DI Gerhard Schindelbacher Österreichisches Gießerei-Institut

Motivation ACR Kompetenz-Plattform Automobilindustrie befindet sich im Spannungsfeld Verbrauch(CO2)  Gewicht  Sicherheit/Komfort  Kosten Neue Antriebskonzepte (Stichwort: Hybridantrieb/Elektroauto) Generelle Entwicklungstendenz: Gewichtseinsparung Neue/verbesserte Werkstoffe und Materialien sind dazu eine Schlüsseltechnologie Hochfeste und sehr leichte Werkstoffe (ADI, CFK, Magnesium, Titan) gewinnen zunehmend an Bedeutung Der geeignete Werkstoff an der richtigen Stelle sowie neue/verbesserte Werkstoffe erfordern grundlegende Kenntnisse über Herstellung, Eigenschaften und Einsatz von Multi-Materialverbindungen

Allgemeine Ziele ACR Kompetenz-Plattform Zusammenführen der Kompetenzen von 4 ACR-Instituten und Etablierung einer ACR-Plattform zum Thema: „MULTI-MATERIAL-VERBINDUNGEN“ Erarbeitung einer gemeinsamen Know-how-Basis zur Herstellung, Charakterisierung und dem Einsatz von Multi- Materialverbunden durch anwendungsorientierte Grundlagenuntersuchungen Neuer Kundenzugang durch erweitertes gemeinsames Angebotsspektrum Über die Projektlaufzeit hinausreichende fachliche Vernetzung der Institute für eine Zusammenarbeit auf „Knopfdruck“ Unterstützung und Entwicklungspartner der „Automobilindustrie“ bei Neuentwicklungen, Prozesseinführungen, Know-how- Transfer, Schulungen

Beteiligte ACR-Institute ACR Kompetenz-Plattform Beteiligte ACR-Institute ÖGI – Österreichisches Gießerei-Institut, Leoben Stärken: Gießtechnische Herstellung von Materialverbunden, Werkstoff- und Prüfkompetenz OFI – Österreichisches Forschungsinstitut für Chemie und Technik, Wien Stärken: Oberflächentechnik und -charakterisierung, Korrosions- und Alterungsvorgänge, Kunststoffe SZA – Schweißtechnische Zentralanstalt, Wien Stärken: Schweißtechnische Herstellung von Materialverbunden, Ermittlung mechanisch-technologischer Eigenschaften ZFE – Zentrum für Elektronenmikroskopie, Graz Stärken: Grenzflächenuntersuchungen und Materialcharakterisierungen bis in den Nanobereich

Projektaktivitäten ÖGI Schmelz-Schweißverbindungen Ziel: Charakterisierung von Multimaterial-Schweißverbindungen und Unterstützung in der Einführung von Mg-Blechen. Die Charakterisierung umfasst mechanische und physikalische Prüfungen sowie Korrosions-/Alterungsuntersuchungen (auch unter Berücksichtigung von Beschichtungen) Status: Probenfertigung, Materialbeschaffung Materialpaarung Mg, AZ 31 oder AZ 91, Blech Mg, AZ31 oder AZ 91, Blech Mg, AZ 31 oder AZ 91, Guss Al 7075, Blech Al226, Guss Mg AZ 31 oder AZ 91, Blech AZ 91, Guss Stahl, Blech Al 226, Guss Titan (Ti 6-4), Blech

Projektaktivitäten ÖGI Reibschweißverbindungen Ziel: Substitution von gebohrt-geschraubten Verbindungselementen (Bolzenverbindung) durch mittels Reibschweißen verankerte Verbindungselemente Werkstoffe: Grundmaterial: Al-Legierung 226, Material des Verbindungselementes: Al 7075 und/oder Stahl Prüfung: Die Funktionalität der Verbindung wird mittels statischer Ausziehtests, Untersuchungen der Verbindungsdauerfestigkeit und in Korrosionsuntersuchungen betrachtet. Status: Auslegung der Geometrie der Verbindungselemente, Probenfertigung

Projektaktivitäten ÖGI Klebeverbindungen /1/ Ziel 1: Herstellung und Charakterisierung von Klebeverbindungen hinsichtlich mechanischer, physikalischer und chemischer Kennwerte sowie deren Alterungsbeständigkeit. Interesse: E-Car, Kühler, Fahrwerksteile Status: Probenfertigung CFK Mg, Blech Mg, Guss Al, Blech Al, Guss Ti, Blech Stahl, Blech Stahl, Guss X Mg, AZ 31, Blech Mg, AZ 91, Guss Al 7075, Blech Al 226, Guss Ti 6-4, Blech Stahlblech Stahlguss

Projektaktivitäten ÖGI Klebeverbindungen /2/ Ziel 2: Alternative Technologie für geschweißte Fachwerkkonstruktionen Interesse: Fahrwerks-Rahmenkonstruktion Es werden Gussknoten aus Stahlfeinguss mittels Klebeverbindung zu Rahmenelementen aus CFK vergleichend zu geschweißten Konstruktionen untersucht. Die Anbindungsbereiche werden mit verschiedenen Oberflächenstrukturen zur Verbesserung der Klebeleistung versehen und analysiert. An den Verbindungen werden mechanische (stat. und dyn.) Kennwerte ermittelt sowie die Korrosions-/Alterungsbeständigkeit im beschichteten Zustand untersucht. Status: Auslegung und Erstmusterfertigung. Die Durchführung erfolgt im Rahmen einer Diplomarbeit (Beginn: 01/2010).

Projektaktivitäten ÖGI Gussintegration Ziel: Lokale Verstärkung kritischer Bauteilbereiche für im Druckguss und Niederdruckguss hergestellt Bauteile Werkstoffe: Al-Legierung 226 mit Carbon-, Glas- und Basalt-Gewebe Status: Beschichtungsversuche der Gewebeproben abgeschlossen (die Beschichtung dient der Haftungsvermittlung), Eingießversuche in Vorbereitung

Projektaktivitäten ÖGI Funktionsoberflächen auf Gussteilen Ziel: Lokale Verbesserung der Bauteiloberflächeneigenschaften und Substitution von Subbauteilen durch lokales Werkstoffengineering Interesse: Bauteilsubstitution und Serienfähigkeit Werkstoffe: Al-Legierung 226 mit verschiedenen funktionssteigernden Materialien Status: 1. Durchlauf zur Einengung der Verfahren und der Materialverianten fertig, Paarung ausgewählt und Probenfertigung für Analyseproben im Laufen

Projektaktivitäten OFI Ziel ist die Entwicklung eines zeitraffenden Alterungstests auf elektrochemischer Basis für geklebte Materialverbunde Verkürzung zur in Automotive-Bereich derzeit eingesetzten Alterungssimulation (VDA-Test) um den Faktor >4 Eingesetzte Materialen: Aluminiumlegierungen für Automotive-Anwendungen mit chromfreier Vorbehandlungsschicht auf Silanbasis für langzeitbeständige, hochfeste Klebeverbindungen Verzinkter Stahl mit und ohne neuartigen Korrosionsschutzprimer ZYTEL® HTN51G35 HSLR BK 420: Mit 35% Kurzglasfaser verstärktes Hochleistungs-Polyamid, hitzestabilisiert und in der Hydrolyse-Unempfindlichkeit verbessert Das Langzeitverhalten der beschleunigt gealterten Klebeverbunde wird über Zugscherprüfungen sowie Oberflächencharakterisierung der Bruchfläche bestimmt.

Projektaktivitäten OFI Eingesetzter Stahl: DC04, galvanisch verzinkt ZE50/50 (voestalpine Stahl) mit und ohne Korrosionsschutzprimer GardoProtect 9498 (Chemetall) Derzeitiger Status: Proben für vergleichenden VDA-Wechseltest 621-415 (10 Wochen) verklebt und ausgelagert. Proben für verschärfte Freibewitterung (12 Monate) verklebt und ausgelagert. Proben für Schnellalterung (Elektrochemische Alterung) verklebt, Beginn der Parameteruntersuchung: 01/10 Zusätzliche Fragestellungen zur Oberflächencharakterisierung, Haft- und Korrosionsverhalten: laufend (u.a. in Zusammenarbeit mit zfe)

Projektaktivitäten OFI Eingesetzte Al-Legierung: AW 7075, unplattiert und plattiert mit AW 7072. Vorbehandelt mit chromfreien Vorbehandlungssystem Oxsilan 9802 (Chemetall) Derzeitiger Status: Proben für vergleichenden VDA-Wechseltest 621-415 (10 Wochen) verklebt und ausgelagert. Zugscherprüfung erfolgt wöchentlich. Proben für verschärfte Freibewitterung (12 Monate) verklebt und ausgelagert. Proben für Schnellalterung (Elektrochemische Alterung) verklebt, Beginn der Parameteruntersuchung: 01/10 Zusätzliche Fragestellungen zur Oberflächencharakterisierung, Haft- und Korrosionsverhalten: laufend (ua. in Zusammenarbeit mit zfe)

Projektaktivitäten ZFE Zentrum für Elektronenmikroskopie Graz (ZFE) des gemeinnützigen Vereines zur Förderung der Elektronenmikroskopie und Feinstrukturforschung (ZVR Nr. 564437363) Vereinsziele gemäß Statuten vom Juni 2005 (Auszug): Förderung der Forschung auf dem Gebiet der Elektronenmikroskopie Ergebnisse aus der Grundlagenforschung und methodische Entwicklungen auf dem aktuellen Stand des Wissens und die beinahe 60-jährige Erfahrung werden in gemeinnütziger Weise Interessenten zur Verfügung gestellt Vereinspräsident Prof. Dipl.-Ing. Dr. Helmut LIST 30 Vereinsmitglieder (2009) 23 Vollzeitäquivalente Mitarbeiter 9 Hochleistungselektronenmikroskope mit vielseitigen Zusatzeinrichtungen, Infrastruktur, Räume 2009 Untersuchungstätigkeit für > 100 Betriebe (speziell KMU‘s) Grundlagenforschung => Angewandte Forschung => Problemlöser für die Wirtschaft Diplomarbeiten => Dissertationen => Forschungsprojekte => Dienstleistungen Leistungsfähigstes Mikroskopiezentrum in Mitteleuropa!

Projektaktivitäten ZFE Forschungsgebiete Defektanalyse, Oberflächen- und 3D- Materialcharakterisierung Mittels Mikro- und Nanoanalytik (z.B.: Bruchuntersuchungen, Schadensanalysen, …) Mikroanalyse: Rasterelektronenmikroskopie (SEM) mit Röntgenspektrometrie (EDX, WDX) und Mikrostrukturanalyse (EBSD) In-situ Mikrolaboratorien (ESEM) mit Zug-/Druckbühne, Heizbühne, Peltier Cooling Stage, in-situ-Mikrotom Focused Ion Beam (FIB) für Zielpräparation, Defektanalyse und 3D-Rekonstruktion Nanoanalyse: Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) mit EDX, Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS), Elektronenbeugung, … ASTEM 2010 Lichtmikroskopie (LiMi, IFM) FT-IR- und Raman-Mikrospektrometrie Rasterkraftmikroskopie (AFM) von Materialoberflächen Materialschwerpunkte Stähle, Legierungen, Hartmetalle Kunststoffe und Verbundwerkstoffe Keramiken Anorganische Halbleiterbauelemente Nanoteilchen, Nanostrukturierte Materialien Organische, optoelektronische Bauelemente Biomaterialien und biologische Substanzen

Projektaktivitäten ZFE WP1: Probenpräparation Optimierung von Elektronenmikroskopischen Präparationstechniken für die Herstellung von Querschnittsproben bei komplexen Materialverbunden (Metall-Polymer und Metall- Keramik) Verbesserung der Materialbeschichtungen für die Oberflächenuntersuchung mittels Penning-Sputtern WP2: Schadensfall- und Fehleranalytik mit 3D-Methoden Ganzheitlicher Ansatz bei der Fehler- und Schadensanalyse von Materialverbunden mit elektronenmikroskopischer Analytik und tomographischer 3D-Analyse von Defekten in Automotive-Materialverbunden WP3: Charakterisierung von korrosionschutzbeschichteten Stahl- & Aluminiumblechen Untersuchung von behandelten und gealterten beschichteten Blechen und deren Materialverbunden Dynamische mikroskopische Untersuchungen der Korrosionsvorgänge im ESEM Untersuchung von Zirkon- oder Titan-hältigen Konversionsschichten auf der Oberfläche von Aluminiumblechen

Projektaktivitäten ZFE WP4: Mikroskopische Materialanalysen für die Partner Mikroskopische Materialanalytik für die Problemstellungen der Kooperationspartner Oberflächen- und Mikroanalyse mittels Rasterelektronenmikroskopie und Röntgenspektroskopie (EDX, WDX) Kristallographische Charakterisierung von Materialverbunden mittels Rückstreuelektronenbeugung (EBSD) Topographie, Oberflächenrauhigkeiten mittels Infinite-Focus Lichtmikroskopie (IFM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) Präparation von Querschnittsproben von Beschichtungen mittels Focused-Ion Beam Anlage (FIB) Chemische Elementverteilungsbilder von Materialoberflächen mittels Infrarot- und Ramanmikrospektrometrie Nanoanalysen an Materialgrenzflächen mittels analytischer Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Energiefilterungs-TEM (EFTEM)

Projektaktivitäten SZA VW09002,-03,-04: Umfassende Literaturstudie über Verbindungsarten unterschiedlicher Materialpaarungen Stahl- Titan Magnesium- Aluminium Magnesium- Magnesium Aluminiumguss mit Aluminium Knetlegierungen VW09002: Vorbereitung der Laseranlage für Schweißversuche insbesondere für Laser-Pulverauftragsschweißen (Kapselung der Anlage gegen austretenden Pulverstaub und Argonschutz)

Projektaktivitäten SZA VW09006: Verbindungsversuche Stahl - Aluminium durch Sekundärschweißungen einer bestehenden Stahl- Aluminiumverbindung (Bimetall neuer Technologie)

Projektaktivitäten SZA VW09007: Aufbau einer Datenbank zur Analyse und Gewichtung der Fügeparameter. Festgehalten werden neben den Füge- parametern auch die genaue Materialzusammensetzung (ZFE) Ab 1. 2. 2010 Beginn der Schweißversuche nach Lieferung der Proben vom ÖGI

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