TY - CONF A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Sonntag, Nadja A1 - Nolze, Gert A1 - Agudo Jácome, Leonardo A1 - Roohbakhshan, Farshad A1 - Fedelich, Bernard A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Jürgens, Maria T1 - Cyclic mechanical performance and microstructure evolution of P92 under LCF and TMF conditions N2 - 9-12% Cr ferritic-martensitic stainless steels are widely used as high temperature construction materials in fossil fueled power plants due to their excellent creep and oxidation resistance, but changes in electricity markets during the last two decades have considerably changed the typical working conditions of these facilities. The growing contribution of renewable energy sources in power generation forces most of these plants into flexible operation with frequent load shifts or shutdowns. These cyclic operation profiles constitute a major lifetime issue, raising the question which fundamental processes govern the reaction of ferritic-martensitic steels to cyclic load and temperature variations. The present contribution reports on current findings obtained in a multidisciplinary project funded by German Ministry of Education and Research (BMBF) which combines cyclic mechanical and cyclic oxidation testing of different 9-12% Cr grades with detailed microstructural analyses and related micromechanical modeling. In this contribution, an overview will be given on the results obtained in the mechanical testing programme of the project. Mechanical analyses were carried out on P91 and (mainly) P92 steel grades, particularly looking at softening phenomena and lifetimes obtained in isothermal cyclic loading (low cycle fatigue, LCF), non-isothermal cyclic loading (thermo-mechanical fatigue, TMF), and service-like combinations of fatigue and creep/relaxation periods. For this purpose, cylindrical specimens were extracted from thick-walled steam pipes, orthogonal to the pipe axis, and subjected to strain controlled cyclic loading (± 0.2 to ±0.5 % mechanical strain). Temperature intervals of TMF tests were chosen as either 300-620°C or 500-620°C, resembling so-called warm or hot start conditions of a power plant. The test results will be presented and discussed with a focus on the impact of hold periods during testing (combined creep/relaxation-fatigue conditions) on mechanical softening, lifetime and formation of cracks. The findings will be complemented by results on the modification of the hierarchical ferritic-martensitic microstructure under different loading scenarios. T2 - 4th International Workshop on Thermo-Mechanical Fatigue 2019 CY - Berlin, Germany DA - 13.11.2019 KW - Power plant KW - Tempered martensite ferritic steels KW - Thermo-Mechanical Fatigue KW - Microstructure modification KW - EBSD PY - 2019 AN - OPUS4-50053 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Suárez Ocano, Patricia A1 - Fries, S. G. A1 - López-Galilea, I. A1 - Ruttert, B. A1 - Theisen, W. A1 - Agudo Jácome, Leonardo T1 - Microstructural characterization of the AlMo 0.5 NbTa 0.5 ZrTi refractory complex concentrated alloy N2 - A set of some unexpected and interesting microstructures has put the so-called complex concentrated alloys (CCAs) in the eye of the scientific community and the AlMo0.5NbTa0.5TiZr refractory (r)CCA, aimed at substituting Ni-base superalloys in gas turbine applications, belongs to this alloy family. The AlMo0.5NbTa0.5TiZr rCCA was studied by SEM, EDX, EBSD and TEM, showing the presence of a nanoscopic basket-wave structure inside the grains, with two BCC phases. Additionally, thermodynamic calculations on the AlMo0.5NbTa0.5TiZr alloy were done with two different proprietary databases that anticipate two BCC-disordered phases with distinct constitutions as well as an HCP phase. T2 - Symposium on Advanced Mechanical and Microstructural Characterization of High-Entropy Alloys CY - Bochum, Germany DA - 03.02.2020 KW - High Entropy Alloy KW - EBSD KW - Microstructure Characterization PY - 2020 AN - OPUS4-50729 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Agudo Jácome, Leonardo A1 - Jürgens, Maria A1 - Sonntag, Nadja A1 - Olbricht, Jürgen A1 - Skrotzki, Birgit T1 - Cyclic operation performance of 9 -12% cr ferritic martensitic steels part 1: cyclic mechanical behavior under fatigue and creep fatigue loading N2 - 9-12% Cr ferritic-martensitic stainless steels are widely used as high temperature construction materials in fossil fueled power plants due to their excellent creep and oxidation resistance, but changes in electricity markets during the last two decades have considerably changed the typical working conditions of these facilities. The growing share of renewable energy sources in power generation forces most of these plants into flexible operation with frequent load shifts or shutdowns. These cyclic operation profiles constitute