5.0 Abteilungsleitung und andere
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Die BAM ist nahezu über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg wissenschaftlich tätig. Von der sicheren und effizienten Wasserstofferzeugung (POWER-to-GAS), über die (Zwischen-)Speicherung von Wasserstoff in Druckgasspeichern bis hin zum Transport bspw. mittels Trailerfahrzeug zum Endverbraucher.
Komplettiert werden die Aktivitäten der BAM durch die sicherheitstechnische Beurteilung von wasserstoffhaltigen Gasgemischen, die Verträglichkeitsbewertung von Werkstoffen bis hin zur Detektion von Wasserstoffkonzentrationen über geeignete Sensorik, auch mittels ferngesteuerter Messdrohnen (sog. UAV-Drohnen).
Zudem untersucht die BAM proaktiv Schadensrisiken und Unfallszenarien für die Sicherheitsbetrachtung, um mögliche Schwachstellen aufzeigen und potenzielle Gefährdungen erkennen zu können.
Extensometer sind seit Jahrzehnten im Einsatz und bilden die Basis für eine präzise Dehnungsmessung in werkstoffmechanischen Versuchen. Jedoch ist die Temperaturstabilität von Extensometern häufig noch nicht ausreichend beachtet worden, um Fehler verursacht durch Temperaturschwankungen zu minimieren. Dieses wird derzeit nicht nur in Deutschland, sondern auch international zunehmend diskutiert. Datenblätter von Extensometern sind teils unvollständig besonders hinsichtlich von Temperatureinflüssen. Extensometer für den Einsatz bei höheren Temperaturen sollen z.B. laut Normen für dehnungsgeregelte Ermüdungsversuche mit Luft oder Wasser aktiv gekühlt werden. Jedoch schreiben die Normen keine Temperatur-Toleranzen für Extensometer vor. Dehnungsfehler verursacht durch Temperaturschwankungen am Extensometer bleiben meist verborgen, da die Temperatur des Extensometers standardmäßig gar nicht gemessen wird. Die Ursache von Einflüssen zur Temperaturstabilität von Extensometern wird erläutert. Ein einfaches Rechenbeispiel zeigt die Empfindlichkeit von Extensometern gegenüber Temperaturschwankungen und die Auswirkungen auf den Dehnungsfehler. Lösungsmöglichkeiten zur Optimierung werden aufgezeigt. Der Anwender von Extensometern soll sensibilisiert werden, um der Temperaturstabilität von Extensometern sowohl hinsichtlich Herstellerspezifikationen als auch bei der Anwendung von Extensometern im Prüflabor mehr Aufmerksamkeit zu schenken, um letztlich die Qualität von Versuchsergebnissen zu verbessern. Empfehlungen an Extensometerhersteller werden formuliert. Dieses Thema wird zukünftig auch in Prüfnormen mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden. Es werden Maßnahmen zur Verbesserung der Temperaturstabilität von Extensometern Einzug in Prüfnomen finden, um letztlich verlässlichere Versuchsergebnisse zu erhalten. Es ist beabsichtigt, eine Verbesserung der Temperaturstabilität von Extensometern z.B. bei der nächsten Revision der Prüfnormen ISO 12106 und ISO 12111 für dehnungsgeregelte LCF- und TMF-Versuche zu berücksichtigen.
Extensometer werden seit langer Zeit erfolgreich für die Ermittlung von werkstoffmecha-nischen Kennwerten eingesetzt. Allerdings wurden in den letzten Jahren immer wieder durch Temperaturschwankungen bedingte Drift an Extensometern festgestellt, die be-sonders in Langzeitversuchen zu Problemen führen können. Es wurden Ursachen für die thermische Drift von Extensometern aufgezeigt. Anhand von einem Beispiel wurde gezeigt, wie sich Temperaturschwankungen an einem Extensometer auf die Ergebnisse von werkstoffmechanischen Ermüdungsversuchen auswirken können. An einem weiteren Beispiel wurde beschrieben, dass der durch Temperaturschwankungen verursachte Dehnungsfehler eines Extensometers stark von der Höhe der Temperaturschwankung und von der Dehnungsschwingbreite abhängt und, je nach Anwendungsfall größer als 1% werden kann. Es wurde verdeutlicht, dass bisherige nach Norm vorgeschriebene Maß-nahmen oft nicht ausreichen, um Einflüsse von Temperaturschwankungen am Extenso-meter zuverlässig zu unterbinden. Vorschläge wurden aufgezeigt, um die Temperatursta-bilität von Extensometern zu verbessern. Das gesamte Temperaturmanagement von Raumtemperatur, Kühlwassertemperatur, Temperaturmessung am Extensometer etc. sollte von Grund auf neu betrachtet werden, um Verbesserungen bei der Temperatur-konstanz von Extensometern zu erlangen. Ferner wurde vorgeschlagen, Extensometer in temperaturkompensierter Ausführung zu entwickeln und zu verkaufen. Dieses sollte Ret-rofits für existierende Extensometer miteinschließen. Konkrete Maßnahmen zur Imple-mentierung in Materialprüfungsnormen müssen weiter diskutiert werden.
