Kompetenzfeld und Forschung Werkstofftechnik

Entwicklung von Metallmatrix-Verbundwerkstoffen auf Grundlage von Ni-Basis-Superlegierungen mit hoher Kriechfestigkeit

Mit dem Ziel, leichtere und widerstandsfähigere Werkstoffe für Flugzeugturbinenschaufeln bereitzustellen, schlägt die Forschungslinie die Verwendung innovativer Metallmatrix-Verbundwerkstoffe vor. Durch die Kombination herkömmlicher Superlegierungen auf Ni-Basis mit Titankarbiden in Form von Partikeln können Werkstoffe mit überlegener Kriechfestigkeit hergestellt werden. Diese werden anschließend mit Techniken wie REM, EBSD, XRD und TEM sowie mechanisch in Zug- und Druck-Kriechversuchen bei Temperaturen zwischen 600 und 800 °C geprüft. Die Phasen werden identifiziert, quantifiziert und eingehend analysiert, um Zusammenhänge zwischen Mikrostruktur und mechanischem Verhalten herzustellen. Schließlich werden die Verbundwerkstoffe mit der besten Leistung zu Kandidaten für die Anwendung, da sie das Potenzial haben, die Leistung und den Wirkungsgrad der Turbine zu erhöhen.

Projektbearbeiter: Dr.-Ing. Georges Lemos

In der Aufbau- und Verbindungstechnik im Bereich mikroelektronischer Systeme erfordern steigende Anforderungen an Miniaturisierung und Erhöhung der Funktionsdichte zunehmend spezialisiertere Kenntnisse über den Aufbau und die mechanischen Eigenschaften der Fügestellen zwischen bspw. Leiterbahnen und elektronischen Elementen wie Chips oder Widerständen. Die dafür notwendigen Verbindungen werden dabei häufig durch Löten unter Verwendung bleifreier metallischer Legierungssysteme erzeugt. Letztere kann jedoch, in Folge von mechanischer wie thermischer Belastung, beispielsweise induziert durch Temperaturzyklen, zum Ausfall der Lötstelle und der elektronischen Komponente führen. Deren Zuverlässigkeit kann dabei stark von den anisotropen mechanischen Eigenschaften des verwendeten Lots und dessen Partikelstruktur beeinflusst sein, welche dynamische Veränderungen während der Lebensdauer erfahren kann.
Der Fokus der Untersuchungen dieses Projekts liegen daher auf dem mechanischen Charakterisieren des Kriechverhaltens und den elastischen Eigenschaften des weit verbreiteten Lots Sn-Ag3,8-Cu0,7 sowie fortschrittlichen Methoden der Gefügeanalyse wie REM, EBSD und XRD.

Projektbearbeiter: Benedikt Ernst

Im Rahmen neuer Lösungsansätze zur Gestaltung der Mobilität der Zukunft haben sich insbesondere Elektrofahrzeuge hervorgetan. Für den Aufbau der Traktionsmaschinen kommen Elektrobleche zum Einsatz, die zur Führung des magnetischen Flusses im Rotor bzw. Stator dienen. Die magnetischen und mechanischen Eigenschaften der Elektrobleche sind hierbei entscheidend für die Effizienz und das Leistungsgewicht der elektrischen Maschine und unterliegen hohen Anforderungen. Zudem führen geringe Blechdicken von etwa 0,25 mm und hohe Drehzahlen im dynamischen Betrieb zu hohen mechanischen Belastungen im Rotor.

Für die betriebsfeste Auslegung von Elektroblech ist es daher unerlässlich, die zyklischen Festigkeitseigenschaften von Elektroblech und deren Beeinflussung durch den Fertigungsprozess zu kennen. Durch die enge Zusammenarbeit von experimentell abgesicherten Werkstoffuntersuchungen und numerischer Simulation soll eine effiziente und sicherer Vorhersagemöglichkeit der Lebensdauer gestanzter Elektrobleche erarbeitet werden.Projektlaufzeit: Dezember 2019 – November 2022 (3 Jahre)

Projektbearbeiter: Paul Kubaschinski, M. Eng.

Im Rahmen meines Promotionsprojekts „Hochtemperaturverhalten von Al-Hochleistungslegierungen für die additive Fertigung“ wird die bewährte AlSi10Mg-Legierung für das Laser-Strahlschmelzen mit einer etablierten höherfesten (Scalmalloy®) und einer neuartigen höherfesten (Scancromal®) Aluminiumlegierung verglichen. Um das Hochtemperaturverhalten genauer zu untersuchen werden die Legierungen nach unterschiedlichen Wärmebehandlungen auf die gebildeten Phasen und Ausscheidungen
hin untersucht. Dabei sollen für eine Erweiterung des Prozessverständnisses der additiven Fertigungstechnologie insbesondere die metallurgischen Vorgänge untersucht
und verstanden werden.