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Materialwissenschaften (Subject) / Verfahren der Oberflächentechnik (Lesson)
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- Nennen Sie drei elektrochemische Oberflächenbehandlungsverfahren (Annahme: lösliche Reaktionsprodukte). Beizen, Elektropolieren, Glänzen
- Welches können gewünschte Resultate der elektrochemischen Reaktion mit festen Reaktionsprodukten sein? - Passivschichten, Konversionsschichten▪ galvanische und chemische Metallabscheidung
- Wie kommt es zur katastrophalen Oxidation? Die Reaktion eines Metalls M bei Normaldruck mit einem oxidierend wirkenden Gas X2führt zu einem festen Reaktionsprodukt MX, das sich auf der Metalloberfläche ausbildet.Ursache ist die chemische Reaktion:mM + nX --> MmXn
- Nennen Sie eine thermochemische Reinigungsmöglichkeit der Werkstoffoberfläche und erklären Sie diese. Durch Glühbehandlung können organische Rückstände abgebrannt oder die auf derOberfläche vorhandenen Oxidschichten reduziert werden. (Ausdehungskoeffizienten)
- Welches Verfahren wird zur chemischen Modifikation der Werkstoffrandzone durchgeführt? Thermochemische Diffusionsbehandlung
- Nennen Sie drei Beschichtungsverfahren, die zu den metallphysikalischen Oberflächenbeschichtungen gehören. Wodurch werden sie unterschieden? ▪ Auftragschweißen▪ Auftraglöten▪ SchmelztauchverfahrenBeim Auftragschweißen schmilzt die Werkstoffoberfläche A und bildetmit der Metallschmelze B eine Legierung. (Aufmischung) Beim Auftraglöten sowie Schmelztauchverfahren bilden die ausgelöstenLegierungselemente aus der Werkstoffoberfläche A eineLegierungsschicht mit der Metallschmelze B. (Diffusion) Der Unterschied liegt darin, dass beim Auftragschweißen dieWerkstoffoberfläche A schmilzt und bei den anderen Verfahren nicht.
- Was ist der Unterschied zwischen Verschleiß und Korrosion? - Verschleiß ist Folge eines mechanischen Angriffs.▪ Korrosion ist Folge eines chemischen, elektrochemischen oder metallphysikalischenAngriffs.
- Was wird durch die Verfahren der Oberflächenmodifikation verändert? ▪ Chemische Zusammensetzung der Randzone▪ Mechanische Eigenschaften der Randzone▪ Werkstoffgefüge der Randzone
- Welchen Belastungen von außen ist eine Oberfläche ausgesetzt? ▪ Von außen kommende Belastungen sind vor allem thermische und mechanische▪ Energie, chemische Reaktionen.▪ Belastung Schädigung (Verschleiß, Korrosion)
- Welche drei Werkstoffeigenschaften müssen bei Verfahren der Oberflächenmodifikation sowie der Nachbehandlung der Schichtsysteme beachtet werden? ▪ Festigkeitseigenschaften▪ Eigenspannungen▪ Chemie
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- Was ist der Unterschied zwischen Oberflächenmodifikation und -beschichtung? ▪ Oberflächenmodifikation: Verfahren, die in den Werkstoff eindringen und dadurchdie Eigenschaften der Oberfläche verändern▪ Oberflächenbeschichtung: Verfahren, durch die Material (artgleich/artfremd) auf denWerkstoff aufgebracht wird.
- Was sind Oberflächenreaktionen und wodurch werden sie hervorgerufen? ▪ Oberflächenreaktionen sind Wechselwirkungen mit der angrenzenden Phase, die durchPotentialunterschiede hervorgerufen werden.
- Wie setzen sich die Werkstoffeigenschaften in einem Beschichtungssystem zusammen? ▪ Schichteigenschaften▪ Verbundeigenschaften
- Nennen Sie vier Beschichtungsverfahren? - Galvanik - Sintern - CVD - PVD - Zementieren - Auftraglöten
- Was ist Simulation? Durchführung von Experimenten an einem Modell eines Systems oder Prozesses
- Welche Industriebereiche haben einen Nutzen von numerischen Simulationen? Luft & Raumfahrtechnik, Automobilindustrie, Biomedizin,Chemische Verfahrenstechnik, Marineindustrie, Energieindustrie, Sport
- Was ist Strukturmechanik? Analyse des Verhaltens des Festkörpersystems unterthermischen & mechanischen Belastungen
- Was ist Strömungsmechanik? Analyse der Strömungsvorgänge von Fluiden
- Was versteht man unter dem Begriff Vernetzung? Unter Vernetzung wird die Überführung eines Geometriemodells in das zugehörige Finite-Elemente-Modell verstanden. Vernetzungsmöglichkeiten▪ Elementgröße fein oder grob▪ Elementgrundform▪ 2D: Dreieck oder Viereck▪ 3D: Tetraeder oder Hexaeder▪ Elementanordnung Regelmäßig oder unregelmäßig
- Was sind die Vorteile der numerischen Simulationen? ▪ Zeitersparnis und Kostensenkung▪ Ermöglicht die Durchführung der Untersuchungen, welche mittels experimentellerMethoden nicht möglich sind▪ Theoretisch unbegrenzte zeitliche und örtliche Auflösung▪ Untersuchung des gesamten Systems; nicht beschränkt mit diskreten Messpositionen
- Was sind die Nachteile der numerischen Simulationen? ▪ Genauigkeit des Modells hängt von den betroffenen Annahmen und Vereinfachungen ab▪ Hohe Expertise ist nötig
- Welche Gleichungen bilden die Grundlage der numerischen Strömungsmechanik? Erhaltungssätze für Masse, Impuls und Energie in einem Strömungsfeld (Navier-StokesGleichungen)
- Die verbreitetsten Lösungsmethoden der Erhaltungsgleichungen in der numerischen Strömungsmechanik - Die Finite-Differenzen-Methode (FDM): differentielle Form der Gleichungen▪ Die Finite-Volumen-Methode (FVM): integrale Form der Gleichungen▪ Die Finite-Elemente-Methode (FEM): gewichtete integrale Form der Gleichungen
- Was sind die Schritte der Finite-Elemente-Analyse? Schritte der Analyse▪ CAD-Geometrie▪ Abstraktion der Geometrie▪ Erstellung des Netzes▪ Definition der Materialeigenschaften▪ Definition der Randbedingungen▪ Lösung▪ Postprocessing
- Was liefert die statische Analyse als Ergebnis?v ▪ Spannungen▪ VerformungenEines im Gleichgewicht befindlichen Bauteils unterstatischer Belastung.
- Was ist der Unterschied zwischen linearen und nichtlinearen Berechnung? ▪ Lineare Berechnung: Ergebnisse proportional zu den Belastungen▪ Nichtlineare Berechnung: material- oder geometriebedingte Nichtlinearitäten treten auf.Berechnungsaufwand ist höher
- Was liefert die Knick- und Beulanalyse als Ergebnis? ▪ Kritischen Lasten, bei der die Struktur instabil wird▪ Die Figur und Form der Knickung bzw. der Ausbeulung▪ bei Erreichen der kritischen Belastung.
- Was liefert die Modalanalyse als Ergebnis? - Eigenfrequenzen▪ Eigenformen: die zu den Eigenfrequenzen zugehörigenVerformungen einer Struktur
- Was liefert die Temperaturfeldanalyse als Ergebnis? ▪ Die Temperaturverteilung▪ Den stationären Wärmesrom eines durch Bauteils unter statischer thermischenBelastung.
- Was liefert die harmonische Analyse als Ergebnis? Antwort einer Struktur auf eine äußere, sinusförmige Anregung
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- Was liefert die transiente Analyse als Ergebnis? Antwort einer Struktur auf zeitlich veränderliche Lasten unter Berücksichtigung beliebigergeometrischer und materialbedingter Nichtlinearitäten
- Was liefert die Designoptimierung als Ergebnis? Mit Hilfe Designoptimierung lässt sich die Geometrie eines Bauteils nach bestimmtenZielvorgaben wie z.B. zulässige Spannungen oder Verformungen optimieren.
- Warum unterteilt man i.d.R. das thermische Spritzen in Teilprozesse, um den gesamten Prozess zu modellieren? Welche sind diese Teilprozesse? Aufgrund der unterschiedlichen physikalischen Vorgänge und Längenskalen, kann derProzess nicht mit einem einzigen numerischen Modell untersucht werden.Der gesamte Prozess von der Energieerzeugung bis hin zur Schichtbildung muss inTeilprozesse unterteilt werden.
- Warum unterteilt man i.d.R. das thermische Spritzen in Teilprozesse, um den gesamten Prozess zu modellieren? Welche sind diese Teilprozesse? Aufgrund der unterschiedlichen physikalischen Vorgänge und Längenskalen, kann derProzess nicht mit einem einzigen numerischen Modell untersucht werden.Der gesamte Prozess von der Energieerzeugung bis hin zur Schichtbildung muss inTeilprozesse unterteilt werden.
- Warum unterteilt man i.d.R. das thermische Spritzen in Teilprozesse, um den gesamten Prozess zu modellieren? Welche sind diese Teilprozesse? Aufgrund der unterschiedlichen physikalischen Vorgänge und Längenskalen, kann derProzess nicht mit einem einzigen numerischen Modell untersucht werden.Der gesamte Prozess von der Energieerzeugung bis hin zur Schichtbildung muss inTeilprozesse unterteilt werden.
- Was ist das Ziel des Modells zu dem Plasmabrenner? ▪ Beschreibung der Interaktion zwischen elektromagnetischenund Strömungskräfte im Plasmabrenner▪ Vorhersage des Temperatur- und Geschwindigkeitsprofils am Düsenausgang desBrenners
- Was ist das Ziel des Freistrahlmodells? ▪ Beschreibung des Plasmafreistrahls außerhalb des Plasmabrenners und der Energieübertragung auf denSpritzwerkstoff▪ Vorhersage der Bewegungsbahnen von in einen Freistrahl injizierten Pulverpartikel in Abhängigkeit von denInjektionsparametern, der Art und Größe der Partikel und der Freistrahlströmung
- Was ist das Ziel der Simulationen zu der Schichtbildung? ▪ Beschreibung der Auftreff-, Ablagerungs- und Erstarrungscharakteristiken der Partikelbeim Aufprall▪ Vorhersage der Schichtmikrostruktur
- Was versteht man unter dem Begriff Homogenisierung? Der geeignete Mittelungsprozess, durch welchen der Mikro-Makro-Übergang zurDefinition der Auswirkungen mikroskopischer Inhomogenitäten auf die makroskopischenEigenschaften erfolgt, wird als Homogenisierung bezeichnet.