TY - THES A1 - Fritsch, Tobias T1 - A Multiscale Analysis of Additively Manufactured Lattice Structures N2 - Additive Manufacturing (AM) in terms of laser powder-bed fusion (L-PBF) offers new prospects regarding the design of parts and enables therefore the production of lattice structures. These lattice structures shall be implemented in various industrial applications (e.g. gas turbines) for reasons of material savings or cooling channels. However, internal defects, residual stress, and structural deviations from the nominal geometry are unavoidable. In this work, the structural integrity of lattice structures manufactured by means of L-PBF was non-destructively investigated on a multiscale approach. A workflow for quantitative 3D powder analysis in terms of particle size, particle shape, particle porosity, inter-particle distance and packing density was established. Synchrotron computed tomography (CT) was used to correlate the packing density with the particle size and particle shape. It was also observed that at least about 50% of the powder porosity was released during production of the struts. Struts are the component of lattice structures and were investigated by means of laboratory CT. The focus was on the influence of the build angle on part porosity and surface quality. The surface topography analysis was advanced by the quantitative characterisation of re-entrant surface features. This characterisation was compared with conventional surface parameters showing their complementary information, but also the need for AM specific surface parameters. The mechanical behaviour of the lattice structure was investigated with in-situ CT under compression and successive digital volume correlation (DVC). The Deformation was found to be knot-dominated, and therefore the lattice folds unit cell layer wise. The residual stress was determined experimentally for the first time in such lattice structures. Neutron diffraction was used for the non-destructive 3D stress investigation. The principal stress directions and values were determined in dependence of the number of measured directions. While a significant uni-axial stress state was found in the strut, a more hydrostatic stress state was found in the knot. In both cases, strut and knot, seven directions were at least needed to find reliable principal stress directions. KW - Additive manufacturing KW - Laser powder bed fusion KW - Residual stress KW - Surface roughness analysis KW - Computed tomography PY - 2019 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-470418 DO - https://doi.org/10.25932/publishup-47041 SP - 1 EP - 97 PB - Universitätsbibliothek Potsdam CY - Potsdam AN - OPUS4-53476 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Pimentel, A. S. O. A1 - Guesser, W. L. A1 - Custódio da Silva, W. J. R. A1 - Portella, Pedro Dolabella A1 - Woydt, Mathias A1 - Burbank, J. T1 - Abrasive wear behavior of austempered ductile iron with niobium additions N2 - Carbidic Austempered Ductile Iron (CADI) microstructures containing eutectic carbides can be produced by the addition of carbide stabilizing elements, such as chromium. Carbides formed from the addition of Cr are eutectic of M3C type. The presence of such hard phases can enhance the abrasion wear resistance of ductile iron. A new CADI can be produced by the addition of Nb. Niobium carbide particles are formed in the beginning of solidification and remain stable once they are insoluble in solid iron matrix. The dry sand abrasive wear resistance of ductile irons alloyed with 1.0, 1.8, and 2.4 wt% Nb were tested in both “as-cast” and “heat treated” conditions using standard ASTM G65. Results were compared to abrasive wear data obtained on ductile iron alloyed with 1 wt% Cr, CADI (1 wt% Cr), and the basic composition of iron without carbide stabilizing elements. In the “ascast” condition, the addition of Nb did not lead to a reduction in wear, while CADI with Nb is a promising substitute for CADI with Cr addition, because both materials showed very similar values of abrasion resistance. Micro-ploughing and micro-cutting mechanisms were observed on the worn surfaces of ductile irons. Abrasive wear resistance of these alloys was correlated with the volume fraction of carbides. KW - arbidic austempered ductile iron KW - Ductile iron KW - Niobium alloying KW - Abrasion PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.203065 VL - 2019 IS - 440–441 SP - 203065 PB - Elsevier CY - Amsterdam, Niederlande AN - OPUS4-50784 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Avila, Luis A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ulbricht, Alexander T1 - Ermüdungsverhalten und Versagensmechanismen von additiv mittels LPA hergestelltem TiAl6V4 N2 - Die Untersuchung und Charakterisierung der Entwicklung/Änderung der Mikrostruktur, der mechanischen Eigenschaften sowie der Lebensdauer additiv gefertigter metallischer Werkstoffe hat bisher, vor allem im Hinblick auf die komplexe Belastungsfälle bei sicherheitsrelevanten Anwendungen, mit der rasanten Entwicklung der Fertigungstechniken nicht Schritt gehalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von additiv gefertigten TiAl6V4 im Low-Cycle-Fatigue Bereich (niederzyklische Ermüdung) nach Norm ISO 12206 mit Dehnungsamplituden von 0.3 bis zu 1.0 % und bei Raumtemperatur, 250°C und 400°C durchgeführt. Die TiAl6V4 Proben wurden aus zylindrischen Halbzeugen gefertigt, welche durch Laser-Pulver-Auftragsschweißen mit einer optimierten Aufbaustrategie hergestellt wurden. Die optimierte Aufbaustrategie beinhaltet variierende Spurüberlappungsgraden, die die Fertigung der dünnen zylindrischen Körper ohne weitere Ausgleichslagen ermöglicht. Das Werkstoffverhalten wird anhand von Wechselverformungskurven sowie einer Darstellung der Lebensdauer in einem Wöhler-Diagramm beschrieben. Ein Fitting der Lebensdauer-Daten erfolgt anhand der Manson-Coffin-Basquin Beziehung. Eine Eingangscharakterisierung der mikrostrukturellen Merkmale inklusive Bindefehler aus dem Herstellungsprozess wird durch Lichtmikroskopie und hochauflösende Computertomographie (CT) durchgeführt. Der Versagensmechanismus während der Belastung wird anhand von Zwischenuntersuchungen mit CT und einem unterbrochenen Versuch mit ausgewählten Versuchsparametern beschrieben. Nach dem Versagen wurden die Proben am REM, mit Lichtmikroskopie und mit CT fraktographisch in Längs- und Querrichtung untersucht. Die erfassten Lebensdauern sind ähnlich zu denen aus herkömmlichen Studien und liegen unter derjenigen von dem konventionell hergestellten (geschmiedeten) Werkstoff. In dieser Arbeit wurden für den untersuchten Werkstoff bei anwendungs- und sicherheitsrelevanten Belastungszuständen (hohe Temperaturen, zyklische Plastizität) neue experimentelle Daten und Kennwerte ermittelt und Verständnis über das mechanische Verhalten und die Entwicklung der Mikrostruktur aufgebaut. Darüber hinaus wurde Verständnis über die Rolle von Bindefehlern und anderen typisch für AM auftretenden Gefügemerkmalen auf das Versagensverhalten von DED-L TiAl6V4 gewonnen. T2 - DGM Fachausschuss Titan CY - Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH, Germany DA - 12.11.2019 KW - LCF KW - Titan KW - Ti-6Al-4V KW - Ti64 KW - TiAl5V4 KW - Additive Fertigung KW - CT KW - Mikrostruktur KW - Zugeigenschaften KW - Low Cycle Fatigue PY - 2019 AN - OPUS4-49758 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - de Zeeuw, C. A1 - Teixeira de Freitas, S. A1 - Zarouchas, D. A1 - Schilling, Markus A1 - Lopes Fernandes, R. A1 - Portella, Pedro Dolabella A1 - Niebergall, Ute T1 - Creep behaviour of steel bonded joints under hygrothermal conditions N2 - The aim of this research is to study the influence of moisture absorption at low moisture contents on the creep behaviour of an epoxy adhesive in steel bonded joints. Single lap joints were manufactured using high strength steel adherends and a two-component epoxy adhesive. The single lap joints were tested at load Levels corresponding to average lap shear stresses of±5%, 15%, 30% and 45% of the dry lap shear strength in both 40 °C air and 40 °C distilled water. Specimens were not pre-aged to be able to analyse the coupled effect of moisture and loading. The test results show that an increase in the load level resulted in an increase in the instantaneous strain and in the creep strain rate. The creep strain of single lap joints loaded in water was generally larger than for the ones loaded in air. For joints loaded in water the creep behaviour was found to be dependent on the moisture concentration in the adhesive. At low moisture percentages creep was suppressed, resulting in a lower instantaneous