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Themen
für Forschungsarbeiten (Diplom-, Studien- oder Bachelorarbeiten)
Dr. S. Lippmann
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Forschungsarbeiten
am Lehrstuhl „Metallische Werkstoffe“ werden
häufig in Zusammenarbeit mit anderen Forschungsgruppen oder der Industrie
durchgeführt und ständig an neue Erfordernisse
und Fragestellungen angepasst. Die hier
vorgestellten Themen für Diplom-, Studien- oder Bachelorarbeiten sind
deshalb als Hilfe zur
Orientierung zu verstehen und können ein persönliches Gespräch mit
Dr. Lippmann nicht ersetzen. Aktuelle Themen mit dazugehörigen
Aufgabenstellungen können jederzeit erfragt werden. |
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| Thema 1 |
„
Massivumwandlung in Cu-Zn-Al Legierungen“ (download) |
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In metallischen Werkstoffen spielen Phasenumwandlungen zur Einstellung des Gefüges und der
Eigenschaften die entscheidende Rolle. Massivumwandlung tritt in allen technologisch
bedeutenden Legierungssystemen auf, wird aber leider noch nicht ausreichend verstanden. Ein
Grund ist der erschwerte experimentelle Zugang aufgrund der Konzentrationsinvarianz und der
hohen Umwandlungsgeschwindigkeiten.
In ternären Legierungen soll der Einfluss der Konzentration auf die Geschwindigkeit der
Massivumwandlung untersucht werden. Dafür müssen zunächst Legierungen schmelzmetallurgisch
hergestellt und anschließend bzgl. ihrer Umwandlungsrate und Temperatur mithilfe
eines eigens entwickelten Pulsheizgerätes untersucht werden. Für die Analyse der Gefüge
kommen Licht- und Elektronenmikroskopie zum Einsatz. |
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| Thema 2 |
„
Bildung und Wachstum von Oberflaechenmartensit“ (download) |
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Zum Fügen von
Martensit ist eine (inter)metallische Phase mit zahlreichen Varianten. Prominente Beispiele sind
thermischer Martensit, der beim Abschrecken der Austenitphase entsteht und für die hohe
Festigkeit in Stählen verantwortlich ist oder Verformungsmartensit, der in NiTi das
pseudoelastische Verhalten ermöglicht. In Cu-Legierungen lassen sich weitere Arten beobachten,
z.B. bildet sich isothermer Martensit auf der Oberfläche und wächst unabhängig vom
Spannungszustand der Probe bei konstanter Temperatur.
Als eine Ursache für die Bildung von isothermem Martensit wird die aufgrund von Oxidation
geänderte Legierungszusammensetzung in den oberflächennahen Schichten diskutiert. In Proben
ohne und mit variierenden Konzentrationsgradienten soll die Kinetik der Umwandlung untersucht
werden. Details des Gefüges werden in mit fokussiertem Ionenstrahl präparierten Proben im
Transmissionselektronenmikroskop betrachtet. |
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| Thema 3 |
„Entwicklung
eines Aktivhartlotes zum Fügen von Aluminiumoxidkeramik“ |
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Zum Fügen von
Aluminiumoxidkeramikteilen miteinander werden in der Regel
Glaslote verwendet. Nachteile sind die beschränkte Verwendbarkeit bei
hohen
Temperaturen und / oder hohen mechanischen Spannungen. In diesen Fällen
können metallische Lote Vorteile bringen.
Problem dabei ist die in der Regel schlechte Benetzung des metallischen
Lotes auf dem keramischen Material. Deswegen werden solche Lote mit
reaktiven Metallen legiert, die die Verbindung zur Keramik verbessern
sollen. Man spricht dann von Aktivlöten.
Ziel der angebotenen Diplomarbeit ist es, zusammen mit einem
Industriepartner ein Aktivlot weiter zu entwickeln, das in keramischen
Bauteilen für Hochleistungssensoren eingesetzt werden soll. Nach
Vorbereitung des Projekts mit Literaturrecherche und einfachen
Berechnungen
zum Schmelzintervall erstrecken sich die Untersuchungen von der
Legierungsherstellung im Vakuuminduktionsofen (Schwebeschmelze) über
die
Charakterisierung des Gefüges zu Benetzungsversuchen. |
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| Thema 4 |
„Simulation der
Bildung von
Konzentrationsverteilungen in technischen
Legierungen“ |
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Inhomogene
Konzentrationsverteilungen können im Einsatz von technischen
Legierungen zu schwerwiegenden Problemen führen. Zu ihrer
Kontrolle ist
es notwendig, zunächst die Ursachen zur ihrer Bildung zu
verstehen und
unter verschiedenen Prozessbedingungen durch Simulationsrechnungen
nachzuvollziehen. Dies ist heute schon so weit möglich, dass
ein
technischer Einsatz unmittelbar bevorsteht. Ein bereits vorliegender
Programmcode zur Berechnung von Seigerungen soll so angepasst werden,
dass er nicht nur für Experten, sondern auch für
Anwender mit
Grundkenntnissen geeignet wird.
Dieses Projekt wird in Zusammenarbeit mit der Fa. GTT Technologies
durchgeführt. |
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| Thema 5 |
„Aufbau einer
Datenbank
für Diffusionsdaten in Aluminiumlegierungen“ |
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In der
Diffusionstheorie
werden häufig einfache Differentialgleichungen nach bekanntem
Formalismus verwendet, die Komplexität des Prozesses aber
über viele Abhängigkeiten in den
Diffusionskoeffizienten
'gebastelt' (s. z.B. 'Thermodynamischer Faktor', Skript Metalle). Es
hat sich gezeigt, dass die Beschreibung der Diffusion in
hochkomponentigen Systemen wesentlich einfacher wird, wenn man als
kinetische Konstante atomare Mobilitäten statt
Diffusionskoeffizienten verwendet. Es soll nun eine
Datenbank aufgebaut werden, die die atomaren Mobilitäten von
Legierungselementen in Aluminium enthält. Dies geschieht durch
Umrechnung der Konzentrationsgradienten in Potentialgradienten und
numerischen Vergleich der Lösungen nach den zwei verschiedenen
Ansätzen. |
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| Weitere Themen |
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Kritische Erstarrungsexperimente zur Erstellung/ Verifizierung von
hochkomponentigen Phasendiagrammen mit höchster Genauigkeit
Aufbau einer Anlage zur Benetzungsmessungen für Hochtemperaturlote
Weiterentwicklung einer Methode zur Bestimmung temperaturabhängiger thermischer Eigenschaften
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