Mechanismenkorrelierte Charakterisierung des Verformungs- und Schädigungsverhaltens thermoplastbasierter hybrider Laminate zur eigenschaftsorientierten Prozessentwicklung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Guntram Wagner; Professor Dr.-Ing. Frank Walther
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414332488

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Identifikation, Analyse und Bewertung von Einflussfak-toren auf die Festigkeit und Lebensdauer thermoplastbasierter hybrider Laminate. Die beantragte 1. Förderperiode fokussiert auf die Werkstoffentwicklung und den Konsolidierungsprozess. In einer 2. Förderperiode soll anhand von Demonstratoren der Effekt einer umformtechnischen Formgebung auf die Werkstoff- bzw. Bauteilintegrität untersucht werden. Gemäß dem Stand der Technik wird die Ermüdungsfestigkeit duroplastbasierter hybrider Laminate insb. durch deren Delaminationsverhalten beeinflusst. Analog wird im Zuge der geplanten Qualifizierung alternativer thermoplastbasierter Laminate primär die Qualität der Grenzflächenausbildung infolge mechanischer (Strahlen) und nasschemischer (Beizen) Verfahren zur Oberflächenvorbehandlung der Metallpanelle untersucht. Ziel ist es, eine Wissensbasis hinsichtlich des Einflusses der Grenzflächenkonditionierung auf die Entwicklung zyklisch initiierter Schädigungen zu generieren. Die Grenzflächen- und Mikrostrukturausbildung in den FKV- und Aluminiumschichten wird mittels materialografischen Methoden u.a. der Lichtmikroskopie (LiMi), Raster- (REM) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), sowie Computertomografie (CT) charakterisiert. Die Identifikation dominierender Schädigungsmechanismen erfolgt in quasistatischen und zyklischen Verformungsexperimenten unter Ausnutzung einer erweiterten Instrumentierung zum Monitoring schädigungsbedingter Werkstoffreaktionen, bspw. elektrischen Widerstandsänderungen und Körperschallemissionen. Zur weiterführenden Analyse der Schädigungsmechanismen soll ein neuartiger Ansatz verfolgt werden, Steifigkeitsgradienten im Werkstoffvolumen in quasistatischen in-situ-Versuchen im CT mittels digitaler Volumenkorrelation (DVC) zu visualisieren und infolge einer Anpassung der Fertigungsparameter zu minimieren. Ausgehend von den Ergebnissen der mechanisch-technologischen Untersuchungen wird eine Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehung formuliert und eine Empfehlung für die Parametrisierung der Prozessschritte zur Herstellung thermoplastbasierter hybrider Laminate erstellt. Zum Ende der 1. Förderperiode sind ausgewählte Werkstoffverbunde grundlegend charakterisiert und ihr Schädigungsverhalten werkstoffwissenschaftlich untersucht. Ferner liegen leistungsfähige Laminatkonfigurationen als Ausgangswerkstoff für die geplante umformtechnische Weiterverarbeitung vor. In der 2. Förderperiode soll der Einfluss einer Umformung auf das Werkstoffverhalten der hybriden Laminate bestimmt werden. Hierzu wird ein Demonstrator spezifiziert und die lokale Werkstoffbeeinflussung bspw. aufgrund von Faserumlagerungen in Biegeradien, mechanisch-technologisch und materialografisch untersucht. Weiterer Schwerpunkt ist die Generierung erweiterter Beanspruchungskollektive in Ermüdungsversuchen, z.B. durch überlagerten Temperatur- und Feuchteeinfluss, um Betriebsbedingungen realitätsnah abbilden zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen