Untersuchung es Einflusses verschiedener Legierungselemente und Zusatzstoffe auf die Viskosität von teilerstarrten Aluminiumlegierungen. - Ilmenau. - 55 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Die Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss verschiedener Legierungselemente, speziell Magnesium und Silizium, und Zusatzstoffe (Glasfasern) auf die Viskosität von teilerstarrten Aluminiumlegierungen. Die Viskositätsmessungen wurden in einem Rotationsviskosimeter nach der Searle-Methode durchgeführt. Dabei wurden Aluminiumschmelzen bis in die vollständige Erstarrung abgekühlt und permanent die Viskosität gemessen. Es wurden Legierungen mit unterschiedlichen Gewichtsprozent an Silizium und Magnesium gemessen. Ebenfalls wurde eine definierte Legierung mit unterschiedlichen Gewichtsprozent Glasfasern versetzt, sodass deren Einfluss auf das Viskositäts-Temperatur-Diagramm dargestellt werden konnten. Abschließend wurde das Erstarrungsverhalten der Legierung diskutiert.
Anforderungen an die Prüfung von geschäumten Kunststoffproben. - Ilmenau. - 53 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Ziel der Arbeit war die Entwicklung und Wahl geeigneter Prüfverfahren für Partikel- und Integralschäume aus Polypropylen. Die Prüfungen wurden priorisiert auf die Lastfälle Zug, Druck und Biegung. Motivation hierfür war der Einsatz von Kunststoffschäumen in der Automobilherstellung. Zunächst wurde dafür eine Recherche zu existierenden Prüfverfahren von Kunststoffschaum und speziell Partikel- und Integralschaum vorangesetzt. Mit dieser wurden dann Prüfungen von Partikelschaum in zwei verschiedenen Dichten, mit variierenden Probekörperabmaßen in den erwähnten Lastfällen durchgeführt. Aufgrund dieser Versuchswerte konnten dann Empfehlungen für die Probekörperabmaße von Partikelschaum gegeben werden.
Untersuchung zur Wirksamkeit der Carbochlorierung bei der Reinigung von mineralischen Rohstoffen zur Herstellung von Kieselgläsern im Plasmaschmelzprozess. - Ilmenau. - 53 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Für den Großteil der technischen Anwendungen von Quarzglas ist es notwendig, dass dieses von höchster Reinheit ist. Dazu muss die Abreicherung von den Verunreinigungen im Rohstoff in der Rohstoffaufbereitung weiter verbessert werden. Als klassisches Aufbereitungsverfahren gibt es die Heißchlorierung. Dabei werden viele der Verunreinigungen durch eine chemische Reaktion mit chlorhaltigem Gas bei hohen Temperaturen aus dem Granulat ausgetrieben. Nach dem aktuellen Stand der Technik gibt es zwei weit verbreitete Verfahren dazu: die Heißchlorierung im Drehrohrofen und die Heißchlorierung im Fließbettofen. Bei diesen Methoden ist die Abreicherung der verunreinigenden Begleitelemente an der Oberfläche der Körner effektiv und gut dokumentiert. Die Carbochlorierung soll nun eine mögliche weitere Alternative zu den klassischen Aufbereitungsverfahren darstellen. In dieser Ausarbeitung geht es darum herauszufinden, inwieweit eine Carbochlorierung beziehungsweise eine Chlorierung mit gekoppelter Reduktion die Abreicherung von Verunreinigungen beeinflusst. Dabei soll herausgefunden werden, ob diese Methode überhaupt wirksam ist. Ist dies der Fall, sollen Aussagen getroffen werden ob die Abreicherung absolut oder spezifisch für bestimmte Elemente abläuft. um den optimalen Durchfluss des Reinigungsgases Chlorwasserstoff zu ermitteln, ist es notwendig verschiedene Referenzversuche durchzuführen. Mit diesem werden dann Untersuchungen zur Carbochlorierung in Hinblick auf das eingesetzte Reduktionsmittel (Kohlenstoffmonoxid, Wasserstoff, Mischung der beiden) und die vorliegenden Prozesstemperatur (800˚C, 