Forschungsprojekte

Forschungsprojekte

Mitgliedschaft in Forschungsverbünden

Seit 2011

DFG Sonderforschungsbereich 926 Bauteiloberflächen (2. Förderperiode)

Seit 2008

TU KL Forschungszentrum Optik und Materialwissenschaften

Seit 2008

TU KL Forschungsschwerpunkt Advanced Materials Engineering

Laufende Forschungsprojekte

DFG SFB 926 - 3
Bauteiloberflächen: Morphologie auf der Mikroskala

Erzeugung und Charakterisierung von mikroskaligen Oberflächenstrukturen in verschleißbehafteten Systemen

1.07.2019 - 30.06.2023

Kooperationspartner: TU Kaiserslautern (FB Physik, FB Maschinenbau u. Verfahrenstechnik)

Ziele:

  • Steuerung der Reibung makroskopischer Körper sowie prädiktive Beeinflussung der Reibung zwischen realen Bauteiloberflächen
  • Erprobung von Modellasperiten als Hilfsmittel zur Erforschung der Reibungs- und Verschleißprozesse, die in Mikrokontakten während der Einlaufphase tribologischer Systeme ablaufen

Einfluss von Transfer- und Transformationsprozessen auf die Gebrauchsdauer von feststoffgeschmierten Wälzlagern

1.07.2019 - 31.12.2021

Kooperationspartner: TU Kaiserslautern
Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik

Ziele:

  • Entwicklung und Evaluierung eines Gebrauchsdauermodells für ein Tribosystem mit Feststoffschmierung durch experimentelle Erfassung der Stoffschlüsse zwischen Donator-, Transfer- und Akzeptorbauteil
  • Durch Messung von Massenbelegungen und Schichtdicken, sowie den zugehörigen Massendichten mittels Oberflächenanalytik, werden die notwendigen Informationen über die zugehörigen Teilchenflüsse abgeleitet

DFG-Schwerpunkt-Projekt SPP 2074 (II)

Mechanismenbasierte Aufklärung des Transfers kunststoffgebundener fluidfreier Schmierstoffsysteme im Schmierstoffkörper-Grundkörper-Kontakt und dessen Einfluss auf die tribologischen Eigenschaften im hochbelasteten Grundkörper-Gegenkörper-Kontakt

1.10.2018 - 30.09.2021

Kooperationspartner: TU Kaiserslautern
(Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe, Prof. A. Schlarb)

Ziele:

  • Charakterisierung der Tribofilmbildung in Festschmierstoff/Metall-Kontakt
  • Aufklärung der Mechanismen zur Triboschichtbildung und Validierung der in Modellprüfung erzielten Kenntnisse durch Bauteilprüfungen
  • Vergleich der Bereitstellungs- und Transferprozesse der Tribofilme in unterschiedlichen Tribosystemen

Ausgewählte Publikationen:

  • S. Kamerling, S. Emrich, L. Y. Lin, M. Kopnarski and A. K. Schlarb: Mechanism-based understanding of the transfer of plastic-bonded fluid-free lubricant systems in the lubricant body-to-body contact and its influence on the tribological properties in highly loaded body-to-body contacts; Vortrag auf der 60. Tribologie Fachtagung (GfT), 09/2019, Göttingen

DFG-Schwerpunkt-Projekt SPP 2074 (I)

Fluidfreie Schmierung von Schneckengetrieben auf Basis von PTFE

1.10.2018 - 30.09.2021

Kooperationspartner:
TU Kaiserslautern, Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik
(Prof. Dr.-Ing. B. Sauer),
IPF Dresden (Dr. M. Gedan-Smolka)

Ziele:

  • Optimierung des Haftungsmechanismus des PTFE-Festschmierstoffes an Metalloberflächen
  • Verständnis zum Schichtaufbau bzw. zum Triboschichtverschleiß
  • Grundlage für die Anwendung von PTFE als Schmierstoff bei Schneckengetrieben erarbeiten
  • Methodik zur Analyse und Bewertung von Tribofilmen

Ausgewählte Publikationen:

  • L. Simo Kamga, T. D. Nguyen, S. Emrich, M. Gedan-Smolka, M. Kopnarski, B. Sauer: Investigations into the build-up of PTFE Transfer Film; Vortrag auf der 60. Tribologie Fachtagung (GfT), 09/2019, Göttingen

Tribologische Eignung und Verträglichkeit von unterschiedlichen Kombinationen von Konservierungsmitteln mit Betriebsölen

1.02.2018 - 30.04.2020

Kooperationspartner: Uni Magdeburg (Prof. Dr.-Ing. Bartels),
Uni Hannover (Prof. Dr.-Ing. Poll)

Ziele:

  • Einfluss verschiedener Schmierstoff (SST)/Konservierungsmittel (KM)-Additiv-Kombinationen auf die Ermüdungslebensdauer von Wälzlagern
  • Identifizieren und Beschreiben der auftretenden Schädigungsmechanismen
  • Empfehlen einer evaluierten Prüfmethodik zur:
    • Untersuchung der Eignung von SST/KM-Additiv-Kombinationen auf die Ermüdungslebensdauer
    • Identifizieren der Wechselwirkungen und chemischer Reaktionen der Additive untereinander und mit dem Wälzlagerwerkstoff im Prüföl und auf den tribologisch beanspruchten Oberflächen

Entwicklung eines neuartigen Plasma-Verfahrens zur Herstellung von metallischen Einkristallen mit ultra-reinen Oberflächen

1.01.2018 - 31.12.2019

Ziele:

  • Generierung von Know-How zur Reinigung von Einkristallen mittels Plasma-Sputtering
  • Experimentelle Entwicklung, Test und Validierung einer optimierten Prozessführung zur Herstellung metallischer Einkristalle mit ultrareinen Oberflächen
  • Messung und Charakterisierung der Qualität von Einkristall-Oberflächen, die mit Plasma-Sputtering gereinigt wurden

DFG SFB 926 - 2
Bauteiloberflächen: Morphologie auf der Mikroskala

Erzeugung und Charakterisierung von mikroskaligen Oberflächenstrukturen in verschleißbehafteten Systemen

1.07.2015 - 30.06.2019

Kooperationspartner: TU Kaiserslautern (FB Physik, FB Maschinenbau u. Verfahrenstechnik)

Ziele:

  • Konditionierung von Bauteiloberflächen durch gezielte Mikrostrukturierung zur nachhaltigen Verbesserung des tribologischen Verhaltens (SDMA‘s = Smart Designed Model Asperit‘s )
  • Herstellung von Prototypen durch sputtergestützte Verfahren, mechanische Mikrofräs- und Mikropoliertechniken (TP B01) und additive Verfahren “Dreidimensionale Laserlithographie“ (TP B11N), Partikelstrukturierung (TP B12N)

Ausgewählte Publikationen:

  • I.A. Alhafez, A. Brodyanski, M. Kopnarski, H. M. Urbassek: Influence of tip geometry on nanoscratching
    Trib. Let. 65:26 (2017); DOI: 10.1007/s11249-016-0804-6
  • S. Becker, R. Merz, H. Hasse, M. Kopnarski: Solvent cleaning and wettability of technical steel and titanium sur-faces: Adsorption Sci. & Tech. 34 (2016) 261-274; DOI: 10.1177/0263617416645110
  • M. Bohley, I.G. Reichenbach, S. Kieren-Ehses, L. Heberger, P.A. Arrabiyeh, R. Merz, L. Böhme, J. Hering, B. Kirsch, M. Kopnarski, E. Kerscher, G. von Freymann, J.C. Aurich: Coating of Ultra-Small Micro End Mills: Analysis of Performance and Suitability of Eight Different Hard-Coatings, J. Manuf. Mater. Process. 2018, 2, 22; DOI: 10.3390/jmmp2020022.
  • Y. Gao, A. Brodyanski, M. Kopnarski, H. M. Urbassek: Nanoscratching of iron: A molecular dynamics study of the influence of surface orientation and scratching direction, Comp. Mat. Sci. 103 (2015) 77-89; DOI: 10.1016/j.commatsci.2015.03.011
  • K. Huttenlochner, C. Müller-Renno, C. Ziegler, R. Merz, B. Merz, M. Kopnarski, J. Chodorski, C. Schlegel, R. Ul-ber: Removing biofilms from stainless steel without changing surface properties relevant for bacterial attachment, Biointer-phases 12 (2017) 02C404; DOI: 10.1116/1.4982196
  • W. Kulisch, A. Voss, D. Merker, J.P. Reithmaier, R. Merz, M. Kopnarski, C. Popov: Plasma surface fluorination of ultrananocrystalline diamond films, Surf. & Coat. Tech. 302 (2016) 448-453; DOI: 10.1016/j.surfcoat.2016.06.029
  • T. Lohner, R. Merz, J. Mayer, K. Michaelis, M. Kopnarski, K. Stahl: On the effect of plastic deformation (PD) addi-tives in lubricants: Tribol.u.Schmier.-Tech., 62. Jahrgang 2/2015, S. 13-24. www.expertverlag.de
  • K. Schmidt, S. Buhl, N. Davoudi, C. Godard, R. Merz, I. Raid, E. Kerscher, M. Kopnarski, C. Müller-Renno, S. Ripperger, J. Seewig, C. Ziegler, S. Antonyuk: Ti surface modification by cold spraying with TiO2 microparticles, Surface & Coatings Technology 309 (2017) 749-758; DOI: 10.1016/j.surfcoat.2016.10.091.
  • C. Schäfer, L. Reinert, T. MacLicas, P. Grützmacher, R. Merz, F. Mücklich, S. Suarez: Influence of surface design on the solid lubricity of carbon nanotubes-coated steel surfaces, Trib. Lett (2018) 66:89, DOI: 10.1007/s11249-018-1044 8
  • R. Merz, A. Brodyanski, M. Kopnarski: On the role of oxidation in tribological contacts under environmental conditions
    Conference Papers in Science, Hindawi Publishing Corporation, London, Volume 2015, Article ID 515498, 11 pages (2015); DOI: 10.1155/2015/515498
  • D. Sappok, R. Merz, B. Sauer, M. Kopnarski: Surface analysis of chain joint components after tribological load and usage of anti-wear additives; Conference Papers in Science, Hindawi Publishing Corporation, London, Volume 2015, Article ID 407048, 12 pages (2015); DOI: 10.1155/2015/407048
  • S. Buhl, K. Schmidt, D. Sappok, R. Merz, C. Godard, E. Kerscher, M. Kopnarski, B. Sauer, S. Antonyuk, S. Ripperger:
    Surface structuring of case hardened chain pins by cold-sprayed microparticles to modify friction and wear properties
    Particuology 21 (2015) 32-40
  • M. Bohley, R. Merz, C. Müller-Renno, I.G. Reichenbach, N. Davoudi, C. Ziegler, M. Kopnarski, J.C. Aurich: Charakterisierung des Wirkpaarverhaltens anhand von Spanbildungs- und Oberflächenuntersuchungen; wt Werkstattstechnik online, Heft 9 (2014) 586-591

Ausgewählte Konferenzbeiträge:

  • M. Heier, R. Merz, S. Becker, H. Hasse, M. Kopnarski: Reinigung und Benetzung von Bauteiloberflächen
    20. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik (AOFA 20), 03.-05.09.2018, Kaiserslautern
  • R. Merz, A. Brodyanski, A. Girod, S. Emrich, M. Kopnarski: Steuerung von Reibung und Verschleiß durch Einstellung einer günstigen mikroskaligen Oberflächenmorphologie; 20. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik (AOFA 20), 03.-05.09.2018, Kaiserslautern
  • R. Merz, A. Brodyanski, M. Kopnarski: Oberflächenanalytische Charakterisierung von Verschleißspuren nach linear oszillierender Belastung ölfreier Eisenproben im Stift-Scheibe-Tribometer bei unterschiedlicher Luftfeuchte; 19. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik (AOFA 19), 05.-07.09.2016, Soest
  • R. Merz, S. Becker. H. Hasse, M. Kopnarski: Einfluss von Adsorbatfilmen auf das Benetzungsverhalten nach Reinigung von Stahl- und Titanoberflächen; 18. Tagung Festkörperanalytik (FKA 18), 06.07.-08.07.2015, Wien
  • A. Brodyanski, M. Kopnarski: Untersuchung von elementaren Reibkontakten mittels Nano-Ritztest; 18. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik (AOFA 18), 29.09.-01.10.2014, Kaiserslautern
  • R. Merz, A. Brodyanski, M. Kopnarski: Charakterisierung von tribologisch beanspruchten Oberflächen mit oberflächenanalytischen Methoden; 18. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik (AOFA 18), 29.09.-01.10.2014, Kaiserslautern
  • R. Merz, M. Kopnarski: The role of oxidation in tribological contacts under environmental conditions; Fachvortrag auf der EURO Friction, