R. WagnerFRM_31. Oct. 2007
Industrielle Forschung mit NeutronenRichard Wagner
Institut Laue-Langevin
Grenoble
Institut Laue-Langevin Grenoble
R. WagnerFRM_31. Oct. 2007
FRM und ILL: Wissenschaftliche Partner seit 40 Jahren
Institut Laue-LangevinGrenoble
ForschungsneutronenquelleHeinz Maier-LeibnitzLouis NéelHeinz Maier-Leibnitz
R. WagnerFRM_31. Oct. 2007
Industrielle Forschung mit Neutronen
Forschung mit Neutronen ?
…Grundlagen- oder anwendungsnaheForschung…?
Dem Anwenden muss das Erkennen vorausgehen!Max Planck
Dem Anwenden muss das Erkennen vorausgehen!Max Planck
Albert Fert Peter Gruenberg
Fe
Cr
Fe
Fe
Cr
Fe
GMR-Effekt
Magnetische Mehrfachschichten
Neutronenreflektometrie
M
M
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Industrielle Forschung mit Neutronen
Ziele:● Herstellung von Materialien/Werkstoffen fuer neuartigeAnwendungen
● Ersatz von « konventionellen » Materialien
● Entwicklung neuartiger Herstellungstechnologien
● Material- und Qualitaetspruefung
….Materialforschung und –entwicklung !!!
Industrielle Forschung mit Neutronen
Hochleistungs-Strukturwerkstoffe
- mechan. Eigenschaften σ, T-
● Metalle
●Legierungen
●Keramiken
●Kunststoffe
●Verbundwerkstoffe
Funktionswerkstoff-werkstoffe
- physikal/chem. Eigenschaften -
● Magnete
●Schichtsysteme
●Supraleiter
●Halbleiter
●Katalysatoren
Motivation:● optimierte Eigenschaften
● neue Anwendungsfelder
● Energieeinsparung
● Oekologie
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Industrielle Forschung mit Neutronen
Anwendungsbereiche● Entwicklung neuer Herstellungsverfahren
● Schaedigungsmechanismen unter Belastung (σ ;ε ; T; Φ)
● Entwicklung/Einstellung von Mikrostrukturen
● Zerstoerungsfreie Werkstoff-/Bauteilpruefung
R. WagnerFRM_31. Oct. 2007
Industrielle Forschung mit Neutronen
Korngrenzen-segregationen
f(c,T,p)
Poren f(σ,ε;T,t)Voids f(Φ,T,t)He-Blasen
Ausscheidungenf(R,T,t)
Entwicklung/Einstellung vonMikrostrukturen
V(R)
[%/n
m]
Radius /nmScattering vector q [1/nm]
SANS and USANS studies
M. Klatt et al.
V(R)creep pores
V(R) glass
dΣ/dΏ
(1/c
m)
Kriechporen in Fluessig-Phase gesintertem AL2O3
AL2O3 Leitschaufel
Kriechporen
Glastaschen
AL2O3
AL2O3
AL2O3
AL2O3
AL2O3
AL2O3
AL2O3
AL2O3
σ
σ
M. Klatt et al.
FRM_31. Oct. 2007
Entwicklung des Porenvolumens f(ε ; dε/dt ) %
Kriechporen in Fluessig-Phase gesintertem AL2O3
AL2O3 Leitschaufel
Ausscheidungskinetik in uebersaettigten Legierungen
q [1/nm]
Stre
uque
rsch
nitt
Cu-0.8at%Co
T= 490 °C
Fe-0.35%Cu; Cu-Ti; Ni-AlT.Ebel, R.Kampmann, R.Wagner
Ausscheidungen
Δc=f(T,t)
Decomposition kinetics-Cluster Dynamics Model-
Cu- 1.9at% Ti ; T= 350 °C
R ~ta(t)
0.5
0.4
0.3
0.2
0.5min a
a=1/3
a=1/2
Transition regimeLSW coarsening regime
growth regime
nucleation
R.Kampmann, R. Wagner
Time/ min
Hydrogen is considered as an alternative energy carrier for the future…
…and light metal hydrides offer the potential of safest hydrogen storage in a tank
Materials for hydrogen storage
• Reduction of operating temperature
• Acceleration of kinetics, e.g. with catalysts
Current challenges:
Need to understand the microstructure of the hydrides and structural changes during loading and unloading with H2
Important contribution by neutron scattering(Hydrogen contrast)
In-house research in cooperation with industry
Helmholtz Initiative 'FuncHy: Functional Materials for Mobile Hydrogen Storage'
Size distribution
Loading and unloading of Mg powder with H2 at 300 °CRecent SANS results:
Combination of SANS and USANS required
Materials for hydrogen storage
nano-crystallites
powder particles
Scattering curvecoarsening
of nano-crystallites
size reduction of powder particles
large end bearing
Farb-Code: VerschiedeneDruckspannungenSTRESS SPEC @ FRM II
P. Lemke, TU Berlin, M. Hofmann, FRM-II
Industrielle Forschung mit NeutronenEigenspannungsanalysen in gehaerteten Kurbelwellen
Tangential stress profile along the red line
-800
0
800
0.0 10.0
distance to the radius of the main bearing
resi
dual
stre
sses
pa]
Oil
chan
nel
induction hardended zone
D. Hughes et al./ILLFRM_31. Oct. 2007
Industrielle Forschung mit Neutronen
Example of ‘commercial’ industrial experiment (SALSA)
Residual stress in titanium used aircraft engine disc. (French company)
o 700mm diameter, 30kg
o Non-destructively only practical using diffraction
o Company needs to understand residual stress in engine disc
o Commercially sensitive information
Commercial experiment ensures data ownership and rapid access where possible.
Titan-Flugturbinenscheibe(franzoes. Hersteller)
700 mm Dmr.
30 kg
Eigenspannungsanalysen
Texturen in intermetallischen γ-TiAl Legierungen
Texturentwicklung nachuniaxialer Stauchung
Strangpressen, Formschmieden
H.G;Brokmeier et al.
R. WagnerFRM_31. Oct. 2007
Industrielle Forschung mit Neutronen
Zerstoerungsfreie Pruefung
-Neutronentomographie-
World Conference on Neutron Radiography, 15.-19.10.2006, Gaithersburg, USA
Neutronenradiographieeines 4-Kolben Motors
B. Schillinger et al.
ANTARES @
World Conference on Neutron Radiography, 15.-19.10.2006, Gaithersburg, USA
Absorptions-kontrastRadiographie ( μ )
Phasenkontrast
Radiographie
Alu-Schaum
AlMg4.5Mn (1)
AlSi9Cu4 (2)
Entwicklung der
Phasenkontrasttomographie
an ANTARES @
K. Lorenz, B.Schillinger
Phasenverschiebg.:
δ1= 1-Re[n1] < δ2
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