Bachelor- Master- und Doktorarbeiten

Am Fachgebiet Struktur und Eigenschaften von Materialien sind laufend Bachelor- und Masterarbeiten zu vergeben. Einige dieser Arbeiten werden in Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Zentrum in Wannsee bearbeitet.

Kontakt allgemein: Prof. Dr. John Banhart (EM-IAM-office@helmholtz-berlin.de [1])

Das Aushärten von Aluminiumlegierungen setzt ein effektives Lösungsglühen und Abschrecken voraus. Gemeinhin wird angenommen, dass dabei die Verteilung der Legierungselemente und Leerstellen bei hoher Temperatur eingefroren wird. Neue Untersuchungen zeigen aber, dass dies nicht der Fall ist. Um dies im Detail zu verstehen, sollen Al-Mg-Si Legierungen bei 540°C lösungsgeglüht und bei verschiedenen moderaten Abschreckraten abgekühlt werden. Die Abkühlung wird in verschiedenen Stadien durch Abschreckung mit der höchsten Rate unterbrochen. Danach wird mittels Positronen-Lebensdauer Spektroskopie der resultierende Zustand untersucht. Diese Methode ist einzigartig durch ihre Empfindlichkeit auf Leerstellen und kleinste Ausscheidungen, die unterhalb der Nachweisschwelle der Mikroskopie liegen. Gemessen werden in diesen Versuchen die Ausheilung von Leerstellen und die einsetzende Ausscheidung als Funktion der Temperatur.

Voraussetzungen sind metallkundliche Grundlagen sowie das Interesse am Arbeiten mit einer eher ungewöhnlichen Methode wie der Positronen-Spektroskopie.

Die Arbeitsgruppe erforscht Ausscheidungsvorgänge in Aluminiumlegierungen im Rahmen der Grundlagenforschung sowie im Auftrag der Aluminiumindustrie.

Bachelor- oder Masterarbeit

Arbeitsort: HZB Wannsee

Beginn: ab November 2019

Ein Vertrag als studentische Hilfskraft 40 Monatsstunden wird angeboten.

Kontakt:  Herr Dr. John Banhart, EM-IAM-office@helmholtz-berlin.de [3], Tel +49 30 8062 42710

Untersuchung von Brennstoffzellen

Die Wasserentwicklung und Materialalterung in Brennstoffzellen soll in-situ mittels Neutronen- und Röntgenradiographie und –tomographie untersucht werden.

Arbeitsort: HZB Wannsee

Nur Master/Diplomarbeit

Kontakt: Dr. Ingo Manke (EM-IAM-office@helmholtz-berlin.de [5])

Tomografische Untersuchung von Wiederaufladbaren Alkaline-Batterien

Der Be- und Entlade-Prozesse von wiederaufladbaren Alkaline-Batterien (sowie ggbf. auch Li-Batterien) sollen zerstörungsfrei mittels Tomografie untersucht werden, um strukturelle Alterungs-Prozesse aufzuklären.

Arbeitsort: HZB Wannsee, Reise(n) zu Messkampagne(n)

Nur Master/Diplomarbeit/Bachelorarbeit

Kontakt: Dr. Ingo Manke (EM-IAM-office@helmholtz-berlin.de [7])

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft wird in den nächsten Jahren die Forschung an Hochentropie-Legierungen  und Compositionally Complex alloys im Rahmen eines Schwerpunktprogramms fördern. Das Institut für Angewandte Materialien wird in naher Zukunft eine/n Postdoktoranden/in oder Doktoranden/in suchen, der/die mit diesen Legierungen arbeiten und ihre internen Strukturen untersuchen will.

Lokale Verzerrungen in der atomaren Struktur in Hochentropie-Legierungen und Legierungen mit komplexer Zusammensetzung wurden mehrfach vorgeschlagen, aber nie experimentell nachgewiesen. Diese wird in der einphasigen Al₈Co₁₇Cr₁₇Cu₈Fe₁₇Ni₃₃-Legierung untersucht. Sie weist eine ungeordnete kfz-Struktur auf. Die wichtigste Untersuchungsmethode ist EXAFS-Spektroskopie (Extended X-ray Absorption Fine Structure). Diese Messungen werden unterstützt von einer Reihe anderer Messmethoden, die Informationen über lokale strukturelle und/oder chemische Ordnung liefern, wie etwa Rasterelektronenmikroskopie, Atomsonden-Tomographie und Röntgen- und Neutronenbeugung. Diese Ergebnisse werden kombiniert und korreliert mit Härte- und Elastizitätsmessungen von der Al8Co17Cr17Cu8Fe17Ni33-Legierung sowie ihren sogenannten Vor-Legierungen wie FeNi, CoFeNi und CoCrFeNi, welche ebenfalls eine ungeordnete kfz-Struktur aufweisen. Das Ziel dieses Projektes ist, eine Korrelation zwischen der Lokalen Ordnung und den makroskopischen Eigenschaften Härte und Elastizität zu bestimmen.

Interesse an Synchrotron-Messmethoden und besonders der EXAFS-Technik ist ein wichtiger Faktor bei dieser Stelle. Kenntnisse von REM, APT und/oder Röntgen- oder Neutronenbeugung ist ein Plus.

Die Stelle wird auf 3 Jahre befristet, mit einer möglichen Verlängerung um weitere drei Jahre. Bei Interesse kontaktieren Sie uns bitte, damit wir besprechen können, ob das Projekt zu Ihnen passt. (anna.manzoni@helmholtz-berlin.de [9])

Das Projekt wird im Oktober 2017 beginnen.

Nach der offiziellen Stellenausschreibung werden Sie gebeten, eine offizielle Bewerbung zu schreiben.

Metallschäume sind einer der Schwerpunkte der Arbeitsgruppe von Prof. Banhart an der TU Berlin.

1. Optimierung einer AlSiMg-Legierung für die Metallschaumherstellung

Metallschäume sind ein vielversprechendes Material mit einem großen Zukunftspotential als Leichtbauwerkstoff. Für die Verbesserung der Qualität der Metallschaumstruktur hat sich die Legierungszusammensetzung als sehr wichtig erwiesen. Eine AlSiMg-Legierung ist die momentan von unserem Industriepartner eingesetzte Legierung.

Ziel der Arbeit ist, diese Legierung durch den Einsatz verschiedener, vorlegierter Pulver hinsichtlich Expansion und Strukturhomogenität zu optimieren. Dabei werden unterschiedlichen Parameter der Sinterung und Kompaktierung variiert. Für die Herstellung aus den elementaren Pulvern stehen eine 40T Uniaxialpresse, eine 100T Strangpresse und ein Walzgerüst zur Verfügung. Für Untersuchungen und Auswertungen stehen gängige Methoden wie Metallographie und Mikroskopie bereit, sowie eigens entwickelte wie Dichte- und Widerstandsmessung, Expandometrie, Röntgenradioskopie und -tomographie.

Die Bachelorarbeit kann mit einer Tätigkeit als studentische Hilfskraft (40 Stunden pro Monat) kombiniert werden.

Kontakt: Dr. Francisco García-Moreno (EM-IAM-office@helmholtz-berlin.de [12])

2. Erstarrungsmodell für metallische Schäume

Die Erstarrung  von Metallschäumen ist eine kritische Phase, die die strukturelle sowie die mechanische Qualität des endgültigen Schaums beeinflusst. Ein interessanter Effekt einer Erstarrungsexpansion wurde experimentell beobachtet. Ein tieferes Verständnis des Prozesses soll helfen, die Schaumqualität zu verbessern.

Ziel: Aufgrund der mangelnden Möglichkeiten Erstarrung experimentell zu untersuchen, ergibt sich die Simulation als ein gutes Werkzeug, solche Probleme von einem anderen Bilckwinckel zu betrachten. Daher soll ein vorhandener Erstarrungslöser (entwickelt unter OpenFoam© Softwarepaket ) angepasst werden. Der Einfluss der Gasdiffusion auf die Schaumstruktur während der Erstarrung soll als Fallstudie simuliert und schließlich mit experimentellen Daten verglichen werden.

Voraussetzungen:  Student-In der Werkstuffwissenschaten, Physik,  Maschinenbau. Kenntnisse in:  C++Programmierung, CFD,  OpenFoam©  sind von Vorteil.

Kontakt: Dr. Francisco Garcia-Moreno: EM-IAM-office@helmholtz-berlin.de [13]

3. Optimierung eines C++ Codes für CFD-Simulation

Ein Weg, metallische Schäume aus Aluminium herzustellen, ist Gas bzw. Blasen in die Schmelze zu injizieren, wodurch Schaum auf der Oberfläche der Schmelze erzeugt wird. Durch die Verwendung von CFD-Simulation wird eine tiefgrundige Visualisierung der Blasenwechselwirkung während dieses Verfahrens möglich, was nicht während des Experiments gegeben ist. Solche Simulationen sind immer daten- und zeitintensiv, deshalb sind neue Strategien, um brauchbare Ergebnisse in akzeptabler Zeit zu produzieren, unverzichtbar.

Ziel:  Der hauseigene Solver MetallicFoam (ein C++Code, unter OpenFoam© Softwarepaket entwickelt), soll auf Geschwindigkeit sowie auf Datenspeicherung untersucht bzw. optimiert werden. Eine solche verbesserung des Codes ist unverzichtbar um die Ergebnisse in angemessener Zeit zu bekommen. Die Simulation werden auf dem TU-Berlin-Computing-Cluster durchgeführt.

Diese Arbeit kann wie folgt erreicht werden:

1. Analyse des Codes

2. Messung der Rechenzeit für die verschiedenen Funktionen

3. Optimierung der relevanten Routienen durch: bessere Algorithmen, Funktionen

4. Berechnung eines Referenzfalls und Dokumentation

Voraussetzungen:  Student-In der Informatik, Werkstoffwissenschaft, Physik, Maschinenbau |gute Kenntnisse in C++  Programmierung

Kontakt: Dr. Francisco García-Moreno: EM-IAM-office@helmholtz-berlin.de [14]

4. Implementation von einem Adaptive-Mesh für eine CFD-Simulation  

Ein Weg, metallische Schäume aus Aluminium herzustellen, ist Gas bzw. Blasen in die Schmelze zu injizieren, wodurch Schaum auf der Oberfläche der Schmelze erzeugt wird. Durch die Verwendung von CFD-Simulation wird eine tiefegründige Visualisierung der Blasenwechselwirkung während dieses Verfahrens  möglich, was nicht im Experiment gegeben ist. Solche Simulationen sind immer rechen- und datenvolumenintensiv, deshalb sind neue Strategien unverzichtbar, um brauchbare Ergebnisse in akzeptabler Zeit zu produzieren.

Ziel:  Für den eigenen Solver MetallicFoam (ein C++Code unter OpenFoam© Softwarepaket entwickelt) soll eine adaptives Gitter umgesetzt werden.

Eine solche Implementierung kann wie folgt erreicht werden:

1. Literaturrecherche

2. Die Umsetzung des adaptiven Mesh

3. Simulation von zwei Benchmark-Fällen (mit Adaptivem Mesh und ohne)

4. Vergleich der beiden Fälle und  Dokumentation

Voraussetzungen: Student-In der Informatik, Werkstoffwissenschaft, Physik, Maschinenbau |gute Kenntnisse in C++ Programmierung.

Kontakt: Dr. Francisco Garcia-Moreno, EM-IAM-office@helmholtz-berlin.de [15]