1000˚C oder 1250˚C) realisiert. Es werden vergleichende Untersuchungen zwischen kristallinem und amorphem Ausgangsmaterial angestellt um deren Verhalten bei der Heißchlorierung zu charakterisieren. Zusätzlich soll mit gezielt dotiertem Granulat der Einbau dieser Verunreinigungen in die Quarzrohstoffstruktur analysiert werden. Aus zeitlichen Gründen musste jedoch bei dieser Ausführung auf die Auswertung dieser Versuche verzichtet werden. All dies dient der Verständnisgewinnung für die ablaufenden Vorgänge bei der Chlorierung von Quarzsanden in Abhängigkeit von der Temperatur, dem Gasangebot und der Bindungssituation um am Ende die Frage beantworten zu können: Führt eine Carbochlorierung zu einem effizienteren Abreicherungsprozess? Die Untersuchungen haben ergeben, dass die Carbochlorierung keine effizientere Alternative zur herkömmlichen Heißchlorierung darstellt. Durch die Behandlung mit den Reduktionsgasen konnten keine besseren Ergebnisse erzielt werden, als bei der Behandlung ohne zusätzliche Reduktion. Dabei konnten keine größeren Unterschiede zwischen den zwei verschiedenen Behandlungsarten festgestellt werden. Es ist möglich mit dem Zusatz von Wasserstoff bei sehr hohen Temperaturen den Eisengehalt weiter zu senken, jedoch ist dann die Natriumabreicherung schlechter. Hinzu kommt, dass mit dem Einsatz von Wasserstoff eine genauere Prozesskontrolle erforderlich ist. Bei den hohen Temperaturen muss die Wasserstoffverbrennung überwacht werden.
Erzeugung von ATZ-Keramiken mittels additiver Fertigungsverfahren und deren Charakterisierung. - Ilmenau. - 71 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Ziel dieser Arbeit ist die Herstellung und Untersuchung zylindrischer Formkörper und Knie-Demonstratoren für die Behandlung von Kniegelenkschäden. Die Bauteile werden mittels dem additiven Fertigungsverfahren lithography-based ceramic manufacturing (LCM) erzeugt. Weitere Bestandteile dieser Arbeit sind das Erarbeiten eines thermischen Regimes zur Herstellung dieser Bauteile und die Herstellung einer Suspension zur Schlickerentwicklung. Die Auswirkung des Herstellungsprozesses auf die zylindrischen Formkörper wird durch die Vermessung der Bauteile, Gründichte und Schwindung betrachtet. Untersuchungen durch die [my]-CT, FE-REM, XRD und chemische Analyse lieferten Informationen über das gesinterte Bauteil, sowie die Druckfestigkeitsuntersuchung über die mechanischen Eigenschaften. Die Untersuchung der Knie-Demonstratoren ist eine erste Bestandsaufnahme. Gemessen werden Sinterdichte, Maße, Winkel, Kontur und Rauheit. Da die organischen Zusätze für die zylindrischen Formkörper und Knie-Demonstratoren verschieden sind, wird an je einem thermischen Regime gearbeitet. Die Herstellung der Suspension dient einer Schlickerentwicklung und der Weiterentwicklung additiver Fertigungsverfahren.
Detaillierter Vergleich des mengen-und wertmäßigen Rohstoffaufkommens auf mineralogischer Basis. - Ilmenau. - 183 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Der prognostizierte, starke Bevölkerungszuwachs auf der Erde sorgt unweigerlich für die Zunahme des Rohstoffverbrauchs und damit einhergehende Konkurrenzsituation zwischen den einzelnen Akteuren. In Folge dessen gilt es vor allem für das als rohstoffarm eingestufte Deutschland sich mit den heimischen und weltweiten Vorkommen auseinanderzusetzen und auch im Rahmen der Arbeit zu klären inwieweit diese Aussage zutrifft. Die 50 Rohstoffe mit dem größten jährlichen Fördervolumen werden eingehend behandelt, um schließlich das jährliche Aufkommen sowie dessen Wert mit den Studienergebnissen aus der Dissertation von Johann Lawatscheck aus dem Jahr 1987 zu vergleichen.
