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Um das Risswachstum in Gläsern zu untersuchen, sind in einer Glovebox 185 Risse ausgehen von Vickers-Eindrücken in Kalk-Natron-Glas initiiert und gewachsen. Die direkte Beobachtung des unterkritischen Risswachstums erfolgte mit einer Hochgeschwindigkeitskamera. Die Ergebnisse zeigen, dass die statistische Auswertung vieler radialer Risse von multiplen Rissevents notwendig ist, um eine Korrelation zum Spannungsintensitätsfaktor ziehen zu können.
In order to study damage in concrete exposed to fire, a series of continuous X-ray computed tomography (CT) measurements were performed on a concrete sample heated, in-situ, on one side. The water migration relative to time and 3D space and, in particular, the dynamic condensation and vaporization of water droplets in the pores was quantified. This approach shows significant potential for further investigation of fire-related concrete damage.
We investigated the effect of water vapor in the initial stages of SO2 corrosion of an Fe-9Cr-0.5Mn model alloy at 650 °C. Two separate experiments were run, one with 99.5%-Ar + 0.5%-SO2 and one with 69.5%-Ar + 0.5%-SO2 with 30%-H2O atmosphere. During the experiment the scale growth was observed in-situ, using energy dispersive X-ray diffraction (EDXRD). Our results confirm an increased speed of oxygen transport into the material, with the addition of water, while the transport of sulfur appears to be less affected.
In-situ Prozessüberwachung in der additiven Fertigung von Metallen mittels optischer Verfahren
(2020)
Einer der aussichtsreichsten Ansätze, die Qualität und Sicherheit der gefertigten Teile in der metallbasierten additiven Fertigung (AM) zu erhöhen und die Notwendigkeit aufwändiger und zeitintensiver, zerstörender oder zerstörungsfreier Prüfungen (ZfP) nach der Fertigung zu verringern, liegt in dem Einsatz von in-situ Prozessüberwachungstechniken. Bereits jetzt werden erste Messsysteme zur Kontrolle der Energiequelle, des Bauraums, des Schmelzbades und der Bauteilgeometrie kommerziell angeboten. Weitere ZfP Verfahren, wie z.B. die aktive und passive Thermografie, werden in der Literatur als geeignet für die in-situ Anwendung angesehen, allerdings gibt es noch wenig konkrete praktische Umsetzungen, da die Möglichkeiten und individuellen Grenzen dieser Methoden, angewendet auf AM, noch nicht ausreichend erforscht sind. Aus diesem Grund verfolgt die BAM mit dem Projekt „Process Monitoring of AM“ (ProMoAM) im Themenfeld Material das Ziel, Verfahren des Prozessmonitorings zur in-situ Bewertung der Qualität additiv gefertigter Metallbauteile weiterzuentwickeln.
Im Beitrag wird zunächst das Projekt vorgestellt und anschließend der Fokus auf eine Messserie gelegt, in der Probekörper aus dem austenitischen Edelstahl 316L mit lokal variierenden Prozessparametern mittels selektiven Laserschmelzen (L-PBF) aufgebaut wurden. Der Bauprozess wurde hierbei durch das maschineneigene, koaxial arbeitende Photodiodensystem (Melt-Pool-Monitoring), einer Mittelwellen-Infrarotkamera und einer optischen Tomografiekamera im sichtbaren Wellenlängenbereich (Langzeitbelichtung für die Dauer eines Lagenaufbaus mit einer CMOS-Kamera mit hoher Ortsauflösung) simultan überwacht. Als Referenz für diese Methoden wurden die Probekörper mittels Computertomografie untersucht. Für die dabei anfallenden teils großen Datenmengen wurden Algorithmen für ein effizientes Preprocessing entwickelt. Es wurden Merkmale der Messdaten in Korrelation zu Fehlern und Inhomogenitäten extrahiert, welche für die einzelnen Methoden vergleichend vorgestellt und diskutiert werden.
A variety of materials of technological interest change their properties through contact with reactive media. Solid-gas reactions lead to a variety of reaction products on the surfaces and internal interfaces. The observation of nucleation and growth processes in the environment where they occur (in situ) from a chemical-structural perspective is especially challenging for aggressive atmospheres. The talk presents innovative approaches to study corrosion mechanisms using advanced X-ray methods. Using energy dispersive X-ray diffraction and X-ray absorption spectroscopy in different tailor made environmental reaction chambers, valuable insights into high temperature oxidation and sulfidation processes were gained. Fe-based alloys were exposed to hot and reactive atmospheres containing gases like SO2, H2O and O2 at 650°C. During the gas exposure the tailor made reaction chambers were connected to a high energy diffraction end station at the synchrotron. The crystallization and growth of oxide and sulfide reaction products at the alloy surfaces were monitored by collecting full diffraction pattern every minute. Careful examination of shape and intensity of phase-specific reflections enabled to a detailed view on growth kinetics. These studies showed, oxides are the first phases occurring immediately after experimental start. As soon as reactive gas media enter the chamber, the conditions change and different reaction products, such as sulfides start to grow. A comparison of different gas environments applied, illustrated the differences in the type of reaction products. The in situ observation of high temperature material degradation by corrosion made it possible to study the contribution of phases, which are not stable at room temperature. For instance, wuestite (Fe1-xO), was frequently observed at high temperatures in humid gases on Fe with 2 wt.% and 9 wt.% chromium, but not at room temperature. The strength of the occurrence of this phase additionally explains why, despite a higher Cr content, ferritic alloys with 9 wt.% Cr in a challenging atmosphere prevent the intrinsic formation of protective layers. The in situ observations were supplemented by careful considerations of thermodynamic boundary conditions and detailed post characterization by classical metallographic analysis. Additionally, the structure and chemistry of the dominant oxide layers were evaluated using X-ray absorption near edge structure spectroscopy. The talk will give an overview about chances and challenges for studying high temperature corrosion phenomena by advanced X-ray methods.