The prediction of structural parameters and optoelectronic properties of compound semiconductors is very important. However, calculations often neglect chemical variability and structural defects. In chalcopyrite type semiconductors one of the major defects are copper vacancies (V Cu). The four cation neighbors of the anion determine its position in the chalcopyrite type structure expressed by the Wyckoff position 8d (x, 1/4, 1/8). Intrinsic point defects like V
Cu and anti-sites may cause variations of the Anion position in the middle of the cation tetrahedron, especially in the Anion position Parameter x. For stoichiometric chalcopyrite type compounds a formalism according to the principle of conservation of tetrahedral bonds (CTB) can be applied to calculate the anion position parameter, but it fails in the case of off-stoichiometric chalcopyrites. This case study of chalcopyrite type CuGaS 2 and Mn-substituted GuGaS 2
shows that the experimentally determined anion position Parameter x
deviate from values calculated by CTB approach. The systematic investigation of off-stoichiometric CuGaS 2 and Mn-substituted GuGaS
2 demonstrates the effect of copper vacancies on the average radii of the cation sites (Wyckoff positions 4a and 4b) as well as on the anion position Parameter x. By applying an elaborated CTB Approach implementing copper vacancies an agreement between experimental and calculated anion position Parameter x can be obtained.
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.
The use of high niobium alloyed cast iron alloys is a relatively new approach in which the niobium addition intends to improve the properties of the material by the precipitation of hard niobium carbides during solidification. Steels can be replaced by ductile cast iron in some rolling applications, such as gears and cams, in order to reduce material costs. The aim of this work is to evaluate ductile iron alloyed with 1 weight percent (wt.%) niobium for the as cast specimens and with 1.8 wt.% and 2.4 wt.% niobium for the austempered specimens under lubricated slip-rolling tests using mixed/boundary conditions in an Amsler-type machine. Austempered ductile iron (ADI) alloyed with 1 wt.% chromium, or Carbidic ADI, was tested for comparison. For the as cast conditions, the niobium addition resulted in an increase of wear resistance owing to the low contact pressure of these tests. However, for the austempered specimens, the best performance was found for unalloyed ADI. The main factor acting in the initiation and propagation of cracks in ductile iron is the presence of the graphite nodules. The coarse carbides also contributed to the initiation of cracks and spalling of the material.
Konventionelle und innovative Hochtemperaturwerkstoffe sind im technischen Betrieb einer Vielzahl an Belastungen ausgesetzt. Neben mechanischen Beanspruchungen stellt die chemische Belastung durch das Vorhandensein von aggressiven und korrosiven Medien (SO2, CO2, O2, H2O…) bei hoher Temperatur einen Schlüsselfaktor dar, der die Langlebigkeit der Materialien im Einsatz beeinflusst. Neben konventionellen, mikroskopischen Analyseverfahren bieten röntgenbasierte Techniken Möglichkeiten, die Grenzflächenreaktionen zwischen dem Werkstoff und den Medien während der chemischen Belastung (in situ) zu untersuchen. Neuartige Einblicke in die zugrunde liegenden Prozesse der Schädigungsmechanismen werden anhand von klassischen ferritischen Legierungen beschrieben. Das Verständnis von Schlüsselfaktoren zur Induzierung eines Schutzmechanismus ist insbesondere für die Entwicklung von neuartigen Materialklassen wie Hochentropie- und chemisch komplexe Legierungen notwendig. Erste Einblicke in Schädigungsmechanismen durch Gaskorrosion dieser innovativen Materialsysteme werden vorgestellt.
The precise analysis of cation diffusion profiles through corrosion scales is an important aspect to evaluate corrosion phenomena under multicomponent chemical load, as during high‐temperature corrosion under deposits and salts. The present study shows a comprehensive analysis of cation diffusion profiles by electron microprobe analysis and microbeam X‐ray absorption near edge structure (µ‐XANES) spectroscopy in mixed oxide/sulfide scales grown on Fe–Cr model alloys after exposing them to 0.5% SO2. The results presented here correspond to depth‐dependent phase identification of oxides and sulfides in the corrosion scales by µ‐XANES and the description of oxidation‐state‐dependent diffusion profiles. Scales grown on low‐ and high‐alloyed materials show both a well‐pronounced diffusion profile with a high concentration of Fe3+ at the gas and a high concentration of Fe2+ at the alloy interface. The distribution of the cations within a close‐packed oxide lattice is strongly influencing the lattice diffusion phenomena due to their different oxidation states and therefore different crystal‐field preference energies. This issue is discussed based on the results obtained by µ‐XANES analysis.