Untersuchungen dotierter Sol-Gel-Quarzgläser und ihrer Schmelzen. - Ilmenau. - 90 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Das Ziel der Arbeit war die Entwicklung eines Verfahrens, mit dem über die Sol-Gel-Route dotierte Rohrstoffe für das patentierte Plasmaschmelzverfahren der Firma QSIL hergestellt werden können. Unterziele waren die Veränderung der Absorption im ultravioletten Bereich durch geeignete Dotanden in entsprechenden Konzentrationen, sowie die Verringerung der thermischen Ausdehnung durch Titanzusatz. Ausgangspunkt war die Herstellung von massiven Kieselglaskörpern durch das Sol-Gel-Verfahren. Die Dotanden Cer, Eisen, Kupfer, Vanadium und Titan wurden in den Konzentrationen 100 ppm, 250 ppm, 500 ppm (Ce, Fe, Cu, V) oder 7 mol% (Ti) an verschiedenen Punkten in den Prozess eingebracht. Ansatzpunkte waren die SiO2-Dispersion, das Sol, der Lösungsmittelaustausch, der Xerogelkörper und die gemeinsame Sol-Gel-Reaktion zweier Substanzen. Die dotierten Gelkörper wurden gesintert, in der Rohrschmelze oder in der Plasmaschmelze aufgeschmolzen. Im Falle der Kristallisation durch eine Löslichkeitsüberschreitung des Dotanden im Kieselglas wurde mit Aluminium co-dotiert. Mittels Spektrometer wurden die Transmission- und Reflexionskurven der Ce, Fe, Cu und V-dotierten Proben aufgenommen. Die thermische Ausdehnung der Ti-dotierten Probe wurde mit dem Dilatometer gemessen. Zur Überprüfung der Homogenität der Dotandenverteilung wurde die Mikro-Röntgen-Fluoreszenzanalyse verwendet. Absolute Konzentrationen wurden mittels Atom-Emissionsspektroskopie bestimmt. Das beste Ergebnis in Bezug auf die Ultraviolett-Absorption lieferte die mit 250 ppm Fe und 1000 ppm Al dotierte Probe. Im Wellenlängenbereich von 190 nm bis 280 nm konnte eine Transmission < 1% nachgewiesen werden. Die Dotanden wurden während des Anmischens des Sols hinzugegeben und die Probe mittels Rohrschmelzverfahren aufgeschmolzen. Die Dotandenverteilung war zudem homogen. Die Wärmeausdehnung des Kieselglases mit 7 mol% TiO2 konnte von 5,5 * 10-7 K-1 auf 4,6 * 10-7 K-1 gesenkt werden.
Dauerfestigkeit von GFK/Metall- und GFK/CFK-Hybridverbunden. - Ilmenau. - 122 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
In der heutigen Zeit gewinnt der Leichtbau im Bereich der Fahrzeugindustrie zunehmend an Bedeutung. Aufgrund ihres Innovationpotenzials und ihrer mechanischen Eigenschaften gilt das vor allem für die Faserverbundkunststoffe. Ein Ziel des Einsatzes von faserverstärkten Kunststoffen ist eine Gewichtsreduzierung des Automobils, um eine Leistungserhöhung zu erreichen oder gesetzliche Grenzen für das Maximalgewicht eines Fahrzeugtyps einzuhalten. Dafür werden neuartige Karosseriekonzepte entwickelt, die eine Kombination von nicht verzichtbaren Metallkomponenten mit Faserverbundkunststoffen innerhalb der Chassis - Konstruktion ermöglichen. Die Anbindung wird mittels verschiedener Fügeverfahren realisiert. Während der Nutzungsphase der Fahrzeuge treten dynamische Belastungen auf, z.B. durch Unebenheiten der Fahrbahn. Da für diese Art von Hybridverbunden wenig bis keine Erfahrungswerte bezüglich der Langzeitfestigkeit vorliegen, soll in dieser Arbeit ein Berech-nungskonzept erstellt werden, welches eine Abschätzung dieser Festigkeit ermöglicht. Dafür werden zwei Auslegungskonzepte hinsichtlich der verwendeten Fügeverfahren für die Realisierung der Anbindung des faserverstärkten Kunststoffs, vorliegend in Form von glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), an die Metallstruktur ausgearbeitet. Die Grundlage bilden Literaturrecherchen über bekannte und gängige Fügeverfahren zur Verbindung ungleicher Werkstoffe und deren Berechnung, sowie Nachforschungen bezüglich Normen und Grundlagen für die Planung und Realisierung von dynamischen Schwingversuchen. Für die Langzeitfestigkeitsberechnung dienen Kennwerte aus statischen Zugversuchen, die mit den einzelnen Komponenten des Verbundes durchgeführt werden. Die zu erwartenden dynamischen Festigkeiten werden für vorab dimensionierte Proben der Auslegungskonzepte ermittelt und anschließend mit den Ergebnissen aus Schwinguntersuchungen an den Proben verglichen. Für die Schwingversuche wird ein Prüfstand ausgelegt und in der Werkstatt des Fachgebiets gefertigt. Die Aussagekraft bzw. Aussagegenauigkeit der Berechnungsmethode wird mit den experimentellen Untersuchungen an den Versuchskörpern validiert oder widerlegt. Weiterführend werden Restzugfestigkeitsversuche durchgeführt. Die Ergebnisse werden dokumentiert, analysiert und diskutiert. Im Anschluss erfolgt eine Auflistung von Verbesserungsmöglichkeiten des Prüfausbaus, der Prüfbedingungen und der Vorgehensweise sowie Vorschläge für weiterführende Untersuchungen hinsichtlich dynamischer Festigkeitsversuche.
Einfluss verschiedener Wärmebehandlungen auf Gefüge und Eigenschaften von Powertrain-Bauteilen aus Recycling-AlSi-Gusslegierungen. - Ilmenau. - 68 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Optimierung der Wärmebehandlung der Al-Druckgusslegierung 226D (AlSi9Cu3Fe) anhand von Kurbelgehäuse-Lagerstühlen. Dabei liegt bei der Bestimmung der idealen Temperatur und Glühzeit des Lösungsglühens der Schwerpunkt auf der Limitierung des Porenwachstums. Dieses wird mittels Ultraschallverfahren, Dichtemessungen und Schliffanalysen untersucht und verglichen. Während die Schallschwächung mit der Glühdauer annährend linear ansteigt, weist der Dichteabfall, wie auch der Porenanteil der Gefügebilder, auf ein sprunghaftes Anwachsen der Porosität hin. Um eine hinreichende Auflösung der aushärtenden intermetallischen Phasen zu erreichen, muss ein Kompromiss zwischen hohen mechanischen Eigenschaftskennwerten und der Porositätsvergröberung des Bauteils getroffen werden. Ein weiterer Fokus liegt auf der Einformung des Si, welche anhand von Härtemessungen und Mikroskopie beurteilt wird. Ein idealer Härteabfall bestätigt die Parameter 3 h Glühzeit bei 465 ˚C für weitere Auslagerungsversuche. Eine an das Wasserabschrecken anschließende Kaltauslagerung benötigt 72 h bis sie zu 90 % abgeschlossen ist. Die ideale Temperatur und Auslagerungszeit für die Warmauslagerung wurden mittels Härtemessungen für T6 bestimmt. Es überraschen jedoch sinkende Härtewerte trotz begünstigter Diffusion. Das Härtemaximum für die Warmauslagerung stellt sich bereits zwischen 1 h und 1,5 h bei 200 ˚C ein, ungeachtet des Gusswachstums. Mittels einer dreitägigen Kaltauslagerung und anschließender Warmauslagerung bei 200 ˚C sind zu Beginn geringfügig höhere Härtewerte zu erreichen.
Werkstoffanalytische Untersuchungen verschiedener MOX-Sensoroberflächen. - Ilmenau. - 62 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Die Herstellung dünner TiO_ 2 -Schichten mit dem Ziel Anatas abzuscheiden, erfolgte in Fortsetzung der Masterarbeit von Valerie Siller [19]. Es ist gelungen, ohne einen zusätzlichen Temperschritt, Anatas herzustellen. Dies gelang durch RF-Magnetronsputtern bei einer Sputterleistung von 200 W, einer Bias-Spannung von 200 V, einem Argon-Gasuss von 80 sccm und durch Aufheizen des Substrates auf 600 ˚C. Allerdings zeigte sich diese Phase nur anhand eines kleinen Peaks. Durch anschließende Temperversuche dieser Anatas enthaltenden Probe konnte eine Temperaturspanne ermittelt werden, in der die Anatas-Phase gefördert wird. Eine Temperung von 20 min bei 460 ˚C erwies sich als günstig. Für weitere Untersuchungen ist es sinnvoll, den Bereich um diese Temperatur genauer zu betrachten und einzugrenzen, denn eine Temperatur von 560 ˚C begünstigte bereits die Bildung von Rutil. Des Weiteren wurde mit Hilfe von GDOES-Tiefenprolen festgestellt, dass nach der Temperung Sauerstoff in der Sperrschicht fehlte. Dementsprechend wäre auch eine Variation der Haltezeit bei 460 ˚C interessant. Die Schichtdicke konnte nicht exakt bestimmt werden, da im FIB-Schnitt kein genauer Übergang zwischen der Titanoxidschicht und der aufgebrachten Kohlenstoffschicht zu sehen war. Zudem wiesen die an verschiedenen Stellen gemessenen Schichtdicken starke Schwankungen auf, sodass Dicken zwischen 51 nm und 70 nm gemessen wurden. Die Ergebnisse der Serie 5 konnten nicht bestätigen, dass mit steigender Bias-Spannung die Bildung von Anatas begünstigt wird. Es bildete sich lediglich Rutil aus. Zur Untersuchung der Schichten sollte auch auf andere Verfahren, wie beispielsweise dem TEM (Transmissionselektronenmikroskop) oder RFM (Rasterkraftmikroskop) zurückgegriffen werden, da die entstandenen Schichten mit dem REM nur schwer aufzulösen waren. Somit können genauere Aussagen über Korngrößen, Porosität und Geschlossenheit der Schicht getroen werden.
Ultraschallmessungen - Einfluss von Kristallrichtung, Gefüge und Bauteilungänzen auf mechanische Werkstoffkennwerte. - Ilmenau. - 136 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017
Die Ultraschallprüfung zeichnet sich besonders durch eine große Flexibilität und eine relativ einfache und kostengünstige Messanordnung aus. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist die Möglichkeit der Prüfung einer großen Bandbreite an Werkstoffen. Trotz der verminderten Auflösungsgrenzen gegenüber anderen Verfahren, zählen die Untersuchungen mit Ultraschall zu den Wichtigsten der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung. Hauptanwendungsgebiete sind die Wandstärkenbestimmung und die Fehleranalyse unterschiedlichster Werkstoffe und Probengeometrien. Die räumliche Variation des Porenvorkommens in Gusskomponenten sind für eine große Streuung der mechanischen Werkstoffkennwerte verantwortlich. Ziel dieser Arbeit ist es unter anderem eine Porendetektion mittels Ultraschall zu ermöglichen. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Korrelation zwischen dem Porenvorkommen und dem Schwächungskoeffizienten nicht möglich war. Dies ist vor allem auf die als kritisch zu bewertende Reproduzierbarkeit der Ankoppelbedingungen zurückzuführen. Durch die Ermittlung des Rauschens der Ultraschallsignale konnte gezeigt werden, dass Korrelationen im Hinblick auf Porengröße und -anzahl möglich sind. Eine Verifizierung und Korrelation mit quantitativen Aussagen über das Porenvorkommen dieser Methode erfordert weiterführende Untersuchungen. Weiterhin wurde gezeigt, dass zur Vermessung von Bauteilgeometrien mittels Ultraschall höhere Frequenzen aufgrund des besseren Auflösungsvermögens vorzuziehen sind. Besonders bei der Vermessung von oberflächennahen Geometrien innerhalb des Bauteils sind Festkörpervorlaufstrecken in Erwägung zu ziehen. Neben der Fehleranalyse können Ultraschallsignale zur Ermittlung elastischer Werkstoffkenngrößen, wie z. B. dem Elastizitätsmodul, der Querkontraktionszahl und dem Schubmodul, verwendet werden. Die Ermittlung des Elastizitätsmoduls wird durch das Bestimmen der longitudinalen und transversalen Schallgeschwindigkeiten realisiert und es konnte eine sehr gute Korrelation zu Literaturwerten gezeigt werden. Die Untersuchungen anisotroper Körper zeigten, dass besonders auf die korrekte Berechnungs- und Vermessungsgrundlage zu achten ist. Weiterhin konnten die Dämpfungsgrade und die Schallgeschwindigkeiten in Korrelation mit den unterschiedlichen Netzebenenatomdichten gebracht werden.