TY - JOUR A1 - Costa e Silva, A. A1 - Coelho, D. A1 - Kranzmann, Axel A1 - Rizzo, Fernando T1 - Simulation of Fe-Cr-X Alloy Exposed to an Oxyfuel Combustion Atmosphere at 600°C N2 - In coal-fired power plants using oxyfuel combustion process with carbon capture and sequestration, instead of air, a mixture of oxygen and recirculated flue gas is injected in the boiler. A series of steels were exposed to CO2-SO2-Ar-H2O gas mixtures at 600 °C for 1000 h to compare their high temperature corrosion behavior. During the corrosion process, carburization, decarburization and recrystallization were observed underneath the oxide scale depending on the gas mixture and alloy composition. The conditions that lead to carburization are not yet completely understood, but decarburization can be simulated using thermodynamic and kinetic models. In this work, the results of these simulations are compared with measured values for one of the alloys that displayed a decarburized region. Since the mobility of carbon in the scale is not known, two strategies were adopted: simulation of alloy-atmosphere contact; and estimation of the carbon flux to produce the observed decarburization. The second approach might give an insight on how permeable to carbon the scale is. KW - CALPHAD approach KW - Corrosion KW - Decarburization KW - DICTRA modeling KW - Experimental kinetics PY - 2016 DO - https://doi.org/10.1007/s11669-015-0421-3 SN - 1547-7037 VL - 37 IS - 1 SP - 19 EP - 24 PB - ASTM International AN - OPUS4-50612 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - THES A1 - Schulz, Wencke T1 - Abscheidung und Charakterisierung von Sol-Gel-Aluminiumoxidschichten auf kommerziellen Kraftwerksstählen zum Schutz gegen Korrosion bei Oxyfuel-Verbrennung N2 - The objective of the present work was the investigation and demonstration of the potential of sol-gel alumina layers as corrosion protection of commercial power plant steels under oxyfuel conditions. The starting points of this work were modified Yoldas-sols which were developed in the BAM-department 5.6. These sols were suitable for the spin-coating method only. The application of coatings on tubes by spin-coating is impossible. Therefore, the chemical composition of the modified Yoldas-sol had to be adapted to the dip- and spray-coating techniques. Exclusively the sol with the composition s-0.52-6-1.5 with a nitrate/aluminium ratio of 0.52; a solid content of 6 wt.% and a PVP (binder) content of 1.5 wt.% could fulfill the necessary criteria: long-term stability; formation of a dense, crack-free and well adhered layer on polished metal surfaces; as well as high protective abilities against corrosion in H2O-CO2-O2-SO2. The commercial power plant steel X20CrMoV12-1 (X20) and the steel X12Cr13 were successfully coated with the sol s-0.52-6-1.5 by means of the dip-coating method. An at least 400 nm thick alumina layer (δ-Al2O3) is necessary to ensure the corrosion protection of these steels. The corrosion of the coated samples compared to that of the uncoated ones was significantly reduced, even after 1000 h of exposure in a H2O-CO2-O2-SO2 atmosphere at 600°C. Sulfur and carbon were not detected at the substrate surface or beneath the coating. Hence the transport of the flue gas components SO2 and CO2 into as well as through the alumina layer could be hindered. The diffusion of the alloying elements (Cr, Mn, Si) into the alumina layer resulted in the formation of mixed oxides like δ-(Al,Cr)2O3. Formation of such phases considerably contributed to the corrosion protection. The long-term stability of the sol s-0.52-6-1.5 and the high protective abilities of the alumina layer on commercial power plant steels provide a good basis for an industrial application. KW - TEM KW - Alumina KW - Coating KW - Oxyfuel KW - Steel KW - High-Temperature Corrosion PY - 2016 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000102280-0 DO - https://doi.org/10.17169/refubium-6842 SP - 0 EP - 179 PB - Freie Universität CY - Berlin AN - OPUS4-50310 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Oesch, Tyler T1 - In-situ CT investigation of pull-out failure for reinforcing bars embedded in conventional and high-performance concretes N2 - The use of high-performance concretes holds great promise for many structural applications. This paper investigates the performance of these materials when used in combination with traditional reinforcing bars. An improved understanding of failure during reinforcing bar pull-out from high-performance concretes is needed in order to better predict the embedment length required to develop full reinforcing bar pull-out strength and the required thickness of reinforcing bar cover for adequate corrosion protection. The cracking structures surrounding the reinforcing bars were analyzed using x-ray computed tomography (CT) in order to determine the stress states causing