Mathodik der Schichtentwicklung Flashcards Preview

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Flashcards in Mathodik der Schichtentwicklung Deck (38):
1

Nennen Sie die Phasen der methodischen Schichtentwicklung

• Anwengung
• Belastungskollektiv
• Werkstoffauswahl
• Prozesstechnik
• Werkstoffprüfung
• Funktionstest

2

Was muss bekannt sein, um eine Schicht zu entwickeln?

• Das Belastungskollektiv
• Die Anwendung

3

Nennen Sie drei Beispiele, wo tribologische Systeme auftreten.

• Materialtransport
• Materialtrennung
• Materialumformung

4

Nennen Sie drei Aspekte einer Anwendung, die in der Entwicklung einer Schicht berücksichtigt werden müssen.

• Funktionsweise
• Konstruktion, Dimensionen, Werkstoffe
• Standort, Umgebungseinflüsse

5

Beispiel: Beschichtung für Hüftprothese
• Funktionsweise:
• Konstruktion, Dimensionen, Werkstoffe:
• Standort, Umgebungseinflüsse:
• Zielsetzung für die Beschichtung:

• Funktionsweise: Kraftübertragung
• Konstruktion, Dimensionen, Werkstoffe: Krumme Oberfläche, Dimensionen
geeignet für den Patient, biokompatible Werkstoffe
• Standort, Umgebungseinflüsse: Hüfte, wässrige Medien
• Montage, Betrieb, Wartung: lmplantierbarkeit, hohe dynamische mechanische
Belastungen, lange Lebensdauer ohne Wartung
• Zielsetzung für die Beschichtung: Ein- und Aufwachsen des Knochens in der
Beschichtung, um die Kraftübertragung Knochen/Prothese zu ermöglichen.

6

Die Betriebsbedingten Zerstörungsarten unterteilen sich in zwei Bereiche. Nennen
Sie diese.

• Wirkungsbereich Volumen
• Wirkungsbereich Oberfläche

7

Woraus besteht das Beanspruchungskollektiv? Nennen Sie bitte ein Beispiel jeder Kategorie.

• Bewegungsform (z.B. Gleiten)
• Zeitlicher Bewegungsablauf (z.B. kontinuierlich)
• Technisch-physikalische Beanspruchungsparameter (z.B. Temperatur)

8

Nennen Sie zwei Arten von Korrosion und nennen Sie die Voraussetzung für diese
Korrosionsarten.

• Hochtemperaturkorrosion:
Voraussetzung ist eine Gasphase und hohe Temperaturen
• Metallphysikalische Korrosion:
Voraussetzung ist der Kontakt mit einer metallischen Schmelze

9

Im Fall eines korrosiven Belastungskollektivs, welche Anforderungen werden an
eine passive Korrosionsschutzschicht gestellt?

• chemische Beständigkeit gegenüber dem Medium
• Dichtigkeit
• gute Haftung

10

Was muss unbedingt beachtet werden bei der Bewertung der mechanischen
Beanspruchung eines beschichteten Bauteils?

Die Kompatibilität der Festigkeitseigenschaften von Schichtwerkstoff und
Grundwerkstoff

11

Nennen Sie drei Werkstoffkenndaten, die bei der Bewertung der mechanischen Beanspruchungen eines beschichteten Bauteils nützlich sind.

• Elastizitätsmodul
• Schubmodul
• Zähigkeit

12

Nennen Sie wichtige Faktoren, die die lnterdiffusion zwischen Schicht- und Grundwerkstoff ermöglichen bzw. beeinflussen.

• Die Diffusionskoeffizienten der unterschiedlichen Elemente
• Die Temperatur
• Das Interface Schicht/Substrat

13

Was wird durch Diffusionsvorgänge zwischen Schicht- und Grundwerkstoff während einer thermischen Auslagerung erreicht?

Ein Konzentrationsausgleich

14

Was sind die Kirkendall-Voids?

Sie sind Leerstellen, die sich in der Nähe einer Phasengrenze zwischen zwei Werkstoffen
durch Diffusionsphänomene während einer Auslagerung bei hohen Temperaturen bilden können.

15

Mit welchen Werkstoffen wurde das Kirkendall-Experiment durchgeführt?

Es handelt sich um Messing (CuZn), das mit Kupfer plattiert wurde.

16

Bei welchen Verbunde bilden sich typischerweise Kirkendall-Voids?

In Nickel-Basis-Superlegierungen, die mit MCrAIY beschichtet wurden.

17

Warum ist normalerweise ein Verbund aus Werkstoffen mit sehr unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten problematisch?

Weil sich hohe Eigenspannungen im Verbund bilden.

18

Nennen Sie bitte zwei Arten von Schichten in einer Turbine, die typischerweise einer dynamischen Wechselbeanspruchung ausgesetzt
sind.

• Keramische Wärmedämmschichten
• Metallische Korrosionsschutzschichten

19

Welche zwei Technologien werden verwendet, um Wärmedämmschichten aufzutragen? Nennen Sie bitte jeweils drei Vorteile.

• EB-PVD: bessere Dehnungstoleranz, geringere Rauheit und bessere
Erosionsbeständigkeit
• APS: höhere Schichtdicken realisierbar, kostengünstigere Technologie,
niedrigere Wärmeleitfähigkeit

20

Welche drei allgemeinen Hauptwerkstoffgruppen gibt es?

• Werkstoffe
• Verbundwerkstoffe
• Werkstoffverbunde

21

In welche drei Kategorien werden die Werkstoffverbunde eingeteilt?

• Fügeverbund
• Schichtverbund
• Sandwichverbund

22

In welche drei Kategorien werden die Werkstoffe eingeteilt?

• Metalle
• Nichtmetalle
• Naturstoffe

23

In welche drei Kategorien werden die Verbundwerkstoffe eingeteilt?

• Metallmatrix
• Polymermatrix
• Keramikmatrix

24

Was haben Halbleiter und organische Werkstoffe gemeinsam?

Sie sind nichtmetallische Werkstoffe

25

Warum ist die Werkstoffauswahl für eine Anwendung eine komplexe Aufgabe?

Weil die Schädigungsformen nicht getrennt auftreten, sondern sich normalerweise überlagern. Entsprechend ist es schwierig, die Ursache des Schadens zu
erkennen.

26

Wie kann die Abrasionsbeständigkeit eines Tribosystems erhöht werden?

Mit der Nutzung von harten und festen Werkstoffen

27

Wie kann die Adhäsionsbeständigkeit eines Tribosystems erhöht werden?

Mit der Nutzung eines Werkstoffs, der artfremd zum Gegenkörper ist und entsprechend
geringe Reaktionsneigung zeigt.

28

Nennen Sie bitte eine Vorbeugungsmaßnahme gegen Oberflächenzerrüttung.
Nennen Sie bitte drei Methoden, die dafür eingesetzt werden.

• Druckeigenspannung:
Kugelstrahlen, Druckpolieren, Thermochemische Diffusionsverfahren

29

Was muss bei der Schichtwerkstoffauswahl unbedingt berücksichtig werden?

Das Tribosystem und das Korrosionssystem, in denen die Schicht eingesetzt wird

30

Nennen Sie bitte zwei Gruppe von passivierenden Werkstoffe.

• Rost- und säurebeständige Stähle
• Ni-Basis-Legierungen
• Titanlegierungen

31

Bei der Auswahl einer Beschichtungstechnologie müssen drei Voraussetzungen für das zu beschichtete Bauteil erfüllt werden. Welche?

• Der Grundwerkstoff muss den Beschichtungstemperaturen standhalten
• Der Grundwerkstoff muss den chemischen und mechanischen Belastungen
standhalten
• Die Bauteilgeometrie muss mit dem Verfahren beschichtbar sein

32

Nenne Sie bitte eine Prüfung aus der Kategorie V der Prüfmethodik.

Rotationstribometer

33

Wo werden die Kenntnisse, die durch die Werkstoffprüfung während der
Schichtentwicklung gewonnen werden, eingesetzt?

In der Applikation

34

Was ist Simulation?

Simulation bezeichnet das reine wirklichkeitsäquivalente Nachahmen der Wirklichkeit,
d.h. das Modellieren der Realität und Nutzung des Modells zur Anwendung von
Lösungsverfahren entsprechend den Problemformulierungen, die das modellierte
System bzw. den modellierten Prozess hinreichend erfasst.

35

Was sind die Gründe für Einsatz der Modellierung und Simulation in der Oberflächentechnik?

• Zunehmende Komplexität der Werkstoffe, Herstell- und Verarbeitungstechnologier,i
• Effektive Prozessentwicklung und -Optimierung zur gezielten Herstellung von
Werkstoffeigenschaften notwendig
• Verbesserung der Prozessführung -> Verbessertes Produkt
• Prozessverständnis und physikalische/chemische Beschreibung des
Werkstoffverhaltens für fortgeschrittene Anwendungen nur mit M&S möglich
• Konkurrenzdrucklerfordert immer kürzere Zeitspannen für Neu- und
Weiterentwicklungen

36

Was sind die Vorteile der Modellierung und Simulation gegenüber Experimenten?

• Begrenzung der Einflussparameter im Modell auf das Wesentliche
• Schnellere Prozessparameterstudien an einem Modell möglich
V-Vermeidung von Gefahren in Experimenten für Mensch und Material
• Entwicklung neuer Systeme

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Welche Methoden werden häufig eingesetzt, um die Laborergebnisse auf die realen
Bauteile zu übertragen? (Simulationsmethoden)

• FEM (Finite Elemente Methode): Anwendung vor allem auf Festkörper; mechanische &
thermische Berechnung
• FVM (Finite Volumen Methode):
Anwendung vor allem auf fluiddynamische Systeme;
Strömungssimulationen
• Molekulardynamik:
Anwendung vor allem auf atomistische, nicht
kontinuierlich beschreibbare Systeme
• Monte Carlo:
Anwendung vor allem auf statistische Prozesse (bspw.
Stoßprozesse, Diffusionsprozesse etc.)

38

Drei Schritte des PVD-Prozesses

1. Verdampfen
2. Transportieren
3. Kondensieren