strain. At higher moisture percentages creep was promoted, resulting in a larger strain rate. The suppression of creep at low moisture percentages is attributed to water molecules bonding to the epoxy macromolecules, resulting in a reduction in molecular mobility and a smaller creep strain. At higher moisture percentages the plasticizing effect of the water dominates, resulting in a larger creep strain. The Maxwell threeelement solid model and Kelvin-Voigt three-element solid model were used to simulate the creep behaviour of the single lap joints loaded in air and water. The models gave good representations of the creep Response across the different load levels in both water and air, they were however unable to give a correct representation of the instantaneous strain of the single lap joints loaded in water. This is attributed to the models being unable to account for the present short-term relaxation process that is dependent on the moisture concentration. KW - C. lap-shear KW - D. aging KW - D. creep D. viscoelasticity KW - Hygrothermal KW - Viscoelastic model PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.ijadhadh.2019.03.002 SN - 0143-7496 VL - 91 SP - 54 EP - 63 PB - Elsevier AN - OPUS4-47538 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Wilke, Olaf A1 - Jann, Oliver A1 - Plehn, W. A1 - Brozowski, F. T1 - Untersuchungen zur Etablierung der DIN EN 16516 als neuer Referenznorm für die Prüfung von Formaldehydemissionen aus Holzwerkstoffen gemäß Chemikalien-Verbotsverordnung T1 - Investigations to establish DIN EN 16516 as new reference standard for testing of formaldehyde emissions from wood-based panels under the Chemikalien-Verbotsverordnung N2 - Im Januar 2018 wurde die DIN EN 16516 „Bauprodukte: Bewertung der Freisetzung gefährlicher Stoffe – Bestimmung von Emissionen in die Innenraumluft“ als harmonisierte europäische Prüfnorm veröffentlicht. Für die Etablierung der DIN EN 16516 als neue Referenznorm wurden verschiedene Emissionsprüfungen mit dem Ziel durchgeführt, ein neues Prüfverfahren für Formaldehydemissionen aus Holzwerkstoffen zu erarbeiten. Das übergeordnete Ziel ist die Minimierung des Risikos von Überschreitungen des Innenraumrichtwertes für Formaldehyd. Die Untersuchungen ergaben teilweise hohe Formaldehydemissionen, insbesondere bei höheren Beladungsfaktoren und Temperaturen, sowie bei niedrigen Luftwechselraten. Eine getestete Spanplatte hätte aufgrund ihrer hohen Formaldehydemission nicht auf den deutschen Markt gebracht werden dürfen. Durch vergleichende Untersuchungen konnte ein Umrechnungsfaktor in Höhe von 2,0 für die Umrechnung von Prüfwerten nach DIN EN 717-1 zu DIN EN 16516 abgeleitet werden. N2 - DIN EN 16516 "Construction products: Assessment of release of dangerous substances - Determination of emissions into indoor air" was published as a harmonized European standard in January 2018. For the establishment of DIN EN 16516 as the new reference standard various emission tests were carried out with the aim to develop a new test procedure for the measurement of formaldehyde emissions from wood-based panels. The superior aim is to minimize the risk of exceeding the indoor air reference value for formaldehyde. The investigations showed some particularly high formaldehyde emissions, especially at higher loading and temperature and at low air change rates. One of the tested particle boards exceeded the formaldehyde limit value and should not have been sold in Germany. For the conversion of test values from DIN EN 717-1 to DIN EN 16516 a conversion factor of 2.0 was derived from the comparative investigations. KW - Formaldehyd KW - DIN EN 16516 KW - Innenraumluft KW - Emissionsprüfung PY - 2019 SN - 0949-8036 VL - 79 IS - 3 SP - 79 EP - 85 PB - VDI Fachmedien CY - Düsseldorf AN - OPUS4-47666 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Uckert, Danilo A1 - Kühn, H.-J. A1 - Matzak, Kathrin A1 - Rehmer, Birgit T1 - Ermüdungsverhalten des warmfesten austenitischen Gusseisens EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 bei hoher Temperatur N2 - Die warmfeste austenitische Gusseisenlegierung EN-GJSA-XNiSiCr35-5-2 (häufig auch als Ni-Resist D-5S bezeichnet) wurde hinsichtlich ihres mechanischen Verhal-tens bei hoher Temperatur charakterisiert. Dazu wurden (isotherme) niederzyklische (LCF-) und (nicht-isotherme) thermomechanische Ermüdungsversuche (TMF) zwischen Raumtemperatur und 900 °C durchgeführt. Diese Ergebnisse dienten (zu-sammen mit weiteren Versuchsdaten) der Kalibrierung werkstoffmechanischer Modelle. Bei den höchsten Prüftemperaturen wurde Schädigung in Form von Kriechen beobachtet und metallographisch dokumentiert. T2 - 21. Werkstofftechnisches Kolloquium CY - Chemnitz, Germany DA - 06.03.2019 KW - Kriechen KW - LCF KW - TMF KW - Lebensdauer KW - Ni-Resist PY - 2019 AN - OPUS4-47548 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Avila, Luis A1 - Rehmer, Birgit A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Graf, B. A1 - Rethmeier, Michael A1 - Ulbricht, Alexander T1 - Ermüdungsverhalten und Versagensmechanismen von additiv mittels LPA hergestelltem TiAl6V4 N2 - Die Untersuchung und Charakterisierung der Entwicklung/Änderung der Mikrostruktur, der mechanischen Eigenschaften sowie der Lebensdauer additiv gefertigter metallischer Werkstoffe hat bisher, vor allem im Hinblick auf die komplexe Belastungsfälle bei sicherheitsrelevanten Anwendungen, mit der rasanten Entwicklung der Fertigungstechniken nicht Schritt gehalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von additiv gefertigten TiAl6V4 im Low-Cycle-Fatigue Bereich (niederzyklische Ermüdung) nach Norm ISO 12206 mit Dehnungsamplituden von 0.3 bis zu 1.0 % und bei Raumtemperatur, 250°C und 400°C durchgeführt. Die TiAl6V4 Proben wurden aus zylindrischen Halbzeugen gefertigt, welche durch Laser-Pulver-Auftragsschweißen mit einer optimierten Aufbaustrategie hergestellt wurden. Die optimierte Aufbaustrategie beinhaltet variierende Spurüberlappungsgraden, die die Fertigung der dünnen zylindrischen Körper ohne weitere Ausgleichslagen ermöglicht. Das Werkstoffverhalten wird anhand von Wechselverformungskurven sowie einer Darstellung der Lebensdauer in einem Wöhler-Diagramm beschrieben. Ein Fitting der Lebensdauer-Daten erfolgt anhand der Manson-Coffin-Basquin Beziehung. Eine Eingangscharakterisierung der mikrostrukturellen Merkmale inklusive Bindefehler aus dem Herstellungsprozess wird durch Lichtmikroskopie und hochauflösende Computertomographie (CT) durchgeführt. Der Versagensmechanismus während der Belastung wird anhand von Zwischenuntersuchungen mit CT und einem unterbrochenen Versuch mit ausgewählten Versuchsparametern beschrieben. Nach dem Versagen wurden die Proben am REM, mit Lichtmikroskopie und mit CT fraktographisch in Längs- und Querrichtung untersucht. Die erfassten Lebensdauern sind ähnlich zu denen aus herkömmlichen Studien und liegen unter derjenigen von dem konventionell hergestellten (geschmiedeten) Werkstoff. In dieser Arbeit wurden für den untersuchten Werkstoff bei anwendungs- und sicherheitsrelevanten Belastungszuständen (hohe Temperaturen, zyklische Plastizität) neue experimentelle Daten und Kennwerte ermittelt und Verständnis über das mechanische Verhalten und die Entwicklung der Mikrostruktur aufgebaut. Darüber hinaus wurde Verständnis über die Rolle von Bindefehlern und anderen typisch für AM auftretenden Gefügemerkmalen auf das Versagensverhalten von DED-L TiAl6V4 gewonnen. T2 - Werkstoffwoche 2019 CY - Dresden, Germany DA - 18.09.2019 KW - Titan KW - TiAl5V4 KW - Ti-6Al-4V KW - Ti64 KW - Additive Fertigung KW - CT KW - Mikrostruktur KW - Zugeigenschaften KW - Low Cycle Fatigue KW - LCF PY - 2019 AN - OPUS4-49755 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Finn, Monika A1 - Uhlemann, Patrick A1 - Meyer, Christian A1 - Scheuerlein, C. A1 - Amez-Droz, M. A1 - Meuter, F. A1 - Konstantopoulou, K. A1 - Savary, F. A1 - Tock, J.-P. T1 - Thermomechanical properties of polymers for use in superconducting magnets N2 - The coefficient of thermal expansion (CTE) and the thermomechanical properties of the polymers used in superconducting magnets need to be known in order to predict their stress state under the different magnet assembly and operating conditions. We have measured Young’s moduli of typically used polymers during in situ heat cycles with the dynamic resonancemethod. The dynamic test results are compared with Young’s moduli determined from quasi-static stress–strain measurements at room temperature, 77 K and 4.2 K. A moderate elastic anisotropy is found for the fiber reinforced polymers. CTEs are compared based on dilation experiments. TheCTEs of the fiber reinforced polymers studied are similar to those of copper or steel. In contrast, the pure resins exhibit relatively larger CTEs. KW - Polymer KW - Superconducting magnet KW - Young´s modulus KW - Stress-strain behavior KW - Resonance testing KW - Coefficient of thermal expansion PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1109/TASC.2019.2898321 SN - 1051-8223 SN - 1558-2515 VL - 29 IS - 5 SP - 7701605, 1 EP - 5 PB - IEEE AN - OPUS4-47616 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hübner, Oskar A1 - Resch-Genger, Ute A1 - Wegner, Karl David A1 - Hoffmann, Kristin T1 - Lifetime Barcoding of Polystyrene Beads with Fluorescent Nanocrystals for Fluorescent Lifetime Detection in Flow Cytometry N2 - Multiplexed encoding schemes of nano- and micrometer sized polymer particles with fluorescent dyes or quantum dots (QDs) and their optical detection, are of increasing interest for applications in the life sciences, for example in flow cytometry. Almost all strategies utilizing fluorescence focus on spectrally distinguishable emission bands or colors and different intensity levels as fluorescence codes. In this work the goal is to perform multiplexing with encoding fluorophores with different fluorescence lifetimes (LTs). In comparison to the spectral multiplexing strategies this has the advantage, that the different fluorescence LT codes can be measured with the same excitation and emission wavelength, thus reducing instrumental costs. Moreover, LTs should not depend on emitter concentration. Unlike organic dyes, the LTs of which are typically <10ns, the fluorescence LTs of ternary semiconductor QDs which represent a “green” alternative to conventional Cd-containing QDs are in the range of several hundred ns, independent of oxygen concentration, and can be tuned to a certain extent by chemical composition and surface chemistry. This presents a time region that can barely be covered by other emitters that have either much shorter or longer lifetimes. In this project, different encoding strategies will be assessed, and the encoded particles will then be used for fluorescence assays for the analysis of several targets in parallel. Therefore, the encoded particles will be functionalized with different target-specific bioligands and read out with a specifically designed flow cytometer enabling time-resolved fluorescence detection. With this instrument, the particles will be discriminated by their fluorescence LTs in one detection channel while the analytes will be quantified by fluorescence labels in a second channel in the intensity domain. T2 - Tag der Chemie 2019 CY - Berlin, Germany DA - 11.07.2019 KW - Multiplexing KW - Lifetime KW - Bead KW - Flow cytometry KW - Fluorescence KW - Quantum dot KW - InP KW - AIS KW - Dye KW - Encoding KW - Barcoding KW - Assay KW - Method PY - 2019 AN - OPUS4-49722 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Alam, F. A1 - Wegner, Karl David A1 - Pouget, S. A1 - Amidani, L. A1 - Kvashnina, K. A1 - Aldakov, D. A1 - Reiss, P. T1 - Eu2+: A suitable substituent for Pb2+ in CsPbX3 perovskite nanocrystals? N2 - Eu2+ is used to replace toxic Pb2+ in metal halide perovskite nanocrystals (NCs). The synthesis implies injection of cesium oleate into a solution of europium (II) bromide at an experimentally determined optimum temperature of 130 ○C and a reaction time of 60 s. Structural analysis indicates the formation of spherical CsEuBr3 nanoparticles with a mean size of 43 ± 7 nm. Using EuI2 instead of EuBr2 leads to the formation of 18-nm CsI nanoparticles, while EuCl2 does not show any reaction with cesium oleate forming 80-nm EuCl2 nanoparticles. The obtained CsEuBr3 NCs exhibit bright blue emission at 413 nm (FWHM 30 nm) with a room temperature photoluminescence quantum yield of 39%. The emission originates from the Laporte-allowed 4f7–4f65d1 transition of Eu2+ and shows a PL decay time of 263 ns. The long-term stability of the optical properties is observed, making inorganic lead-free CsEuBr3 NCs promising deep blue emitters for optoelectronics. KW - Perovskite KW - Lead-free KW - fluorescence KW - anion-exchange PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1063/1.5126473 SN - 0021-9606 VL - 151 SP - 231101-1 EP - 231101-7 PB - AIP Publishing AN - OPUS4-50696 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -