Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Qualitative und quantitative Bestimmung von Einschlüssen in Aluminium mittels Einzelfunken-Spektrometrie

Forschungsziel

Ziel ist die Bereitstellung der technologischen Grundlagen für den Einsatz der Einzelfunkenspektroskopie zur quantitativen Bestimmung von Einschlüssen bzw. Phasen in Al-Legierungen, sowie des benötigten Wissens über die Detektionsmöglichkeiten verschiedener Einschlusstypen und Phasen. Damit wird die Spektrometrie in Richtung einer quantiativen Gefügeanalyse erweitert.

Wirtschaftliche Bedeutung kmU

Für die Al verarbeitende, mittelständisch geprägte Industrie bieten die Ergebnisse die Möglichkeit, Arbeitsschritte zusammenzulegen und zu verbessern. Eine zur vollen Markttauglichkeit gebrachte Spektrometer-Einzelfunkenanalyse kann die Gefüge- und Einschlussbestimmung jetzt produktionsintegriert sowie kostengünstiger und schneller als bisher erledigen, gleichzeitig werden die Information zur chemischen Zusammensetzung weiterhin bereitgestellt. Eine deutliche Effizienzsteigerung ohne größere Neuanschaffungen möglich und bedeutet eine aktive Sicherung der Standortvorteile im internationalen Wettbewerb. Zudem wird durch die Entwicklung des Verfahrens ein neuer Marktbereich für die Spektrometerhersteller erschlossen.

Transfer / Umsetzung

Die Maßnahmen zur Dokumentation, Verifizierung und praktischen Erprobung tragen einer zeitnahen Einflechtung der Ergebnisse in die Wertschöpfungskette der Unternehmen Rechnung. Durch Präsentationen auf publikumswirksamen Plattformen wird der Verbreitung der Ergebnisse zum einen und der grundsätzlichen Wahrnehmungsmehrung zum anderen Rechnung getragen. Die Spektrometerhersteller können sich durch ihre direkte Einbindung auf eine schnellstmögliche Implementierung der Ergebnisse vorbereiten und die neue Technologie den Gießereien zügig anbieten. Weitere im Schrifttum ausgeführte Maßnahmen zur Publikation und Vorstellung der Ergebnisse in Fachmagazinen tragen zu einer stetig wachsenden Wahrnehmung des Projektes in den relevanten Industriezweigen bei und bereiten potentielle Interessenten auf das Erscheinen der Technologie vor.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen der Forschungsarbeit konnten neue Methoden und Vorgehen zur Auswertung von OES-PDA Daten zur Identifizierung von Einschlüssen und Phasen in Aluminiumwerkstoffen untersucht werden. Durch die Entwicklung einer neuen, auf Clusteralgorithmen basierenden Methode konnten die Vorgehensweisen zur Einschluss- und Phasenbestimmung vereinheitlicht werden. Zusätzlich führt die Verwendung dieser Methode bei der Detektion von Einschlüssen zu einer verbesserten Detektion von kleinen Partikeln. Zur Verbesserung der Detektion von Oxiden wurden Methoden der Probenvorbereitung ausprobiert, um Verunreinigungen auf der Probenoberfläche zu verringern. Die Möglichkeiten zur Quantifizierung der Messungen wurden untersucht und für Einschlüsse mit Bezug auf die Einschlussgröße und für Phasen mit Bezug auf den Phasenanteil dargestellt. Dazu wurde eine Parameterstudie durchgeführt, die den Einfluss von Funkenenergie und Funkfrequenz auf das Messergebnis für unterschiedliche Modifikationen der AlFeSi-Phasen zeigt. Zur Vermeidung der Bildung einer homogenisierten Zone wurden Messungen mit bewegter Probe durchgeführt und das Potential dieser Messungen vor allem im Bezug auf die Einschlusserkennung herausgearbeitet. Zur automatischen Zuordnung der bestimmten Einschlüsse und Phasen wurde eine Datenbankstruktur zum Vergleich mit den Messwerten konzipiert und zumindest für die verwendeten Modellsysteme erstellt. Die Bereitstellung der erarbeiteten Vorgehensweisen in Form von Unternehmenssoftware unabhängigen Anwendungen ist im Folgevorhaben angestrebt. Zur Validierung der Ergebnisse wurde die Analysemethode neben den speziell hergestellten Proben auch auf Proben aus verschiedenen Gießereibetrieben angewendet und die Ergebnisse verglichen.

Aufnahmen der Funkenausbildung auf verschiedenen Materialien mittels einer Hochgeschwindigkeitskamera wurden durchgeführt und der Einfluss unterschiedlicher Funkenenergien und vorhandener Eisenphasenmodifikationen auf den Funkprozess untersucht.