Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Organisationseinheit der BAM
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Eine Grundanforderung an Bauteile ist deren mechanische Integrität, die als Festigkeit (globale Bauteilbeanspruchung) bzw. Tragfestigkeit (lokale Beanspruchung) zu verstehen ist. Die Bauteilfestigkeit wird wesentlich durch das Materialgefüge bestimmt und kann über die Prüfung der Härte des Grundwerkstoffes lokal erfasst werden. Bei Bauteilverbindungen (z.B. Schweißnähte) ist zudem der Übergangsbereich zwischen den Fügeteilen von besonderem Interesse, bei Passungen oder Gleitlagern sind zudem geringe Rauheiten erforderlich, die oft durch mechanische Oberflächen-bearbeitung realisiert werden. Leichtbauweisen können sowohl über hochfeste Stahllegierungen bei geringem Materialeinsatz als auch über Aluminiumlegierungen realisiert werden. Für unterschied-liche Grundwerkstoffe (X2CrNiMo18-14-3, Co-Cr-W-Ni, AlSi10Mg, X5CrNi1810, ferritische Schweiß-nähte) werden an Quer- und Oberflächenschliffen Änderungen im Gefüge, morphologische Besonderheiten, Härteverläufe sowie Änderungen in den Rauheitskennwerten betrachtet, wie sie im Ergebnis mechanischer Oberflächenbearbeitung, bedingt durch den Herstellungsprozess, die Beanspruchung oder den Fügeprozess auftreten. Zur Validierung der Härtebestimmung wurde ein Laborvergleichsversuch an einer MPA-zertifizierten Härtevergleichsplatte und einer 100Cr6 Referenzprobe durchgeführt, den drei bzw. fünf der insgesamt fünf Teilnehmer bestanden.
Oberflächenmodifizierte Grundwerkstoffe, insbesondere solche mit funktionellen Schichten, sind in unterschiedlichsten Branchen und Anwendungen anzutreffen. Es werden Quer- und Kalottenschliffe von Einfach- und Mehrschichtsystemen mit Beispielen aus dem Bereich des Korrosions- und Verschleißschutzes sowie dekorativer Anwendungen auf unterschiedlichsten Grundwerkstoffen (X5CrNi1810 Stahl, 100Cr6 Stahl, Hartmetall, ABS und Pappe) vorgestellt. Ebenso vielfältig wie die Grundwerkstoffe sind die Oberflächenmodifizierungen mit Funktionsschichten auf Basis von Nitrierungen, Hartstoffen, diamantähnlichem Kohlenstoff, Metallisierungen und Lackschichten mit Interferenzpigmenten. Neben der Identifikation von Schichtdefekten gilt das Hauptaugenmerk der materialographischen Analyse der Erfüllung der Schichtdickenspezifikation und der Bewertung der Homogenität der Schichtdicke auch bei kritischen Geometrien. Zur Validierung der Schichtdicken- bzw. Längenbestimmung im Querschliff wurde ein Laborvergleichsversuch mit einem Nickel-beschichteten Kupferdraht durchgeführt, den alle der 10 Teilnehmer bestanden.
3D coherence scanning interferometry (CSI) is anoptical, non-contact and rapide measurement technique using a defined bandwidth of white light at normal incidence. White light interference microscopy (WLIM) providest here-dimensional surface topometry data up to a resolution of 0.4 µm lateral and 0.1 nm vertical. Three operating modi, surface, films and advanced films, enable measurements of step heights, roughness, wear volume, cone angle, surface pattern and layer thickness. Traceability to SI system is ensured by certified standards (PTB/NIST) within a DAkkS DIN EN ISO/IEC 17025:2018 accredited lab.
Porous materials play an important role in several fields of technology, especially for energy applications like photovoltaics, electrolysis or batteries. The activity of porous films is affected by properties like porosity, film thickness, chemical composition of the material as well as the crystallinity of the framework. The complex morphology of such porous films constitutes a challenge even for modern analytical techniques and requires new approaches employing the combination/complementation of data of different analytical methods. In this contribution we characterize thin mesoporous iridium-titanium mixed oxide film properties by Electron Probe Microanalysis (EPMA) with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) at an SEM.
Heating oil storage tanks made of polyethylene grades have been on the market in Germany since the early 1970s. To ensure safety, their replacement is recommended by tank manufacturers after a period of 30 years. Polyethylene is subject to ageing by alteration of the properties during its life cycle. The degree of degradation and the nature of the process mainly depend on the chemical alteration of the polyethylene, the wall thickness of the tank and the environmental conditions. There are no data available on the long-term behaviour of the polyethylene grades, especially after a service life of more than 30 years.
The aim of this investigation was to find a suitable test method to determine the factual degree of damage in comparison to the uncontaminated polyethylene grades. Material data of the used polyethylene grades are available because the BAM was the competent authority for the tests and expert reports for the approval of these tanks until the middle of the 1990s. Therefore, tank sections from the bottom, the shell and the roof of 22 individual storage tanks produced of polyethylene grades A and B have been examined by Melt Flow Rate (MFR) and Attenuated Total Reflectance (ATR). Their service life was in the range between 20 and 41 years.
The MFR measurements of the tank sections showed differences in the values depending on the weight which was used (5 kg or 21.6 kg). An increase of the MFR was determined for the samples of polyethylene grade A, whereas a reduction of the MFR values was measured for most samples of polyethylene grade B. This grade is mainly subject to the internal ageing by cross-linkages, increased degree of branched molecules and loss of the plasticizer.
ATR analysis exhibits an absorption band at 909 cm‒1 predominantly in samples of polyethylene grade A indicating chain scission and concomitantly formed terminal vinyl groups. This absorption band can be used for the characterization of the ageing of the polyethylene grades.
Ellipsometry has become a powerful measurement tool in semiconductor industry since the sixties of the last century.
Early standardization activities focused exclusively on SiO2/Si (ASTM F 576-01, SEMI 3624). The first generic standard dealing with ellipsometry is DIN 50989-1:2018 Ellipsometry – Part 1: Principles. Standardization is a prerequisite for accreditation according to DIN EN ISO/IEC 17025 and the evaluation of uncertainty budgets.
Ziel des Projektes HARFE (Haftfestigkeit Reproduzierbarkeit Festigkeit) war es, eine Er-höhung der Haft- bzw. Klebfestigkeit auf Niedrigenergie-Polymeren (PE, PP, PTFE) zu erreichen. SENTECH realisierte dazu plasmachemische Oberflächenaktivierungen mit O2 und die Abscheidung von Aluminiumoxidschichten (Al2O3) mittels Atomic Layer Deposition (ALD), wobei die Ellipsometrie zum in-situ Monitoring der ALD-Prozesse diente. Die BAM charakterisierte die modifizierten Oberflächen bezüglich der Oberflächenenergie (OFE) und bestimmte die Verbund- bzw. Klebfestigkeit mittels der Zentrifugentechnologie
In well-annealed thin polymer films, with non-repulsive polymer/substrate interactions, an irreversibly adsorbed layer is formed. These adsorbed layers have shown enormous potential for technological applications. The growth kinetics and molecular dynamics of these buried layers in thin films are still not fully investigated due to the hard accessibility. Here, the irreversibly adsorbed layers of homopolymer thin films are revealed by solvent-leaching experiments. The growth kinetics of these layers is investigated as a function of original film thickness and annealing times. The thickness, topography and quality of the adsorbed layer is determined with Atomic Force Microscopy (AFM) and spectroscopic ellipsometry. Additionally, the molecular mobility of the adsorbed layer is investigated with Broadband Dielectric Spectroscopy (BDS). A recently developed nanostructured capacitor (NSC) is employed to measure the adsorbed layers with a free surface layer depending on annealing and solvent-leaching time. The results are quantitatively compared and discussed with respect to recently published work.
In well-annealed thin polymer films, with non-repulsive polymer/substrate interactions, an irreversibly adsorbed layer is expected to form. These adsorbed layers have shown great potential for technological applications. However, their growth kinetics and molecular dynamics are still not fully understood. This is partially due to the hard accessibility of these layers in thin films. Here, the irreversibly adsorbed layers of homopolymer thin films are revealed by solvent-leaching experiments. First, the growth kinetics of these layers is investigated as a function of annealing times and original film thickness. The thickness, topography and quality of the adsorbed layer is controlled with Atomic Force Microscopy (AFM). Secondly, the molecular mobility of the adsorbed layer is investigated with Broadband Dielectric Spectroscopy (BDS). A recently developed nanostructured capacitor is employed to measure the adsorbed layers with a free surface layer. The results are quantitatively compared and discussed with respect to recently published work.