Beiträge zu den thermophysikalischen Eigenschaften flüssiger Metallschmelzen
Tobias Dubberstein
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Tobias Dubberstein, Beiträge zu den thermophysikalischen Eigenschaften flüssiger Metallschmelzen (2016), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832594237
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Beschreibung / Abstract
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Methoden adaptiert und neu entwickelt, um die Oberflächenspannung (sigma) und die Viskosität (eta) von hochlegierten manganhaltigen Cr-Ni-Stählen erstmalig experimentell zu bestimmen und anhand von ausgewählten Legierungselementen wie Mangan, Nickel, Phosphor, Schwefel und Selen zu modifizieren. Mit der Methode des maximalen Blasendruckes wurde die Oberflächenspannung untersucht. Die Adsorption von oberflächenaktiven Spezies wie Schwefel wurde mit einer Gibbs-Langmuir-Adsorptionsisotherme abgebildet. Mit einem in dieser Arbeit neu entwickelten und patentierten Vibrationskörperviskosimeter wurde erstmalig die Viskosität von flüssigen Metallen (Gold, Silber, Zinn) als auch von flüssigen Stählen erforscht. Abhängigkeiten der Viskosität von Nickel- und Phosphorzusätzen in den hochlegierten Cr-Mn-Ni-Stählen wurden abgeleitet. Hochlegierte Stähle, modifiziert in ihren Materialeigenschaften der Flüssigphase, wurden erstmalig mit einer Vakuuminertgasverdüsungsanlage zu feinsten Pulvern zerstäubt. Es wurde eine Korrelation des mittleren Partikeldurchmessers (d_{50) mit den Stoffeigenschaften herausgearbeitet. Sinkende Oberflächenspannungs- und Viskositätswerte der untersuchten Cr-Mn-Ni-Stähle führten zu einer Verschiebung der Partikelverteilung zu kleineren Partikeldurchmessern. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse des Einflusses der thermophysikalischen Eigenschaften in den untersuchten Eisenbasislegierungen auf die Pulvererzeugung kann zielführend für optimierte Einsatzmaterialien für additive Fertigungsprozesse mittels Laser- oder Elektronenstrahlschmelzen sein. Auch sind exakte Messungen der Stoffdaten der Flüssigphase von neuartigen TRIP/TWIP-Stählen für eine Herstellung von Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen notwendig.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- 1 Einleitung der wissenschaftlichen Arbeit
- 2 Grundlagen und Stand des Wissens
- 2.1 Struktur und Eigenschaften flüssiger Metalle
- 2.2 Oberflächenspannung von flüssigen Metallen und Legierungen
- 2.3 Messtechnische Bestimmung der Oberflächenspannung
- 2.4 Viskosität von Fluiden
- 2.5 Viskosität von Metallen und Legierungen
- 3 Relevanz der Thermophysik für technische Prozesse
- 3.1 Zerstäubung von Eisenbasislegierungen
- 3.2 Infiltration von Makrostrukturen
- 3.3 Schweißen von hochlegierten Stählen
- 4 Arbeitsthesen und Lösungsansatz
- 5 Experimentelle Durchführung
- 5.1 Oberflächenspannungsmessung
- 5.2 Viskositätsmessung
- 5.3 Vakuuminertgasverdüsung
- 5.4 Probenauswahl, -vorbereitung und -herstellung
- 6 Ergebnisdarstellung
- 6.1 Oberflächenspannung
- 6.2 Viskosität
- 7 Diskussion
- 7.1 Oberflächenspannung
- 7.2 Viskosität
- 7.3 Technische Relevanz der Oberflächenspannung und Viskosität
- 8 Schlussbetrachtung
- 9 Ausblick
- 10 Literaturverzeichnis
- 11 Indices und Abkürzungen
- 12 Tabellenverzeichnis
- 13 Abbildungsverzeichnis
- 14 Anhang