a major lifetime issue, raising the question which fundamental processes govern the reaction of ferritic-martensitic steels to cyclic load and temperature variations. The present contribution reports on current findings obtained in a multidisciplinary project funded by German Ministry of Education and Research (BMBF) which combines cyclic mechanical and cyclic oxidation testing of different 9-12% Cr grades with detailed microstructural analyses and related micromechanical modeling. In the present first part of our contribution, an overview will be given on the results obtained in the mechanical testing programme of the project. Mechanical analyses were carried out on P91 and (mainly) P92 steel grades, particularly looking at softening phenomena and lifetimes obtained in isothermal cyclic loading (low cycle fatigue, LCF), non-isothermal cyclic loading (thermo-mechanical fatigue, TMF), and service-like combinations of creep and fatigue periods. For this purpose, cylindrical specimens were extracted from thick-walled steam pipes, orthogonal to the pipe axis, and subjected to strain controlled cyclic loading (± 0.2 to ±0.5 % mechanical strain) to different degrees of softening at temperatures up to 620 °C. The test results will be presented and discussed with a focus on the impact of hold periods (i.e. combined creep-fatigue conditions) on mechanical softening, lifetime and crack formation. Details on the microstructural evolution and their representation in a micromechanical model will be given in a second, complementary contribution to this conference. T2 - 45. MPA-Seminar CY - Stuttgart, Germany DA - 01.10.2019 KW - Tempered Martensite Ferritic Steels KW - Low Cycle Fatigue KW - Creep-Fatigue KW - Thermo-Mechanical Fatigue KW - P92 PY - 2019 AN - OPUS4-50050 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Manzoni, Anna Maria A1 - Mohring, W. A1 - Karafiludis, Stephanos A1 - Schneider, M. A1 - Haas, S. A1 - Hagen, S. A1 - Glatzel, U. A1 - Laplanche, G. A1 - Stephan-Scherb, C. T1 - Corrosion in the Co-Cr-Fe-Ni high entropy alloy family N2 - While a lage amount of research on high entropy alloys is oriented towards mechanical properties and the microstructural improvement it is also necessary to keep an eye on the environment that potential application materials will be submitted to. The Co-Cr-Fe-Ni based high entropy family has shown great potential over the years of high entropy research and some candidate alloys are chosen for an insight into their corrosion behaviour. Several atmospheres are studied, i.e. O2, H2O, SO2 and a mix thereof in argon as well as synthetic air. Just as for classic alloys, the chromium is the most important element in terms of protection agains further corrosion. The addition of manganese, as in case of the “Cantor alloy” CrMnFeCoNi, overpasses Cr when it comes to oxygen affinity and thus counteracts the layer formation of Cr2O3. Even without Mn, a temperature chosen too high will also affect the formation of the chromium oxide layer and spall it off, annulling its protective potential. We can also observe how trace elements influence the layer formation. These effects and their mechanisms will be discussed for the alloys CrFeNi, CoCrNi, CrMnFeCoNi and variations of Al10Co25Cr8Fe15Ni36Ti6 using a combination of electron microscopy, thermodynamic calculations and x-ray diffraction. T2 - MRS-T International Conference CY - Hsinchu, Taiwan DA - 17.11.2023 KW - Corrosion KW - Scanning electron microscopy KW - Mixed gas atmosphere PY - 2023 AN - OPUS4-58980 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Sandoval Saldias, Janina A1 - Blank, Robin A1 - Stephan-Scherb, Christiane T1 - Chloridische Salzschmelzen als latente Wärmespeicher N2 - Latente Wärmspeicher auf der Basis von NaCl-KCl-MgCl2 Mischungen stellen eine kostengünstige Option für die Energiespeicherung von Prozesswärme dar. Der Beitrag gibt einen Überblick über die materialwissenschaftlichen Herausforderungen im System Salz-Legierung, welche gelöst werden müssen, um diese Speichertechnologie industriell zu etablieren. T2 - DMG Sektionstreffen Angewandte Mineralogie und Kristallographie CY - Online Meeting DA - 25.02.2021 KW - Wärmespeicher KW - Korrosion KW - Salzschmelzen PY - 2021 AN - OPUS4-52234 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Weinel, Kristina A1 - Gonzalez-Martinez, I. A1 - Agudo Jacome, Leonardo T1 - Damage induced by electric field of microparticles in the electron microscope N2 - Damage induced by electric field (DIEF) that happens in the transmission electron microscope (TEM) when converging the electron beam (e-beam) on microparticles (MPs) can be used to synthesis new nanomaterial and nanomaterial compositions. The research questions are to clarify the limits and possibilities of the method regarding materials that can be produced, systems to which