Eugen G. Leuze Verlag KG
×
 x 

Warenkorb leer.
Warenkorb - Warenkorb leer.

Onlineartikel Suche

Artikel Text

Autoren

Ausgabe

Jahr

Kategorie

Dienstag, 05 Mai 2020 08:11

3D-Röntgen-Computertomographie als hilfreiches Werkzeug in Industrie und Forschung

von Anastasia Bayer
Geschätzte Lesezeit: 2 - 4 Minuten
Test-Bildunterschrift Test-Bildunterschrift © Test Copyright

Am Forschungsinstitut Edelmetalle und Metallchemie (fem) wird die Computertomographie (CT) als zerstörungsfreie Methode zur Werkstoffprüfung für vielfältige Anwendungen aus der Industrie und Forschung genutzt. Sowohl die Fertigungs- und Oberflächentechnik als auch die Batterie- und Brennstoffzellenforschug profitieren von der Anwendung der Methode. Es stehen zwei Anlagen zur Verfügung: das v|tome|x L mit einer 300-kV-Röntgenröhre und das Nanotom M mit einer 180-kV-Röhre.

Die Computertomographie ist ein technologisch äußerst anspruchsvoller Prozessder bislang von hohem technischen wie zeitlichem Aufwand geprägt war. Das Zusammenspiel der Hard- und Software der CT-Anlage beeinflusst maßgeblich die Bildgebung. Durch die Beschaffung eines neuen Detektors (Dynamic 4.1) konnten eine drastische Reduzierung der Messzeit, eine deutlich bessere Datenqualität und somit kürzere Bearbeitungszeiten erzielt werden. Der Dynamic 4.1 Detektor mit seiner Pixelgröße von 200 µm und einer deutlich höherer Empfindlichkeit im Zusammenspiel mit einem leistungsstarken Auswerterechner erhöht die Anwendungsmöglichkeiten und die Effizienz der Datenverarbeitung.

In den letzten Jahren wurden am fem in verschiedenen Projekten sowie in Zusammenarbeit mit der Industrie unterschiedliche Themen und Werkstoffe untersucht.

Die Röntgen-Computertomographie lieferte dem Anwender Informationen über:

  • Oberflächenbeschaffenheit
  • Materialeigenschaften
  • Verteilung
  • Lage der Bauelemente zueinander
  • Dichtigkeit
  • Formgenauigkeit
  • Porosität
  • Herstellungsfehler

Zur Veranschaulichung der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von CT-Untersuchungen nachstehend einige Anwendungsbeispiele.

Im Projekt „Aufbau neuer dreidimensionaler Kathoden für Lithium-Schwefel-Batterien mit gesteigerter Kapazität, Energieeffizienz und Zyklenfestigkeit“ konnte mit Hilfe der CT-Untersuchung  die Verteilung des Dispersionsschwefels an dispersionsbeschichteten Nickelschäumen deutlich hervorgehoben werden. Im Laufe des Projekts konnte die Verteilung des Schwefels (Abb. 1) sowie die Homogenität analysiert und die Effizienz der Beschichtung nachgewiesen werden.

Abb. 1: Schwefelverteilung auf einem Nickelschaum/AiF/IGF 18127NAbb. 1: Schwefelverteilung auf einem Nickelschaum/AiF/IGF 18127N

Im Projekt „Entwicklung einer über die LIGA-Technik integrierbaren Mikrobipolarelementeanordnung mit minimalem Edelmetalleinsatz zur vereinfachten Auslegung und Herstellung selbstatmender Brennstoffzellenstapel für portable Elektronikanwendungen“ konnte die CT hilfreiche Aufschlüsse liefern. Mit der zerstörungsfreien Prüfung konnten der Schichtaufbau der Strukturen und das homogene Auffüllen mit Metall visuell dargestellt werden (Abb. 2). Somit stellte sich die CT zur Qualitätssicherung bei der Herstellung der Bipolarplatten und zur Qualitätskontrolle der Beschichtung als geeignete Methode heraus.

Abb. 2: 3D-Darstellung der inneren Strukturen in Mikrobrennstoffzellen/AiF IGF 448ZNAbb. 2: 3D-Darstellung der inneren Strukturen in Mikrobrennstoffzellen/AiF IGF 448ZN

Im Projekt „Selektives Laserschmelzen von Goldlegierungen“ konnten mit Hilfe des CT-Verfahrens innere, volumenbehaftete Fehler ortsaufgelöst sichtbar gemacht werden (Abb. 3). Somit kann die Fertigung mittels SLM überwacht, dokumentiert und bewertet werden. Aufgrund der hohen geometrischen Auflösung und der lückenlosen Aufzeichnung kann CT als ein Werkzeug zur Verfügung stehen, mit dem die Qualität von Bauteilen hinreichend beschrieben werden kann.

Abb. 3: SLM-Probe mit innerer Porosität/AiF IGF 17729NAbb. 3: SLM-Probe mit innerer Porosität/AiF IGF 17729N

Des Weiteren konnte die CT bei der Arbeit „Ursachenforschung zur Entstehung der Lackfehler in Gussteilen“ effizient eingesetzt werden. Die CT konnte eine Verbindung von einzelnen Blasennestern und größeren „Hohlräumen“ erkennbar machen und die Ursache der Lackfehler klären. Der Wasserstoff in den Blasen gast aus den Blasennestern aus und verursacht Lackfehler. Die Hohlräume bzw. Blasen, die in einer Tiefe bis zu 2 mm von der Oberfläche aus liegen, können zu den Defekten beitragen. Es konnte deutlich gezeigt werden, dass zwischen Hohlraum und Lackfehlern Verbindungskanäle vorhanden sein müssen bzw. eine Materialschwächung vorliegen muss, damit Lackfehler entstehen können (Abb. 4).

Abb. 4: Blasennester mit einer Verbindung zur Oberfläche/IGF 17714NAbb. 4: Blasennester mit einer Verbindung zur Oberfläche/IGF 17714N

Als große Hilfe hat sich die CT im Projekt „Hybride Technologien und Werkstoffe für die Herstellung von Feingussformen und Tiegeln zum Feinguss von hochschmelzenden und hochreaktiven Legierungen“ erwiesen. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden CT-Untersuchungen von Abgüssen in keramischen Formschalen erstellt (Abb. 5). Die Durchleuchtung und Detektion mittels Röntgenstrahlen brachte Erkenntnisse im Bereich der Formfüllung, d. h. wie gut die Schmelze in die Formschale geflossen ist und ob die Formschale Fehlstellen aufwies. Somit konnten schnell gezielte Verbesserungen bei der Gussbaumgestaltung und bei der Formschalenherstellung vorgenommen werden. 
Außerdem ist diese Untersuchungsart oft die einzige Möglichkeit, den Materialverbund zu analysieren, da nach dem Ausbetten die Formschale zerstört ist. Somit waren erstmals örtlich spezifische Rückschlüsse auf die Qualität der Formschalen im Inneren vor und nach dem Guss möglich. Neben der Formfüllung konnte noch der Kontaktbereich zwischen Titan und Keramik auf Spaltbildung und Schwindung sowie auf Gasporenbildung im oberflächennahen Bereich untersucht werden. Dies brachte Erkenntnisse in Bezug auf die Reaktion mit der Formschale und auf die Maßhaltigkeit der Gussteile.

Abb. 5: Querschnitt durch eine gefüllte Formschale. Risse und Fülllücken sichtbar/AiF 18293GBAbb. 5: Querschnitt durch eine gefüllte Formschale. Risse und Fülllücken sichtbar/AiF 18293GB

Wie in den Beispielen dargestellt, kann die Computertomographie vielfältig, schnell und zerstörungsfrei bei vielen Problemstellungen als eine hilfreiche Methode eingesetzt werden.

$\frac{6-5}{a*b}$

Weitere Informationen

Mehr in dieser Kategorie:

Der Leuze Verlag ist die Quelle für fundierte Fachinformationen.
Geschrieben von Fachleuten für Fachleute. Fachzeitschriften und Fachbücher
rund um Galvano- und Oberflächentechnik sowie Aufbau- und Verbindungstechnik in der Elektronik –
seit 118 Jahren professionelle Informationen und Fachwissen aus erster Hand.

UNTERNEHMEN

ZAHLARTEN

Paypal Alternative2Invoice
MaestroMastercard Alternate
American ExpressVisa

Zahlarten z.T. in Vorbereitung.

KONTAKT

Eugen G. Leuze Verlag KG
Karlstraße 4
88348 Bad Saulgau

Tel.: 07581 4801-0
Fax: 07581 4801-10

E-Mail: info@leuze-verlag.de oder
E-Mail: mail@leuze-verlag.de