oberflächenqualität zur Charakterisierung solcher Bauteile ohne mechanische Belastung gewährleistet. Das Ziel des Plasmareinigungssystems ist es, durch ein aufgeladenes Plasma die obersten Atomlagen abzutragen, ohne dabei die Oberfläche zu zerstören und so die Analyse zu ermöglichen.
Elektrolytisches Polier- und Ätzgerät
Je nach untersuchter Werkstoffklasse werden unterschiedliche Präparationsschritte notwendig, um die bestmögliche Oberflächengüte zu erhalten. Insbesondere bei neuartigen Werkstoffen und neuartigen Analyseverfahren (z.B. EBSD-Analyse) gelangten die vorhandenen Möglichkeiten teilweise an ihre Grenzen, so dass nicht immer die Oberflächengüte erreicht wurde, die eine Analyse der Mikrostruktur ohne weiteres ermöglichte.
So erhält man beispielsweise die Werkstoffinformation bei der EBSD-Analyse aus den oberen hundert Nanometern der Probe. Ist diese dünne Oberflächenschicht verformt oder unzureichend poliert, ist keine Messung möglich. Durch das elektrolytisches Polier- und Ätzgerät wurde, neben den bereits vorhandenen Kapazitäten des mechanischen Polierens, eine weitere Möglichkeit geschaffen, Mikroschliffe zu präparieren. Dank variabler Abtragsraten sind deutlich bessere Oberflächengüten erreichbar.
INCA-Softwareupgrade und Erneuerung der Analyse- und Steuerungshardware
Das vorhandene INCA-System dient der chemischen Analyse von Werkstoffen. Dabei wird das durch Elektronenbeschuss erzeugte Röntgenspektrum des untersuchten Materials detektiert und ausgewertet. In den letzten 6 Jahren wurden neue Algorithmen entwickelt um die Analyse nicht nur schneller, sondern auch vielseitiger und exakter durchführen zu können. Dadurch ist es nun möglich qualitativ hochwertigere Ergebnisse zu generieren.
Erweiterung der Werkstoff- und Bauteilcharakterisierung mittels Transmissionselektronenmikroskopie (EFRE-Projekt: 80160686)
Laufzeit: 03/2014 – 12/2014
Durch die Beschaffung der "lonendünnung“ wurde ein vorhandenes Kompetenzgebiet wesentlich erweitert. Dabei bindet sich das Gerät ohne Kompromisse oder thematische Überschneidungen in das Fachgebietprofil mit ein. Nach entsprechenden Vorversuchen wurden Präparationen für das inzwischen abgeschlossene DFG Projekt „Messung und Simulation der monotonen und zyklischen Verformung oligokristalliner Strukturen am Beispiel koronarer Stents“ mit diesem Gerät durchgeführt, was dem Projektverlauf wesentlich zugutekam. Im Rahmen von laufenden Promotionen werden Querschnittspräparationen an dünnen Schichten sowie tribologisch belastete Proben analysiert. Die in diesem Zusammenhang erworbene Zusatzkompetenz der Mitarbeiter bietet die Basis weitere Forschungsvorhaben zu starten, die bisher an den unzureichenden Präparationsmöglichkeiten gescheitert waren. Die neu geschaffenen Kapazitäten erweitern das Spektrum der Mikrostrukturcharakterisierung wesentlich.
Die Erweiterung des Zentrums für Werkstoff- und Bauteilcharakterisierung mittels Transmissionselektronenmikroskopie ermöglicht durch das Zusatzgerät „lonendünnung" nicht mehr nur die Analyse von Standardproben aus Vollmaterial, sondern auch die von Spezialproben wie Querschliffen und Mikrobauteilen, was der BTU Cottbus ein Alleinstellungsmerkmal in Brandenburg hinsichtlich der TEM-Präparationstechniken verschafft. Die inbegriffene Stickstoffkühlung garantiert, dass auch bei empfindlichen Proben keine thermisch bedingten Präparationsartefakte auftreten. Falls es sich später als notwendig herausstellen sollte, ist die Ionendünnung mit einem digitalen Zoom-Mikroskop als Ersatz für ein optisches Mikroskop sowie mit einem Labor-PC (mit separatem Monitor) und entsprechender Software zur Korrelationsmöglichkeit zu TEM Aufnahmen erweiterbar.
Einrichtung eines Prüfzentrums für mechanische Werkstoffprüfung im Kleinlastbereich und Rissforschungsuntersuchungen (EFRE-Projekt: 80158144)
Laufzeit: 09/2013 – 12/2014
Durch die Beschaffung des Prüfzentrums konnte ein neues Kompetenzgebiet dem bereits vorhandenen Forschungsgebiet hinzugefügt werden. Nach Vorversuchen und Erweiterung der Anzahl an möglichen Probenaufnahmen sowie der Optimierung der Software hinsichtlich der speziellen Anforderungen können nun Prüfungen im Bereich der Leichtbaumetalle durchgeführt werden. Dabei besteht ein besonderes Interesse darin, Risswiderstand und Rissfortschrittsgeschwindigkeit von Titan-Aluminium-Legierungen in Konkurrenz zu konventionell eingesetzten Nickelbasis- bzw. Titanbasislegierungen zu bestimmen. Dabei werden gezielt Risse in entsprechende Prüfkörper induziert, um sie anschließend kontinuierlich unter zyklischer Belastung zum Versagen des Prüfkörpers zu führen. Die somit ermittelbaren Kennwerte stellen eine aussagefähige Kenndatenbasis für den neuartigen Werkstoff dar. Des Weiteren soll das Prüfzentrum auch für konventionelle Prüfungen umgerüstet werden, um eine Prüfung im Kleinlastbereich zu ermöglichen. Dabei besteht die Möglichkeit, sowohl Zug-/Druck- als auch Biege- und Ermüdungsversuche durchzuführen. Die bisherigen Möglichkeiten des Lehrstuhls beschränkten sich auf große Lasten und große Bauteilgeometrien.