it is applicable and working beam parameters. Synthesis of nano-objects from microparticles using DIEF in TEM could be shown for different materials. Additionally, DIEF using the e-beam in a scanning electron microscope (SEM) can also be used to synthesis nano-objects. A deeper material analysis of this nano-objects was done using TEM and shows that the material of the nanoparticles (NPs) can be gold or/and silicon. Furthermore, the size of the NPs depends on the distance to the center of DIEF whereby the larger NPs are closer to the center. The areas of gold NPs are promising candidates for plasmonic or photonic devices for energy storage or transport. T2 - PhD-Day 2022 CY - Berlin, Germany DA - 06.09.2022 KW - Electron microscopy KW - Electron beam induced modification KW - Gold nanoparticles PY - 2022 AN - OPUS4-58264 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Manzoni, Anna Maria A1 - Yesilcicek, Yasemin A1 - Haas, S. A1 - Glatzel, U. T1 - Über das Zusammenspiel von Gitterfehlpassung, Kriecheigenschaften und γ'-Würfelform in Hf-W-modifizierten Al10Co25Cr8Fe15Ni36Ti6—Legierungen N2 - Spurenelemente spielen eine wichtige Rolle bei der Verfeinerung der Eigenschaften von komplexen Materialien. Diese Arbeit zeigt die Korrelation zwischen der Mikrostruktur, der Gitterfehlpassung und den Kriecheigenschaften. Die Legierung Al10Co25Cr8Fe15Ni36Ti6 (in at. %) mit komplexer Zusammensetzung wurde mit den Elementen Hf und W verstärkt. Die Zugabe von Hf bewirkt eine eckigere Form der würfelförmigen gamma'-Ausscheidungen und einen erhöhten Anteil der Heusler-Phase. Die Zugabe von W wiederum formt die Würfelchen rundlicher und löst die Heusler-Phase auf. Eine Mischung der beiden Spurenelemente zeigt einen Übergang zwischen den beiden Extremen, sowohl in Hinsicht auf die Form der Ausscheidungen als auch in Bezug auf die Gitterfehlpassung und die Kriecheigenschaften. T2 - 11. Metals and Alloys Seminar CY - Cala Santanyi, Spain DA - 20.06.2022 KW - Hochentropie-Legierung KW - Kriechversuche KW - Gitterfehlpassung KW - Transmissionselektronenmikroskopie PY - 2022 AN - OPUS4-55396 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Trappe, Volker A1 - Altmann, Korinna A1 - Marzik, Julian T1 - Roving-Alterung und mechanische Eigenschaften N2 - Im statistischen Mittel steht eine Windkraftanlage (WKA) in Deutschland alle 6 Jahre wegen eines Schadens an den Rotorblättern und verursacht Kosten von 20k€-40k€ infolge Ertragsausfall und Reparaturkosten. Bei über 30.000 WKA in Deutschland verursacht dies jährlichen Kosten von 100-200 Mio. €. Zu 70% sind die Ursachen Fertigungsfehler. Diesem Themenkomplex widmet sich FB-5.3 in Kooperation mit FBs der Zerstörungsfreien Prüfung (Abt. 8) schon seit Jahren. Im aktuellen Projekt geht es um einen vorzeitigen Verschleiß der Rotorblätter infolge der Verwendung gealterter Glasfaser-Rovings. (GF). Die Entwicklung moderner Windkraftanlagen hatte in Europa seinen Ursprung in den 90er Jahren. OEMs und GF-Hersteller waren dicht beisammen. Die Globalisierung des Marktes führt heute zu einer weltweiten Verschiffung der GF in feucht-warmen Containern. Je nach Beschaffenheit (Chemie) der Schlichten (Oberflächenbehandlung) von GF können diese stark altern (Hydrolyse-Effekte) und die Festigkeit kann im Bauteil um bis zu 50% abgemindert sein. In einer Kooperation mit der Rotorblattallianz, einem Zusammenschluss der OEMs, Halbzeugherstellern und Forschungsinstituten, wurden schon vor 5 Jahren in einem Forschungsprojekt (FB-5.3; VH 5538) die chemischen Mechanismen der Alterung exemplarisch für eine Glasfaser-Roving-Type aufgeklärt. Im aktuellen Projekt (FB-5.3; VH 5304) wird ein beschleunigtes Alterungsverfahren (erhöhte Temperatur und Feuchte) am Roving im un-impregnierten Zustand entwickelt und die Festigkeit nachfolgend nach Einbettung in eine Epoxid-Harz-Matrix bestimmt. Je nach Alterungszustand zeigt sich eine Abnahme der Zwischenfaserbruchfestigkeit von bis zu 50%. Nicht alle Glasfaser-Roving-Typen zeigen diesen Effekt. Es ist gelungen für OEMs und Halbzeughersteller ein handhabbares Verfahren zur innerbetrieblichen Qualitätssicherung zu entwickeln, da die wenigsten Firmen über komplexe Analyseverfahren, wie an der BAM, verfügen. T2 - Composite United - AG Faserverbund in der Windenergie CY - Braunschweig, Germany DA - 09.05.2023 KW - Faserkunststoffverbunde KW - Windenergie KW - Alterung PY - 2023 AN - OPUS4-58409 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Goedecke, Caroline A1 - Altmann, Korinna A1 - Bannick, C. G. A1 - Kober, E. A1 - Ricking, M. A1 - Schmitt, T. A1 - Braun, Ulrike T1 - Detection of polymers in treated waste water using TED-GC-MS N2 - The presence of large quantities of plastic waste and its fragmentation in various environmental compartments are an important subject of current research. In the environment, (photo ) oxidation processes and mechanical abrasion lead to the formation of microplastics. However, until now, there are no established quality assurance concepts for the analysis of microplastic (<5 mm) in environmental compartments, including sampling, processing and analysis. The aim of the present work is the development of suitable examination methods and protocols (sampling, sample preparation and detection) to qualify and quantify microplastic in urbane water management systems. At first a fractional filtration system for sampling and the analytical tool, the so-called TED-GC-MS (thermal desorption gas chromatography mass spectrometry) were developed. The TED-GC-MS method is a two-step analytical procedure which consists of a thermal extraction where the sample is annealed and characteristic decomposition products of the polymers are collected on a solid phase. Afterwards these products are analysed using GC-MS. The developed fractional filtration for sampling and the TED-GC-MS for detection were used for quantitative analysis to screen the waste water influent and effluent of a Berlin waste water treatment plant for the most relevant polymers, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyethylene terephthalate (PET) and polyamide (PA). The results of the study revealed that the polymeres PE, PS and PP were detected in the effluent, and PE and PS were find in the raw waste water of the sewage treatment plant in Ruhleben, Berlin. Differences in polymer types and amounts were detected at different sampling dates and within different sieve fractions. Much higher amounts of polymers were observed in the raw waste water. The peak areas of the decomposition products, used for quantification of the polymers, were adjusted using so-called response factors since the TED-GC-MS method is more sensitive for PP and PS than for PE. It has been shown that PE is the most dominant polymer in the samples. Comparing the masses of polymers in the effluent and in the raw sewage, a removal of 99 % of the polymers in the water treatment plant can be assumed. These results are consistent with the literature where removal rates between 98-99 % were described. T2 - SETAC Europe CY - Rom, Italy DA - 13.05.2018 KW - Microplastics KW - Thermogravimetry KW - Waste water KW - Chromatography PY - 2018 AN - OPUS4-44968 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Altmann, Korinna A1 - Goedecke, Caroline A1 - Bannick, C.G. A1 - Ricking, M. A1 - Kober, E. A1 - Schmitt, T. A1 - Braun, Ulrike T1 - Detektion von Polymeren im Abwasser eines Klärwerks mittels TED-GC_MS N2 - In den Umweltmedien Wasser, Boden und Luft wird Mikroplastik (MP) gefunden. Mögliche Eintragspfade, besonders Einträge über den Klarlauf kommunaler Klärwerke, sind unklar. Dazu wurde das Klärwerk Ruhleben in Berlin an jeweils vier Tagen im Sommer- und Winterbetrieb beprobt. Es wurde jeweils 1 m3 Klarlauf fraktioniert filtriert (500, 100 und 50 µm Siebe). Weiterhin wurde Rohabwasser exemplarisch untersucht. Als Analyse-methoden wurden die TED-GC-MS und die FTIR Mikroskopie verwendet. Bei der TED-GC-MS wird die Probe zunächst thermisch extrahiert, bevor die charakteristischen Zersetzungsgase mittels einer GC-Säule getrennt und im MS detektiert werden [1,2]. Es ist hier erstmals gelungen, nicht nur das MP zu identi-fizieren, sondern auch eine Massenbilanz zu erstellen und so eine quantitative Auswertung vorzunehmen. Es wurde PE, PS ganzjährig und PP im Sommer gefunden. Das Klärwerk Ruhleben hat einen Rückhalt an MP von 99%. T2 - Wasser 2018 CY - Papenburg, Germany DA - 07.05.2018 KW - Mikroplastik KW - Abwasser KW - TED-GC-MS KW - Bilanzierung PY - 2018 AN - OPUS4-44889 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Günster, Jens A1 - Zocca, Andrea T1 - Dense Powder Beds for the Additive Manufacturing of Ceramics N2 - Regarding feedstocks for the additive manufacturing (AM) of ceramics, two features are most critical in classical powder based AM processes: a high particle packing density (typically >50% TD) must be achieved with very fine particles (typically submicron) in order to ensure sufficient sintering activity. Three innovative approaches will be introduced to overcome this problem: 1. Layer wise slurry deposition: The use of water based ceramic slurries as feedstock for the additive manufacture of ceramics has many advantages which are not fully exploit yet. In the layerwise slurry deposition (LSD) process a slurry with no or low organic content is repetitively spread as thin layers on each other by means of a doctor blade. During the deposition, the ceramic particles settle on the previously deposited and dried material to form thin layers with a high packing density (55-60%). The LSD therefore shares aspects both of tape casting and slip casting. The LSD differentiates from the classical powder-based AM layer deposition, which typically achieves with a flowable coarse grained powder a low packing density (35-50%) only, consequently hindering the ability of sintering ceramic parts to full density. The LSD is coupled with the principles of selective laser sintering (SLS) or binder jetting, to generate novel processes which take advantage of the possibility of achieving a highly dense powder-bed. 2. Laser induced slip casting: Contrary to the LSD process, which requires drying of each individual layer, the direct interaction of ceramic slurries with intense laser radiation, for the laser induced slip casting (LIS), is a promising approach for the additive manufacture of voluminous parts. 3. Gas flow assisted powder deposition: By the application of a vacuum pump a gas flow is realized throughout the powder bed. This gas flow stabilizes the powder bed and results into an enhanced flowability and packing density of the powder during layer deposition. The presentation will provide a detailed discussion of potentialities and issues connected to the mentioned technologies and will describe the most recent developments in their application to technical ceramics. T2 - SmatMade 2022 CY - Osaka, Japan DA - 25.10.2022 KW - Additive Manufacturing KW - Advanced ceramics PY - 2022 AN - OPUS4-59886 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Günster, Jens T1 - Binder Jetting of Advanced Ceramics N2 - The Binder Jetting BJ process is one of the most versatile additive manufacturing technologies in use. In this process a binder is locally jetted into a powder bed for the consolidation of a 3D structure, layer by layer. Basically, all materials which can be provided as a flowable powder and, thus, spreadable to a thin layer, can be processed. Metals, ceramics and polymers are processable, but also materials from nature, such as sand, wood sawdust and insect frass. Moreover, the BJ technology is adapted to large building volumes of some cubic meters easily. Besides these striking advantages, the manufacture of ceramic parts by BJ is still challenging, as the packing density of the powder bed is generally too low and the particle size of a flowable powder too large for a successful densification of printed parts in a subsequent sintering step to an advanced ceramic product. After an introduction of binder jetting in general and highlighting some examples, strategies for obtaining dense ceramic parts by BJ will be introduced. T2 - yCAM 2022 CY - Barcelona, Spain DA - 08.11.2022 KW - Additive Manufacturing KW - Ceramics PY - 2022 AN - OPUS4-59887 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Günster, Jens A1 - Sänger, Johanna T1 - Tailoring powder properties for the light based volumetric additive manufacture of Ceramics N2 - In order to be able to manipulate ceramic powder compacts and ceramic suspensions (slurries) within their volume with light, a minimum transparency of the materials is required. Compared to polymers and metals, ceramic materials are characterized by the fact that they have a wide electronic band gap and therefore a wide optical window of transparency. The optical window generally ranges from less than 0.3 µm to 5 µm wavelength. In order to focus light into the volume of a ceramic powder compact, its light scattering properties must therefore be tailored. In this study, we present the physical background and material development strategies for the application of two-photon polymerization (2PP) and selective volumetric sintering for the additive manufacturing of structures in the volume of ceramic slips and green compacts. T2 - SmartMade 2024 CY - Osaka, Japan DA - 10.04.2024 KW - Additive Manufacturing KW - Two Photon Polymerization KW - Advanced ceramics PY - 2024 AN - OPUS4-59888 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Günster, Jens A1 - Sänger, Johanna A1 - Pauw, Brian T1 - Tailoring powder properties for the light based volumetric additive manufacture of Ceramics N2 - Manipulating ceramic powder compacts and ceramic suspensions (slurries) within their volume with light requires a minimum transparency of the materials. Compared to polymers and metals, ceramic materials are unique as they offer a wide electronic band gap and thus a wide optical window of transparency. The optical window typically ranges from below 0.3 µm up to 5µm wavelength. Hence, to penetrate with light into the volume of a ceramic powder compound, its light scattering properties need to be investigated and tailored. In the present study we introduce the physical background and material development strategies to apply two-photon-polymerization (2PP), and other volumetric methods for the additive manufacture of filigree structures within the volume of ceramic slurries. T2 - ICACC 2024 CY - Daytona Beach, Florida, USA DA - 28.01.2024 KW - Additive Manufacturing KW - Two Photon Polymerization KW - Advanced ceramics PY - 2024 AN - OPUS4-59889 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Portella, Pedro Dolabella A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Evans, Alexander A1 - Altenburg, Simon A1 - Ehlers, Henrik A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Mohr, Gunther T1 - Monitoring additive manufacturing processes by using NDT methods N2 - In this presentation we discuss the online monitoring of metallic AM parts produced by the Laser Powder Bed Fusion (LPBF) process by using optical, thermographic and electromagnetic methods. In a first approach we present the detection of defects generated during the process and discuss how to improve these methods for the optimization of design and production of metallic AM parts. T2 - ABENDI - Workshop CY - Online meeting DA - 19.11.2020 KW - Additive Fertigung PY - 2020 AN - OPUS4-52042 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Portella, Pedro Dolabella A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Evans, Alexander A1 - Altenburg, Simon A1 - Ehlers, Henrik A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Mohr, Gunther A1 - Nadammal, Naresh T1 - Monitoring additive manufacturing N2 - Additive manufacturing (AM) processes allow a high level of freedom in designing and producing components for complex structures. They offer the possibility of a significant reduction of the process chain. However, the large number of process parameters influence the structure and the behavior of AM parts. A thorough understanding of the interdependent mechanisms is necessary for the reliable design and production of safe AM parts. In this presentation we discuss the online monitoring of metallic AM parts produced by the Laser Powder Bed Fusion (LPBF) process by using optical, thermographic and electromagnetic methods. In a first approach we present the detection of defects generated during the process and discuss how to improve these methods for the optimization of design and production of metallic AM parts. T2 - Conaendi&IEV 2021 CY - Online meeting DA - 10.03.2021 KW - Additive Fertigung PY - 2021 AN - OPUS4-52241 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wander, Lukas A1 - Braun, Ulrike A1 - Becker, Roland A1 - Maiwald, Michael A1 - Paul, Andrea T1 - Mikroplastikanalyse: Nahinfrarotspektroskopie und chemometrische Auswertung N2 - Für die Erfassung der Verbreitung von Mikroplastik (MP) in der Umwelt ist die zeit- und kostenaufwendige Analysestrategie und der damit verbundene geringe Probendurchsatz eine limitierende Größe. Eine große Zahl verschiedener Studien dokumentriet das Auftreten von MP über den gesamten Globus. Meist sind die Studien aufgrund des großen analytischen Aufwands auf exemplarische, stichpunktartige Untersuchungen kleiner Umweltaliquoten und zahlenmäßig kleiner Probenumfänge begrenzt. Um die Verbreitung, die Eintragspfade und den Verbleib von MP in der Umwelt besser zu verstehen und effektive Vermeidungsstrategien abzuleiten, ist es jedoch notwendig, analytisch mehr Proben erfassen zu können. Bildgebende mikro-spektroskopische Methoden wie das Raman- und FTIR-Imaging ermöglichen eine zeitaufwendige, umfassende Charakterisierung kleiner Umweltaliquoten. Neben der Partikelanzahl sind zusätzlich Informationen zu Partikelgröße, Größenverteilung und Oberflächenmorphologie zugänglich. Chemische und thermische Extraktionsverfahren sind bereits deutlich schneller und können diese Informationen durch eine Massenbilanz vervollständigen. Die analysierbare Probenmenge ist jedoch auf Milligramm Mengen beschränkt. Wir schlagen daher vor, die Analyse von Proben auf MP durch ein vorangestelltes Screening mit der Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS) zur komplementieren. In diesem wird bereits eine erste Einschätzung über die Präsenz von MP in einer Probe gefällt und dadurch die wertvolle Messzeit anderer Methoden effizienter genutzt. NIR zur Analyse von Polymeren wird seit langem eingesetzt, jedoch bisher lediglich im Rahmen einer Studie zur Mikroplastikuntersuchung mittels Hyperspektraler Bildgebung beschrieben. Der NIR Spektralbereich findet sich zwischen dem sichtbaren Licht und dem mittleren Infrarot (MIR). MIR Spektren sind durch klar definierte Banden charakterisiert, welche mehrheitlich von den Grundschwingungen der Moleküle stammen. Die höheren Energien im nahen Infrarot regen hingegen Kombinations- und Oberschwingungen der Streck und Biegeschwingungen an. Die resultierenden Absorptionsbanden sind oft breit und relativ unspezifisch. Erst mit Hilfe einer computergestützten Datenauswertung lassen sich aus diesen Spektren nützliche Informationen gewinnen. Dies erklärt die steigende Popularität der NIR-Spektroskopie in der jüngeren Vergangenheit mit einem Schwerpunkt als prozessanalytische Methode. NIR Spektrometer für das industrielle Prozessmonitoring zeichnen sich durch eine kompakte und robuste Konstruktionsweise aus. Die verfügbaren faseroptischen Reflexionssonden eignen sich gut um pulverförmige Proben zu untersuchen. Der räumlich erfassbare Messbereich kann durch die Sondengeometrie variiert werden. Sind die untersuchten Partikel im Verhältnis zur abgetasteten Fläche klein, wird als spektrale Information die Summe der Absorption aller Partikel im Sichtfeld erfasst. Die Methode ist deshalb nicht für Detailuntersuchungen von MP geeignet, erlaubt es jedoch innerhalb weniger Minuten eine Einschätzung über das Vorkommen von Mikroplastik in einer Probe zu treffen. Exemplarisch wurden für diese Untersuchungen vier der am weitesten verbreiteten Kunststoffe Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP) und Polystyrol (PS) gewählt. Aus den additivfreien Polymeren wurden nach einer Kryo-vermahlung und anschließender Siebung (< 125 µm) Modellproben generiert. Die Polymere wurden dafür zu einem Massenanteil von 1 % mit einem Standardboden (LUFA2.3, gesiebt < 125 µm) vermischt. Die Gesamtmenge von 1 g je Probe wurde in Aluminiumbehältern präpariert und 8 Messungen an unterschiedlichen, zufällig gewählten Positionen vorgenommen. Die erhaltenen Spektren wurden zur Kalibrierung chemometrischer Modelle genutzt. In einem hierarchischen Ansatz wurde anhand der NIR-Spektren eine Klassifizierung vorgenommen: 1. Bestimmung ob eine Probe MP enthält (Ja/Nein). 2. Identifikation der Polymere in der Probe. Eine aussagekräftige Klassifizierung beruht auf einer Vorbehandlung der Spektren. Hierdurch werden die Unterschiede zwischen den einzelnen Polymerbanden hervorgehoben. Die Eignung der so erstellten Modelle wurde anhand eines Referenzmaterials und am Beispiel von Realproben erfolgreich getestet. Dabei zeigte sich, dass nicht nur in den erstellten Polymer-Bodenmischungen, sondern auch in den Rückständen von fermentiertem Bioabfall und in Filterrückständen einer Waschmaschine, MP richtig erkannt wurde. Weiterhin zeigten Tests mit Mikroplastik-freien Bodenproben unterschiedlicher Herkunft, dass keine falsch-positive Resultate erzeugt wurden. Alle vier untersuchten Polymere, d.h. PE, PET, PS und PP mit einem Massenanteil von 1 % in einer Bodenmatrix werden auch bei einer gemischten Polymerzusammensetzung mit der NIR-Spektroskopie erkannt. Der kombinierte Einsatz von NIRS und Chemometrie ermöglicht die Entscheidung über ein potenzielles Vorkommen sowie die Zuordnung des Materials der enthaltenen Polymerpartikel für eine Massefraktion ≥ 1 % in einer (trockenen) Probenmenge von 1 g innerhalb von 10–15 min. Der zeitaufwendige Schritt der Methode liegt hier in der Erstellung geeigneter chemometrischer Modelle sowie deren Validierung. Wesentliche Voraussetzung ist dabei, dass bei der Kalibrierung die Varianz der zu erwartenden Partikel und der Matrix realistisch abgebildet wird. T2 - GDCh Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft CY - Papenburg, Ems, Germany DA - 07.05.2018 KW - Mikroplastik KW - Nahinfrarotspektroskopie KW - Chemometrie KW - Boden PY - 2018 AN - OPUS4-44887 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Simon, Franz-Georg A1 - Czichos, Horst ED - Hennecke, Manfred ED - Skrotzki, Birgit T1 - Grundlagen der Werkstoffkunde T2 - HÜTTE – Das Ingenieurwissen N2 - Der Aufbau der Werkstoffe wird durch Merkmale wie Bindungsart, atomare Strukturen, Kristallstrukturen einschließlich ihrer Gitterbaufehler, Körner und Phasen bestimmt. Die Mikrostruktur (Gefüge) stellt den Verbund der Kristalle, Phasen und Gitterbaufehler auf mikroskopischer und nanoskopischer Skala dar. Die Grundlagen der Phasenumwandlungen werden behandelt und die Bedeutung von Diffusionsprozessen erläutert. Werkstoffe sind bedeutend für Kultur, Wirtschaft, Technik und Umwelt. Ihre Herstellung benötigt Ressourcen und Energie. Recycling ist eine Möglichkeit zur Erhöhung der Ressourcenproduktivität. KW - Materialkreislauf KW - Aufbau von Festkörpern KW - Kristallsystem KW - Gleichgewicht KW - Ungleichgewicht KW - Kreislaufwirtschaft PY - 2019 SN - 978-3-662-57492-8 DO - https://doi.org/10.1007/978-3-662-57492-8_27-1 SP - 1 EP - 31 PB - Springer-Verlag GmbH Deutschland CY - Berlin, Heidelberg ET - 35. AN - OPUS4-48476 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - THES A1 - Usmani, Shirin T1 - Wood treated with nano metal fluorides - relations between composition, size, and durability T2 - Wood Treated with Nano Metal Fluorides – Relations between Composition, Size, and Durability N2 - In this study, nanoscopic particles of magnesium Fluoride (MgF2) and calcium fluoride (CaF2) also known as nano metal fluorides (NMFs), were evaluated for their potential to improve wood durability. Even though these fluorides are sparingly soluble, their synthesis in the form of nano-sized particles turns them into promising candidates for wood preservation. Their distinct property of low-water solubility is proposed to maintain long-lasting protection of treated wood by reducing the leaching of fluoride. Analytical methods were used to characterize the synthesized NMFs and their distribution in treated wood specimens. Transmission electron microscopy images showed that these fluoride particles are smaller than 10 nm. In nano metal fluoride (NMF) treated specimens, aggregates of these particles are uniformly distributed in the wood matrix as confirmed with scanning electron microscopy images and their corresponding energy-dispersive X-ray spectroscopy maps. The fluoride aggregates form a protective layer around the tracheid walls and block the bordered pits, thus reducing the possible flow path for water absorption into wood. This is reflected in the reduced swelling and increased hydrophobicity of wood treated with NMFs. The biocidal efficacy of NMFs was tested against brown-rot fungi (Coniophora puteanaand Rhodonia placenta), white-rot fungus (Trametes versicolor), and termites (Coptotermes formosanus). The fungal and termite tests were performed in accordance with the EN 113 (1996) and EN 117 (2012) standards, respectively. Prior to fungal tests, the NMF treated wood specimens were leached according to the EN 84 (1997)standard. Compared to untreated specimens, the NMF treated wood specimens have a higher resistance to decay caused by brown-rot fungi, white-rot fungus, and termites. Although all NMF treatments in wood reduce the mass loss caused by fungal decay, only the combined treatment of MgF2 and CaF2 has efficacy against both brown-rot fungi and white-rot fungus. Similarly, wood treated with the combined NMF formulation is the least susceptible to attack by C. formosanus.It is proposed that combining MgF2 and CaF2changes their overall solubility to promote the release of fluoride ions at the optimal concentration needed for biocidal efficacy against fungi and termites. In this thesis, it was proven that even after leaching, sufficient fluoride was present to protect NMF treated wood from fungal decay. This shows that NMFs are robust enough for above ground contact outdoor applications of wood, where permanent wetness cannot be avoided according to Use Class 3.2, as per the EN 335 (2013) standard. Also, they pose a low risk to human health and the environment because they are sparingly soluble. Since NMFs significantly reduce the decay of wood, the CO2 fixed in it will be retained for longer than in unpreserved wood. Overall, the novel results of this study show the potential of NMFs to increase the service life of building materials made from non-durable wood. KW - Termites KW - Nano metal fluorides KW - Solubility KW - Wood protection KW - Fungi PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-525108 DO - https://doi.org/10.18452/22553 SP - i EP - 118 PB - Humboldt-Universität zu Berlin CY - Berlin AN - OPUS4-52510 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Evans, Alexander A1 - Ávila, Luis A1 - Werner, Tiago A1 - Sommer, Konstantin A1 - Ulbricht, Alexander A1 - Sprengel, Maximilian A1 - Charmi, Amir A1 - Mohr, Gunther A1 - Altenburg, Simon A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Falkenberg, Rainer A1 - Bettge, Dirk A1 - Madia, Mauro A1 - Zerbst, Uwe A1 - Kromm, Arne A1 - Hilgenberg, Kai A1 - Kannengießer, Thomas A1 - Bruno, Giovanni T1 - Entwicklung der Mikrostruktur der mechanischen Eigenschaften und der Eigenspannungen in L-PBF 316L N2 - Die additive Fertigung (AM) metallischer Werkstoffe mittels Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) ermöglicht einzigartige hierarchische Mikrostrukturen, die zu Verbesserungen bestimmter mechanischer Eigenschaften gegenüber konventionell hergestellten Varianten derselben Legierung führen können. Allerdings ist das L-PBF-Verfahren häufig durch das Vorhandensein hoher Eigenspannungen gekennzeichnet, die es zu verstehen und zu mindern gilt. Daher ist das Verständnis der Mikrostrukturen, der Eigenspannungen und der daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften entscheidend für eine breite Akzeptanz bei sicherheitskritischen Anwendungen. Die BAM hat ein multidisziplinäres Forschungsprogramm gestartet, um diese Aspekte bei LPBF 316L zu untersuchen. Der vorliegende Beitrag stellt einige der wichtigsten Ergebnisse vor: der Einfluss von Prozessparametern auf die Mikrostruktur, der Einfluss von Mikrostruktur und Textur auf die Festigkeit, Kriechverhalten und Schädigung und die Stabilität von Eigenspannungen und Mikrostruktur unter Wärmebehandlungsbedingungen. T2 - DGM 3. Fachtagung Werkstoffe und Additive Fertigung CY - Dresden, Germany DA - 11.05.2022 KW - Mechanische Eigenschaften KW - Additive Fertigung KW - L-PBF 316L KW - Entwicklung KW - Mikrostruktur KW - Eigenspannung PY - 2022 AN - OPUS4-55786 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -