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Röntgenographische Analyseverfahren

Im Forschungsbereich Röntgenographische Analyseverfahren werden grundlegende Untersuchungen zum Einfluss der Herstellungsparameter, der Phasenzusammensetzung, des Gefüges sowie des Eigenspannungszustands auf das Verformungs- und Schädigungsverhalten ausgewählter Werkstoffe durchgeführt. Gegenstand der Arbeiten sind beispielsweise:

  • Der Zusammenhang zwischen dem Gefüge von gesinterten und thermisch gespritzten Metallmatrix-Verbundwerkstoffen und deren Verformungs- und Schädigungsverhalten (Abb. 1)
  • Der Einfluss des Schichtaufbaus und der Herstellungsparameter auf die Phasenzusammensetzung und die Eigenspannungen von thermisch gespritzten Schichten sowie von Mehrlagendünnschichtsystemen, die mittels PVD abgeschieden werden (Abb. 2)
  • Die Verformungs- und Schädigungsentwicklung bei der Ermüdung hochzyklisch beanspruchter Werkstoffe (Abb. 3)
  • Die Verformungsbandbildung und -ausbreitung in magnesiumhaltigen Al-Legierungen (Abb. 4)
  • Die Bildung und Ausbreitung von Rissmustern, die infolge inhomogener Schrumpfung bei Trocknung und Thermoschock entstehen (Abb. 5, Animation)

Diese Untersuchungen werden mit der Röntgenbeugung, der Computertomographie, der Rasterelektronenmikroskopie und dem Electron Back Scatter Diffraction (EBSD) durchgeführt. Hinzu kommen thermische und Verformungsanalysen mittels Hochgeschwindigkeits-IR- bzw. -CMOS-Kameras. Für Spezialuntersuchungen auf dem Gebiet der Röntgenbeugung und Computertomographie wird die an Elektronenspeicherringen in Hamburg und Berlin verfügbare Synchrotronstrahlung eingesetzt.

Darüber hinaus beschäftigen sich die Mitarbeiter des Forschungsbereichs Röntgenographische Analyse mit der Weiterentwicklung bestehender Verfahren. Ein Schwerpunkt hierbei ist der Einsatz von Hochgeschwindigkeitskameras sowie der Rasterelektronenmikroskopie und der Computertomographie während der Belastung von Proben und in Belastungsunterbrechungen. Dies schließt die Entwicklung von Spezialbelastungseinrichtungen und von Auswertesoftware ein. Durch diese Verfahrenskombinationen können Analysen der Verformung und Schädigung mit hoher Zeit- und Ortsauflösung bzw. im Volumen von Werkstoffen durchgeführt werden.

 

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Abb. 1: Gefügeanalyse des gesinterten Metallmatrix-Verbundwerkstoffs WC/Diamant/Cobalt mittels Computertomographie

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Abb. 2: Diffraktogramm von WC-12Co-Pulver (schwarz) und einer mit diesem Pulver gespritzen Schicht (rot) dargestellt  über den Winkel 2θ

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Abb. 3: Inhomogene Verteilung der Dehnung εzz im Steg einer Rundprobe aus GGG40 nach einer hochzyklischen Ermüdungs-Wechselbelastung in Probenlängsrichtung (z-Richtung) ermittelt auf der Basis von Computertomogrammen

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Abb. 4: In-situ-Analyse der Ausbreitung von PLC-Bändern in einer Flachzugprobe der Al-Legierung AA5754


Abb. 5: Animation zur Vergröberung des Rissabstands in einem 3-dimensionalen Rissmuster (Risstiefenbereiche 0 - 16,6 mm) und des Übergangs von 3 hexagonalen Risssäulen in eine hexagonale Risssäule (Risstiefenbereich 16,6-25,4 mm), erstellt auf Basis eines Tomogramms einer inhomogen getrockneten, rissbehafteten Stärkeprobe