Lehrstuhl für Werkstofftechnologie Technische Universität Dortmund


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Profil


Erklärtes Ziel des seit Herbst 2002 unter der Leitung von Herrn Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Wolfgang Tillmann stehenden Lehrstuhls für Werkstofftechnologie (LWT) ist es, die Aspekte Lehre, Ausbildung, Forschung und Dienstleitung im Bereich der Werkstoffentwicklung und -analyse an der TU Dortmund unter einem Dach zu vereinen.

Im Bereich der Lehre bietet der LWT Studierenden über Vorlesungen, Praktika, Seminaren sowie Projekt-, Bachelor-, Masterarbeiten umfangreiche Möglichkeiten, sich optimal auf werkstofftechnologische Aufgaben in Forschung und Entwicklung oder in der industriellen Produktionstechnik vorzubereiten. Des Weiteren betreut der LWT die Berufsausbildung von Auszubildenden zum/zur Werkstoffprüfer/in.

Aus Forschungssicht entwickelt und untersucht der LWT innovative werkstofftechnologische Konzepte und Lösungen für die Produktionstechnik. Unter diesem Leitgedanken werden in den acht Forschungsgruppen (vgl. Abbildung) sowohl werkstofftechnologische Frage- bzw. Problemstellungen aus den Kompetenzfeldern Fügetechnik, Pulvermetallurgie und Oberflächen- bzw. Beschichtungstechnik als auch werkstoffanalytische Aufgaben im Bereich zerstörender und zerstö-rungsfreier Prüfung behandelt. In diesem Zusammenhang bearbeitet der LWT unterschiedliche grundlagen- und anwendungsorientierte Forschungsprojekte, die im Wesentlichen durch die öffentliche Hand gefördert werden. Hierbei wirkt der Lehrstuhl u.a. auch an interdisziplinären Förder- und Austauschprogrammen, wie z.B. Graduiertenkollegs oder Forschungsschulen mit. Des Weiteren führt er Industrieforschung für KMUs und größere Industrieunternehmen durch.

Der LWT bietet Partnern aus Industrie und Wissenschaft ein breites Spektrum an Dienstleistungen an, die von der Werkstoffberatung über die Schadens- und Ursachenforschung bis hin zu Verfahrens- bzw. Technologieentwicklung reichen.

 
Prof. W. Tillmann
















Abbildung: Forschungsgruppen am Lehrstuhl für Werkstofftechnologie



Forschungsschwerpunkte


Die Forschungsschwerpunkte des LWTs entstammen im Wesentlichen aus den acht genannten Forschungsgruppen. Darüber hinaus existieren
einige zentrale Disziplinen und Methoden, die forschungsgruppenübergreifend Anwendung finden bzw. Querschnittsfunktionen bilden.

Hinsichtlich dieser Forschungsschwerpunkte arbeitet der LWT sowohl im nationalen, wie auch im internationalen Umfeld mit Wissenschaftlern
unterschiedlicher Forschungseinrichtungen und Fachgebiete (wie z.B. Informatik, Mathematik, Statistik), sowie einem großen Netzwerk an In-
dustrieunternehmen zusammen. Enge Kooperationen existieren derzeit vor allem mit der Schweiz, den Niederlanden, dem Fürstentum Liechten-
stein, China, Japan, den USA, Taiwan, Südafrika und Kolumbien.

Im Folgenden sind die gruppenspezifischen und die gruppenübergreifenden Forschungsschwerpunkte stichpunktartig zusammengefasst:

Thermische Spritzverfahren

  • Schichtentwicklung für den Verschleiß-, Korrosions- und Hitzeschutz
  • Entwicklung multilagiger Schichtsysteme für thermomechanische Umformprozesse
  • Endkonturnahe Beschichtungen komplexer Bauteile
  • Verarbeitung von Feinst- und Nanopulvern sowie Nanopartikelsuspensionen
  • Simulation und Optimierung von thermischen Spritzprozessen
  • Spritzprozessdiagnostik (Verhalten von Gasströmung und Partikeln)
  • Online Prozess-, Schicht- und Bauteilanalyse
  • Schichtentwicklung für die Beschichtung von schwer benetzbaren bzw. schwer zu
    beschichtenden Grundwerkstoffen (wie Glas, Holz, Beton)
  • Neu- und Weiterentwicklung des Lichtbogenspritzprozesses

PVD-Prozesse

  • Verschleiß- und reibungsarme diamantähnliche Kohlenstoffschichten (DLC)
  • Multilagige Ti/TiAlN und Cr/CrAlN-Schichtsysteme für tribologische Anwendungen z.B. in der Warmumformung
  • Nanostrukturierte bionische Dünnschichten zur Verschleiß- und Reibungsminderung von Werkzeugen zur Feinblechverarbeitung
  • Entwicklung und Einsatzqualifizierung temperatursensorischer Beschichtungssysteme zur Applikationen auf Zerspanwerkzeugen
  • Einflussanalyse von Herstellungsbedingungen und Design hinsichtlich Eigenspannungen in mehrlagigen PVD-Schichtsystemen
  • Selbstschmierende TiAlVN-Schichten für Anwendungen mit tribologischen Belastung
  • Optimierung und Applikation von harten TiBCN-Schichten auf Zerspanwerkzeugen
  • Herstellung von nanolagigen Multilayer-Verschleißschutzschichten aus Magneli-Phasen oder Supernitriden
  • Untersuchung der Kombination von thermischen Spritz- und PVD-Dünnschichtverfahren
  • Beschichtung von schwer benetzbaren bzw. schwer zu beschichtenden Grundwerkstoffen

Pulvermetallurgische Fertigungsverfahren

  • Entwicklung von hartstoffimprägnierten Verbundwerkstoffen (wie Hartmetalle, Diamant-Metallmatrix-Verbunde) mittels Vakuumsinterverfahren und Heißpressen
  • Neue Composite-Schneidstoffe für die kühlmittelreduzierte Bearbeitung mineralischer Materialien
  • Heißisostatisches Nachverdichten von SLM gesinterten Ni-Basislegierungen
  • Statistische Modellierung des Bearbeitungsprozesses inhomogener mineralischer Materialien
  • Kurzeitsinterverfahren (SPC, SPS)

Fügetechnische Fertigungsverfahren

  • Stoffschlüssige Verbinden von schwer zu fügenden bzw. artfremden Werkstoffen mittels induktiver
    und konduktiver Lötverfahren sowie unterschiedlicher Atmosphären
  • Flussmittelfreie Hart- und Hochtemperaturlötverfahren für Hartmetalle und Superabrasives
  • Wärmebehandlung von Lötverbindungen
  • Reaktions- bzw. Diffusionslöten von Leichtmetallen
  • Ultraschallgestützes Löten an Luft
  • Entwicklung von neuartigen Lotwerkstoffen
  • Fügen mit nanoskaligen Lotwerkstoffen (RMS)
  • TLP-Bonding von Sonderwerkstoffen
  • Betriebsfestigkeitsuntersuchungen von Lötverbindungen
  • Thermodynamische Berechnung der Phasenbildung
  • Simulation von Lötprozessen

Werkstoffentwicklung, -prüfung und -analytik

  • Mechanische und tribologische Charakterisierung von Werkstoffen
  • Mikrostrukturanalyse
  • Lebensdaueruntersuchungen
  • Pulveranalyse hinsichtlich Größe und Form
  • Durchführung von Schadensfalluntersuchungen und Erstellung von Schadensgutachten
  • Konzepte zur Schadensvermeidung
  • Beratung in der Auswahl und Implementierung neuer Werkstoffe und Werkstofftechnologien

Zerstörungsfreie Prüfverfahren

  • (Weiter-)Entwicklung und Anwendung von (neuartigen) zerstörungsfreien Methoden zur Prozess- bzw. Werkstoffcharakterisierung
  • Online Schichtdickenanalyse mittels optischer Verfahren
  • Detektion von Materialfehlern, die tief im Inneren liegen
  • Oberflächennahe Prüfung von Werkstoffen
  • Sensorentwicklung (Drehfeldsensor, magnetooptischer Wirbelstromsensor)
  • Prüfung von ferromagnetischen Materialien
  • Online-Überwachung von Beschichtungs- und Lötprozessen mittels Schallemissionsanalyse und Potentialsondenverfahren
  • Temperaturanalyse bei der spanenden Bearbeitung
  • Bewertung von thermischen Spritzschichten mittels der Ultraschallprüfung und der Thermografie
  • Condition Monitoring

Röntgenographische Analyseverfahren

  • Phasenanalyse und Kristallgrößenbestimmung
  • Eigenspannungsanalyse
  • Verformungs- und Schädigungsverhalten von Werkstoffen mit hoher Zeit- und Ortsauflösung bzw. im Volumen
  • Ermüdung hochzyklisch beanspruchter Werkstoffe
  • Verformungsbandbildung und -ausbreitung in magnesiumhaltigen Al-Legierungen
  • Bildung und Ausbreitung von Rissmustern, die infolge inhomogener Schrumpfung bei Trocknung und Thermoschock entstehen
  • Weiterentwicklung bestehender röntgenographischer Verfahren
  • Entwicklung von Spezialbelastungseinrichtungen und von Auswertesoftware
  • Kombination von Analyseverfahren während der Belastung von Proben und in Belastungsunterbrechungen

Zentrale Forschungsdisziplinen und Methoden

  • Analyse des Einflusses der Fertigungsparameter auf den Herstellungsprozess sowie auf die Eigenschaften und die Mikrostruktur der erzeugten Werkstoffsysteme
  • Analyse von Grenzflächenreaktionen und Haftungsmechanismen
  • Einsatz der Methode der Statistischen Versuchsplanung (DOE)
  • Prozesssimulation und -optimierung
  • Modellierung des Materialverhaltens





