Oberflächen mit speziellen Eigenschaften - Projekte
Tätigkeitsfelder
Im Rahmen dieser Arbeitsgruppe werden Materialsysteme mit speziellen Oberflächen für tribologische Systeme untersucht, wie sie z.B. in künstlichen Kniegelenken zu finden sind. Dort laufen Inlays aus UHMWPE gegen einen metallischen Reibpartner. Konventionelle metallische Werkstoffe sind hierbei CoCrMo-, Ti- und Zr-Legierungen. Letztere lassen sich durch gezielte Oxidation erheblich verbessern. Man erhält damit Vorteile einer keramischen Oberfläche (hohe Härte, geringe Reibung) und des metallischen Grundkörpers (hohe Festigkeit und Duktilität). Das Reib- und Verschleißverhalten dieser Systeme kann mithilfe eines eigens konzipierten Kniegelenksprüfstands am Lehrstuhl untersucht werden.
- Thermische Oxidation von TitanlegierungenEinklappen
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Ansprechpartner: Daniel Dickes
Titanlegierungen, wie z.B. Ti6Al4V, kommen in vielen Bereichen zur Anwendung, unter anderem als Leichtbauwerkstoff in der Luftfahrt oder als Implantatwerkstoff. Durch thermische Oxidation bilden Titanlegierungen eine Oxidschicht aus. Gleichzeitig diffundiert Sauerstoff in das Substrat, was zu einer Aufhärtung in der Randzone führt und sich positiv auf die tribologischen Eigenschaften auswirken kann. Dadurch kann die Lebensdauer von Titanbauteilen in reibungsbehafteten Anwendungen erhöht werden.
- Oxidation, Festkörperreduktion, Oxidation von ZirkoniumEinklappen
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Ansprechpartner: Mike Mosbacher
Oxidiertes Zirkonium zeichnet sich durch den metallischen Grundkörper und die keramische Oberfläche aus. Es zeigt eine hohe Verschleißbeständigkeit, eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine hervorragende Biokompatibilität. Damit ist das System sehr vielversprechend für tribologische Anwendungen in schroffen Umgebungsbedingungen wie etwa in Kniegelenksprothesen oder Getriebekomponenten.
- Zirkonlegierungen für tribologische AnwendungenEinklappen
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Vollständiger Titel:
Entwicklung von Zirkonlegierungen für tribologische Anwendungen und deren mikrostrukturelle und mechanische Charakterisierung
Ansprechpartner: Michael Reif
Für viele Anwendungen werden tribologische Werkstoffe mit exzellentem Verschleiß - und dabei sehr gutem Korrosionsverhalten und niedriger Dichte benötigt. So ist beispielsweise eine Steigerung der Lebensdauer von künstlichen Gelenken von großem Interesse.
Zirkoniumlegierungen bieten hier einen interessanten Ansatz, da sich die Oberfläche durch Oxidation bei erhöhter Temperatur an Luft in harte, verschleiß- und korrosionsfeste Zirkonoxidkeramik umwandeln lässt, so dass das Metall für Implantate eingesetzt werden kann. Zudem besitzt es mit ca. 6 g/cm3 eine relativ niedrige Dichte.
Die Innovation liegt darin die Legierungselemente so zu wählen, dass zwei Eigenschaften gleichzeitig beeinflusst werden: zum Einen wird die Festigkeit und Härte der Legierung erhöht und gleichzeitig wird während der Oxidation die tetragonale Oxidphase stabil bebildet. Durch ein festeres Grundmaterial werden unter Last die Spannungen zwischen Oxidschicht und Grundwerkstoff minimiert. Eine tetragonale Schicht haftet besser und ist verschleißbeständiger. Die meisten Zirkoniumlegierungen sind relativ weich, so dass bei hohen punktuellen Belastungen die Gefahr besteht, dass die Oxidschicht abplatzt, weil sich das Grundmaterial stark verformt. Außerdem bildet sich auf den bisher handelsüblichen Zirkoniumlegierungen bei der Oxidation im Ofen an Luft zunächst die tetragonale Gitterstruktur, diese wandelt sich aber sofort in die Monokline um. Die tetragonale Phase soll bei den neuen Legierungsmischungen stabil bleiben.
- Keramische Schichten in Müllverbrennungs- und Biomasseverbrennungsanlagen als KorrosionsschutzsystemEinklappen
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Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Uwe Glatzel
- Metal Dusting an Ni-Cu-LegierungenEinklappen
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Vollständiger Titel:
Abhängigkeit des Hochtemperaturangriffs von Kristallorientierung und geringen Mengen thermodynamisch stabiler Oxidbildner
Ansprechpartner: Hendrik Thielsch
Metal Dusting beschreibt eine aggressive Form der Hochtemperaturkorrosion, die in industriellen Anwendungen wie der Wasserstoff- und Synthesegas- oder der Ammoniakherstellung auftritt und dort zum rapiden Versagen metallischer Bauteile führt. Betroffen sind gängige Eisen-, Nickel- und Kobaltbasislegierungen, eingesetzt in reduzierenden, kohlenstoffreichen Atmosphären in einem Temperaturbereich von 400-900 °C. Aus der Atmosphäre abgeschiedener Kohlenstoff diffundiert in den Werkstoff ein und scheidet sich dort als Graphit aus bzw. bildet Karbide, was eine lokal begrenzte („Pit-Korrosion“) oder flächige Zersetzung des Materials unter der Bildung von Coke als Korrosionsprodukt verursacht.Bei der Entwicklung resistenter Legierungen werden meist hohe Chrom- und Aluminium-Anteile zugesetzt, welche eine passivierende Oxidschicht auf dem Bauteil ausbilden. Das Zulegieren von Kupfer kann die Dissoziation der Gasmoleküle an der Oberfläche und damit die Kohlenstoffabscheidung inhibieren. In diesem Projekt werden werkstoffseitige Einflüsse durch den Kupfergehalt, die Kornorientierung und Anteile stabiler Metalloxide auf die Mechanismen und Kinetik des Korrosionsangriffs an Nickel-Kupfer-Legierungen untersucht.