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Organisationseinheit der BAM
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Following to a brief introduction of BAM the procedures are explained how to prepare reference materials in analytical chemistry. Examples are given for collecting and presenting data in welding, thermomechanical properties and tribology. The use of data for modelling safety in technology and chemistry is demonstrated. Finally there is in outlook on the World Materials Research Institut Forum (WMRIF) and recommendations for action.
The magnetic plasma confinement system of the nuclear fusion experiment “Wendelstein 7-X”, which recently produced the first plasma, consists of 20 planar and 50 non-planar superconducting coils. To keep them precisely in position, these coils contact each other at special support elements. The supports are operated in high vacuum at a temperature of about 4 K, and when the magnetic field is ramped up, forces up to 1500 kN and sliding motion of some mm occurs. Because mechanical disturbances may cause severe failures, only low friction without any stick-slip behaviour is tolerable. In pre-tests a PVD-MoS2-coating had proven to be the optimum solution. It was tested with downsized samples in reciprocating motion in liquid nitrogen (T = 77 K) and liquid helium (T = 4,2 K). In long-term tests in liquid nitrogen this coating showed stable sliding for up to 14.900 friction cycles without coating failure. However, in liquid helium an unexpected stick-slip effect occurred, whose origin could not be clarified so far.
Aerosol emissions from brake pads are evolving into the focus of industrie and regulation. Many institutes are extending their dynamometer test stands with aerosol measurement equipement. While this is in general a good developement, the details of aerosol measurement and the special problems in the case of brake pad emissions need some special attention. The instrumentation can not be used out of the box and the important parameters will be highlighted in this presentation.
Lasermaterialbearbeitung ist eine sich schnell entwickelnde Technologie, um eine Vielzahl von Oberflächenfunktionalitäten auf Basis optischer, mechanischer oder chemischer Eigenschaften zu realisieren. Die Verwendung ultrakurzer Laserimpulse mit Dauern im Femtosekundenbereich ermöglicht dabei neben einer herausragenden Bearbeitungs-präzision auch die selbstorganisierte Erzeugung verschiedener charakteristischer Ober-flächenstrukturen mit Größenskalen im Mikrometer- bis hinunter in den sub-100-nm-Bereich, z.B. sogenannte Ripples („Laser-Induced Periodic Surface Structures“, LIPSS), Grooves, oder Spikes.
In dem Vortrag wird ein Überblick über die in den vergangenen Jahren in Zusammenarbeit mit dem BAM Fachbereich 6.3 durchgeführten tribologischen Experimente gegeben. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf den tribologischen Eigenschaften (Reibung und Verschleiß) der unterschiedlichen Femtosekunden-Laser-generierten Oberflächen-morphologien auf gängigen Metallen (z.B. Stahl, Titan). Einflüsse durch die Veränderungen der Härte des Werkstoffs infolge Laser-induzierter Oxidation, der Dicke und Struktur der Oxidschicht, und die Wirksamkeit unterschiedlicher Schmiermittel (z.B. additiviertes Motoröl) werden diskutiert.
Das Presshärteverfahren hat sich zur ressourceneffizienten Verarbeitung von höchstfesten Stahlwerkstoffen im Karosserieleichtbau weltweit etabliert. Die fehlerfreie Bauteilproduktion wird jedoch durch Reibungs- und Verschleißerscheinungen aufgrund hoher thermo-mechanischer Werkzeugbelastungen und fehlender Schmierstoffsysteme limitiert. Als Lösungsansatz wird eine Modifikation der Werkzeugoberfläche mittels Laserimplantation angestrebt, um folglich deren Verschleißbeständigkeit nachhaltig zu erhöhen. Das Verfahren basiert auf einem lokalen Dispergieren keramischer Hartstoffpartikel in die Werkzeugoberfläche, infolgedessen hochfeste und erhabene Strukturen im Mikrometerbereich entstehen. Aufgrund der signifikanten Reduzierung der Kontaktfläche sowie der hohen Verschleißbeständigkeit der eingesetzten TiB2-Hartstoffe wird ein verbessertes tribologisches Einsatzverhalten unter presshärtetypischen Prozessbedingungen erwartet. Zur Verifizierung dieser Annahmen wurden im Rahmen dieser Arbeit modifizierte Pin-on-Disk Tests durchgeführt, um das Reib- und Verschleißverhalten der laserimplantierten Werkzeugoberflächen unter Presshärtebedingungen zu untersuchen. Zur weiteren Vertiefung des Prozess-verständnisses wurden die verschlissenen Platinen via Tastschnittmessungen und Querschliffaufnahmen analysiert. Durch den Ergebnisvergleich mit konventionellen Werkzeugoberflächen erfolgte eine abschließende Bewertung des tribologischen Einsatzverhaltens der laserimplantierten Strukturen.
Verschleißfeste Kohlenstoffschichten mit niedriger Reibung sind hervorragend für Anwendungen in der Erdgas- und Wasserstofftechnologie geeignet. Einige Varianten versagen jedoch in inerter Umgebung, was für die praktische Anwendung sehr nachteilig ist. Im Vortrag werden Beispiele aus Modellversuchen für verschiedene Varianten, auch für Flüssigmethan-Umgebung gezeigt.