Mitarbeiter und Einrichtungen


Am Lehrstuhl für Werkstofftechnologie sind zurzeit 31 Wissenschaftler unterschiedlicher Fachrichtungen, 6 technische Ange-
stellte, 4 Verwaltungsangestellte, 3 Auszubildende und ca. 20 studentischen Hilfskräfte beschäftigt. Der überwiegende Teil der
Mitarbeiter wird dabei aus Drittmitteln finanziert. Dem LWT stehen etwa 550 qm für Büroräume und ca. 1.850 qm für Labore und
technische Versuchsräume zur Verfügung. Während sich die Büroräume überwiegend in dem im Jahr 2004 neu errichteten MB II
Gebäude befinden, erfolgt die experimentelle Versuchsdurchführung sowie die begleitenden Analysen hauptsächlich in der MB I
Versuchshalle des LWT. Das LWT verfügt über vielfältige Möglichkeiten bzw. Equipment zur Herstellung, Charakterisierung und
Analyse von Werkstoffen, die nachfolgend aufgeführt sind.



Thermische Spritzverfahren

  • Atmosphärische Plasmaspritzanlage
  • HVOF-Anlage
  • HVOF-Anlagen speziell für die Verarbeitung
    von feinen / nanoskaligen Pulvern (u.a. für
    die Innenbeschichtung mit minimalen
    Durchmesser von 80 mm)
  • Lichtbogenspritzanlage
  • Detonationsflammspritzanlage
  • Low-Pressure Kaltgasspritzanlage
  • Industrieroboter
  • Verschiedene partikeldiagnostische Sys-
    teme zur Messung von Temperatur, Ge-
    schwindigkeit und Größe von Spritz-
    partikeln im Flug


PVD-Prozesse

  • HiPIMS-Magnetronsputteranlage
  • Arc-PVD-Beschichtungsanlage
  • Industrielle Reinigungsanlage
  • Plasmaanalyseverfahren

Fügetechnische Fertigungsverfahren

  • Induktionserwärmungseinrichtungen
  • Diffusionsschweißeinrichtung
  • Hochtemperaturvakuumofen
  • Hochtemperaturschutzgasofen mit steuerbarer Abkühlung
  • Nd-YAG-Laser
  • Lichtbogenofen zur Lotherstellung
Werkstoffentwicklung, -prüfung und -analytik

  • Großkammer-Rasterelektronenmikroskop
    (1,8 qm Volumen)
  • FE- Rasterelektronenmikroskop
  • SE-, BSE-, EDX- und EBSD-Analyse
  • Nanoindenter
  • Pulveranalysesystem
    (mittels Laserbeugung und optisch)
  • Metallographielabor
  • Glimmentladungsspektrometrie (GDOES)
  • Thermische Analyse (DTA, DSC, Dilatometrie)
  • Mikroskopie mit digitaler Bildanalyse
  • Korrosionsanalytik (Salzsprühnebeltest,
    potentiodynamische und potentiostatische Analyse)
  • Farbeindringprüfung
  • Klimaschränke
  • Thermische Analyse (DTA, TG, Dilatometrie)
  • Verschleißprüfung (Gleit- und Wälzverschleiß) bis 800°C
  • Rauheitsmessung
  • Oberflächenprofilometrie
  • Härteprüfung
  • Mehrere Universalprüfmaschinen
  • Haftungsprüfung für thermische Spritzschichten
    (DIN EN 582) und PVD-Schichten (Scratchtester)
  • Kalottenschliffgerät
  • Zug-, Druck-, Biegeversuch (statisch/dynamisch, kalt/warm)
  • Kerbschlagbiegeversuch
  • Zeitstandversuch (bis 1000 °C)
  • Umlaufbiegeversuch (bis 800 °C/ in korr. Medien)


Röntgenographische Analyseverfahren

  • Röntgendiffraktometer
  • Computertomographie
  • Nutzung externer Synchrotronstrahlungsquellen (Dortmund, Hamburg, Berlin)

Zerstörungsfreie Prüfverfahren

  • Ultraschallprüfung in Tauch- und Handtechnik
  • Wirbelstromprüfung mit Durchlauf und Tastspulen
  • Hochgeschwindigkeitsvideographie und -thermographie
  • Potentialsondenverfahren zur elektrischen Widerstandsmessung
  • Magnetooptische Mikroskopie
  • Magnetpulverprüfung
  • Wärmewellenanalyse
  • digitale Holografie
  • passive Schallemissionsanalyse

Pulvermetallurgische Fertigungsverfahren

  • Heißpresse
  • Heißisostatische Presse
  • Verschiedene Sinteröfen
  • Mehrere mechanische und hydraulische Pressen
  • Kugelmühle und Siebe







Kontakt


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