failure. This was accomplished by conducting in-situ reinforcing bar pull-out experiments during CT scanning. A conventional concrete, a high-strength concrete, and a high-strength fiber reinforced concrete were all tested during the experiments. The results of these experiments showed that the levels of brittleness of the different concrete materials had a major impact on the failure mechanisms that they experienced during reinforcing bar pull-out. It was also clear that the specimen geometry and the casting method had a major impact on fiber orientation. The inclusion of fibers within concrete was also found to significantly improve strength and corrosion protection during reinforcing bar pull-out. T2 - 6th Conference on Industrial Computed Tomography CY - Wels, Austria DA - 09.02.2016 KW - Fiber KW - Reinforcing Bar KW - Computed Tomography KW - In-Situ KW - High-Performance Concrete PY - 2016 AN - OPUS4-35521 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Stroh, Julia T1 - In situ Untersuchungen von Hydratations- und Schädigungsmechanismen an Baustoffen N2 - In diesem Vortrag werden hochauflösende analytische Methoden für die Untersuchungen von zementgebundenen Baustoffen vorgestellt. Zum einen werden frühe Hydratationsprozesse in situ und mit hoher Zeitauflösung untersucht und die Einflüsse von polymeren Fließmittel und Stabilisierer auf die Erstarrungsverzögerung beobachtet. Zum anderen werden Phasenübergänge unter schädigenden Angriffen im Gefügeprofil auf µm-Skala verfolgt. Die Möglichkeit die Auswirkungen der niedrigen realen Konzentrationen von schädigenden Agenten zu identifizieren stellt ein großes Potential für die Schädigungsanalyse unter realen Bedingungen dar. Insgesamt haben die vorgestelletn analytischen Techniken ein großes Potential für die Analyse der Phasenentwicklung in zementgebundenen Baustoffen. T2 - Gemeinsamer Workshop der Sektion Angewandte Mineralogie in Umwelt & Technik und der Sektion Chemie, Physik und Kristallographie der Minerale von der Deutschen Mineralogischen Gesellschaft CY - Bad Windsheim, Germany DA - 24.02.2016 KW - Portlandzement KW - Hydratation KW - Additive KW - Schädigung KW - komplexe Angriffe PY - 2016 AN - OPUS4-35469 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Taabache, Soraya T1 - Microfluidic-Assisted Self-Assembly of Dendritic Amphiphiles N2 - The controlled production of supramolecular aggregates formed by the self-assembly of dendritic amphiphiles is of great interest owing to their potential application in the fields of nanotechnology and nanomedicine. Dendritic amphiphiles as building blocks offer the advantage that their structure and size can be precisely tuned through organic synthesis. This synthetic flexibility enables the fine-tuning of the hydrophobic to hydrophilic ratio of the dendritic segments, which mainly controls the morphology of the self-assembled structures. A promising method for the controlled preparation of supramolecular assemblies is based on the use of micromixers.[5,6] Due to their mixing times in the range of milliseconds at the microscale level, the application of such microfluidic systems benefits from a high mixing efficiency, a low mixing time and a reproducible synthesis compared to conventional batch-based techniques such as the solvent injection method or the film hydration method. Herein, we report on the microfluidic-assisted self-assembly of several dendritic amphiphiles and the impact of the mixing parameters on the self-assembly process. T2 - Makromolekulares Kolloquium 2016 CY - Freiburg im Breisgau, Germany DA - 24.02.2016 KW - Dendritic amphiphiles KW - Self-assembly KW - Dendrimersomes KW - Micromixer KW - Microfluidic PY - 2016 AN - OPUS4-35477 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - THES A1 - Wachsmuth, Janne T1 - Analyse der Schallemissionssignale aus Ermüdungsrisswachstum und Korrosionsprozessen Untersuchung der Möglichkeiten für die kontinuierliche Zustandsüberwachung von Transportbehältern mittels Schallemissionsprüfung N2 - Die Schädigung von Gefahrgutbehältern während ihres Transports durch Korrosion und Ermüdungsrisswachstum sind Ursache von Unfällen, die Menschenleben gefährden, die Umwelt schädigen und hohe Sachschäden verursachen. Um solchen Unfällen vorzubeugen, werden präventive Intervallprüfungen durchgeführt. Diese sind jedoch kostenintensiv, unter anderem durch die Standzeit der Transportmittel. Eine Alternative bietet die Idee einer kontinuierlichen Zustandsüberwachung mittels Schallemissionsprüfung (SEP). So sollen Materialfehler sofort nach dem Entstehen entdeckt und repariert werden können. Die Schallemissionsprüfung ist eine online Methode der Familie der zerstörungsfreien Prüfung. Schallemission (SE) wird durch Veränderungen im Material erzeugt und durch elastische Wellen als Körperschall transportiert. Erzeugt das Schallemissionsereignis genug Energie, damit sich eine elastische Welle bis zum Rand eines Bauteils ausbreiten kann, entsteht dort eine Oberflächenverschiebung im Pikometer-Bereich, die mithilfe von piezoelektrischen Sensoren detektiert werden kann. Der Sensor gibt ein elektrisches Signal aus. Aus diesem transienten SE-Signal lassen sich SE-Parameter wie die Maximalamplitude oder die Frequenz extrahieren. Durch Methoden der Signalanalyse können Signalgruppen in der Zeit- und Frequenzebene untersucht werden. Durch Wellenmodenanalysen lassen sich beispielsweise Aussagen über die Art der Quelle machen. Diese Methoden werden angewendet, um aus dem SE-Signal Rückschlüsse auf die Quelle der Schallemission zu ziehen. Werden definierte Schadensmechanismen erkannt, können Hinweise auf den Schadenszustand des Bauteils gegeben werden. Durch Schallemission, die durch den Rissfortschritt erzeugt wird, kann beispielsweise ein Zusammenhang zur Rissfortschrittsrate und zum Spannungsintensitätsfaktor geschlossen werden. Eine neue Entwicklung im Bereich der Schallemissionsprüfung ist die Mustererkennung von SESignalen. Aus den Signalen werden spezifische Merkmale extrahiert, die sie ihren Schadensmechanismen zuordnen sollen. Für die Schadensmechanismen Korrosion und Ermüdungsrisswachstum findet in dieser Arbeit eine vergleichende Analyse von SE-Signalen statt. Die Schadensmechanismen werden anwendungsnah auf großen Platten in der Wärmeeinflusszone einer Schweißnaht generiert und ihre SE-Signale definiert aufgenommen. Dafür werden Resonanzsensoren verwendet, die auf der einen Seite durch ihre Frequenzabhängigkeit sehr empfindlich die kleinste Oberflächenbewegungen reagieren und somit auch für die Anwendung in einer Zustandsüberwachung geeignet sind, jedoch andererseits frequenzbasierte Methoden der Signalanalyse erschweren. Es werden reines Ermüdungsrisswachstum, Ermüdungsrisswachstum unter dem Einfluss von Korrosion sowie reine Oberflächenkorrosion generiert. Die Signalgruppen der Schadensmechanismen werden anhand ihrer Parameter verglichen; anhand von Wellenmodenanalysen können erste Unterschiede, trotz des starken Sensoreinflusses im Frequenzbereich, festgestellt werden. Der Schadenszustand der Proben wird durch bruchmechanische Kenngrößen in Zusammenhang mit SE-Parametern der Signalgruppen gebracht. Ferner findet eine Mustererkennung der SE-Signale statt. Dafür werden zwei Methoden des überwachten Lernens verwendet: eine automatisierte Merkmalsauswahl mithilfe eines kommerziellen Mustererkennungssystems, bei dem hauptsächlich frequenzabhängige Merkmale generiert werden sowie eine parameterbasierte Mustererkennung. Bei der parameterbasierten Mustererkennung wird die Einteilung in Signalklassen aufgrund der Häufigkeitsverteilung der SE-Parameter aus den Signalen der untersuchen Schadensmechanismen vorgenommen. Dabei ergeben beide Methoden, insbesondere für die Schädigung durch Korrosion, eine gute Zuordnung der SE-Signale in die richtige Schädigungsklasse. Abschließend findet unter Berücksichtigung der Nachweisbarkeit von SE-Ereignissen und der Klassifizierbarkeit von SE-Signalen eine Einschätzung zu Chancen und Risiken der permanenten Zustandsüberwachung mittels Schallemissionsprüfung statt. Dazu werden unter anderem eigene Messungen an Tankfahrzeugen hinzugezogen sowie Ergebnisse aus zyklischer und statischer Belastung verglichen. Es wird eine Abschätzung zur Wahl der Überwachungsmethode an Gefahrgutbehältern gegeben. N2 - Fatigue crack growth and active corrosion processes are the main causes of structural failures of transport products like road tankers, railway tank cars and ships. To prevent those failures, preventive, time-based maintenance is performed. However, preventive inspections are costly and include the risk of not detecting a defect, which could lead to a failure within the next service period. An alternative is the idea of continuous monitoring of the whole structure by means of acoustic emission testing (AT). With AT, defects within the material shall be detected and repaired directly after their appearance. Acoustic emission testing is an online non-destructive testing method. Acoustic Emission (AE) arises from changes within the material and is transported by elastic waves through the material. If the AE event generates enough energy, the elastic wave propagates to the boundaries of the component, produces a displacement in the picometre scale and can be detected by a piezoelectric sensor. The sensor produces an electrical signal. From this AE signal, AE features such as the maximum Amplitude or the frequency can be extracted. Methods of signal analysis are used to investigate the time and frequency dependency of signal groups. The purpose of the signal analysis is to connect the AE signal with the originating AE source. If predefined damage mechanisms are identified, referencing the damage condition of the structure is possible. Acoustic emission from events of the actual crack Propagation process can for example lead to the crack growth rate or the stress intensity factor, both specific values from fracture mechanics. A new development in the domain of acoustic emission testing is the pattern recognition of AE signals. Specific features are extracted from the AE signals to assign them to their damage mechanisms. In this thesis the AE signals from the damage mechanisms corrosion and fatigue crack growth are compared and analysed. The damage mechanisms were generated application oriented, on plates within the heat affected zone of a weld. Their AE signals were recorded with resonant sensors. On the one hand resonant sensors are very sensitive and able to detect small displacements on huge structures, which makes them applicable for condition monitoring. On the other hand, resonant sensors have a great influence on the AE signals and hinder signal analyses and pattern recognition. Pure fatigue crack growth, fatigue crack growth in a corrosive environment and pure corrosion were applied. Signal groups of the damage mechanisms were compared by their AE features. Differences between signal groups could be made after wave mode analysis, despite the spectral influence of the AE sensors. The damage condition of the test plates is investigated with the combination of AE features of the signal groups and fracture mechanic parameters. Furthermore, two methods of unsupervised pattern recognition of the AE signals are being performed: A commercial classification system, where mainly frequency. based features are generated, and an AE feature based method. In the latter, classification takes place after the frequency distributions of the AE features of the signals from the examined damage mechanisms. Both methods result in an accurate classification for the AE signals, especially originating from corrosion damage mechanisms, in the correct damage class. T3 - BAM Dissertationsreihe - 142 KW - Zustandsüberwachung KW - Schallemissionsprüfung KW - Ermüdungsrisswachstum KW - zerstörungsfreie Prüfung KW - Mustererkennung KW - Korrosion KW - pattern recognition KW - corrosion KW - fatigue crack growth KW - acoustic emission testing KW - non-destructive testing KW - condition monitoring PY - 2016 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-354823 SN - 978-3-9817502-4-9 SN - 1613-4249 VL - 142 SP - 1 EP - 265 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-35482 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Falkenberg, Rainer T1 - Simulation von Rißwachstum durch ein thermodynamisch konsistentes Phasenfeldmodell N2 - Durch ein thermodynamisch konsistentes Phasenfeldmodell kann die Rißinitiierung sowie das Rißwachstum in einem spröden Material mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode simuliert werden. Ein diskreter scharfer Riß wird durch einen Regularisierungsansatz in ein Phasenfeld überführt, das einen kontinuierlichen Übergang zwischen Riß und Restmaterial abbildet. Modelle von C(T) - Bruchmechanikproben konnten unter monoton wachsender Belastung simuliert werden. Die Ergebnisse konnten mit analytischen Ergebnissen der linear-elastischen Bruchmechanik verglichen werden. Ablenkungen des Rißpfades konnten durch Modelle von gelochten Proben simuliert werden. An dem Modell eines Dreipunktbiegeversuchs konnte die Rißinitiierung demonstriert werden. Die Kenntnis und Modellierung eines vordefinierten Rißpfades ist bei Verwendung dieses Modells nicht erforderlich, was insbesondere zur Untersuchung von komplexen Rißpfaden von Vorteil sein kann. N2 - Crack initiation and propagation in a brittle material is modeled in the finite-element-framework by an extended thermodynamical phase field formulation. The sharp crack discontinuity is transferred into a degradation phase field by a regularisation that ensures a continous transition between crack and residual material. The model of a C(T)-specimen under monotonic increasing load was simulated. The results were compared with analytical results of linear-elastic fracture mechanics. Crack kinking was simulated on a specimen with holes. Crack initiation was studied one a model of a three-point bending specimen. The knowledge and modeling of a predefined crack path is not required with the application of this model and provides the ability to calculate complex crack topologies. T2 - 48. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit, Bruchmechanische Werkstoff- und Bauteilbewertung: Beanspruchungsanalyse, Prüfmethoden und Anwendungen CY - Freiburg im Breisgau; Germany DA - 16.02.2016 KW - Finite-Elemente-Methode KW - finite-element-method KW - Rißwachstum KW - Rißinitiierung KW - Phasenfeldmodell KW - Crack growth KW - crack initiation KW - phase field model PY - 2016 SN - 2366-4797 VL - DVM Bericht 248 SP - 41 EP - 50 CY - Berlin AN - OPUS4-35483 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Falkenberg, Rainer T1 - Simulation von Rißwachstum durch ein thermodynamisch konsistentes Phasenfeldmodell N2 - Durch ein thermodynamisch konsistentes Phasenfeldmodell kann die Rißinitiierung sowie das Rißwachstum in einem spröden Material mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode simuliert werden. Ein diskreter scharfer Riß wird durch einen Regularisierungsansatz in ein Phasenfeld überführt, das einen kontinuierlichen Übergang zwischen Riß und Restmaterial abbildet. Modelle von C(T) - Bruchmechanikproben konnten unter monoton wachsender Belastung simuliert werden. Die Ergebnisse konnten mit analytischen Ergebnissen der linear-elastischen Bruchmechanik verglichen werden. Ablenkungen des Rißpfades konnten durch Modelle von gelochten Proben simuliert werden. An dem Modell eines Dreipunktbiegeversuchs konnte die Rißinitiierung demonstriert werden. Die Kenntnis und Modellierung eines vordefinierten Rißpfades ist bei Verwendung dieses Modells nicht erforderlich, was insbesondere zur Untersuchung von komplexen Rißpfaden von Vorteil sein kann. T2 - 48. Tagung des DVM-Arbeitskreises Bruchmechanik und Bauteilsicherheit CY - Freiburg in Breisgau, Germany DA - 16.02.2016 KW - Simulation KW - Rißwachstum KW - Phasenfeldmodell PY - 2016 AN - OPUS4-35485 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Elabshihy, Karim T1 - Nano-mechanical characterization of epoxy/Cu interphase N2 - Characterization of the mechanical properties of interphases is essential when designing multicomponent materials such as fiber-reinforced matrices, protective coatings or multi-layered structures for integrated circuits. It can provide vital information about the durability of the finished product as a composite because failure is often initiated in the interfacial region induced by internal or external stress during fabrication or service. Nanoindentation is a powerful tool for investigating mechanical properties on the micro/nano scale. However, there are some challenges associated with conducting nanoindentation near interface regions. One main challenge is that the small thickness of the interphase region (typically 1-2µm) makes it difficult to apply several adjacent indents without overlap. Another issue is that the indentations are usually restricted by local reinforcement, and it becomes difficult to isolate the change in mechanical properties due solely to interphase formation. In this study we try to gauge the feasibility of nanoindentation for characterizing epoxy/Cu interphases. We develop a sample preparation method and optimize nanoindentation parameters in an attempt to avoid the restrictions mentioned above. Atomic force microscopy (AFM) and finite element analysis are employed as reference techniques to evaluate the effectiveness of our technique. We show the influence of preparation method and nanoindentaion parameters on measurements of interphase properties and how they relate the mentioned challenges. T2 - Nanobrücken 2016 CY - Saarbrücken, Germany DA - 02.03.2016 KW - Composite KW - Epoxy KW - Interphase KW - Nanoindentation PY - 2016 AN - OPUS4-35496 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Dmitriev, A. I. A1 - Häusler, Ines A1 - Wetzel, B. A1 - Zhang, G. A1 - Österle, Werner T1 - Modeling of the stress-strain behavior of an epoxy-based nanocomposite filled with silica nanoparticles N2 - The method of movable cellular automata (MCA) was applied to simulate the stress-strain behavior of a nano composite consisting of an epoxy matrix and 6 vol. % silica nano particles. The size of the elements used for modelling was fixed at 10 nm, corresponding approximately to the diameter of the filler particles. Since not only the stress-strain response of the two constituents but also debonding of neighboring particles and granular flow was taken into account, plastic deformation as well as crack initiation and propagation could be simulated with the model. Modelling results were compared with tensile test results of both, pure epoxy as well as the epoxy-6 vol. % SiO2 composite. Since assuming bulk properties of the two constituents did not yield satisfactory results, slight modifications of the nanoparticle response functions and nanostructures were tested numerically. Finally, it was observed that only the assumption of slightly increased strength properties of the epoxy yielded good correlation between experimental and modelling results. This was attributed to an increased cross linking of the epoxy caused by the presence of silica nano particles. KW - Nanocomposite KW - Polymer matrix composite KW - Stress-strain behavior KW - Modeling KW - Computational mechanics PY - 2016 DO - https://doi.org/http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2015.10.038 SN - 0264-1275 VL - 89 SP - 950 EP - 956 PB - Elsevier AN - OPUS4-35596 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -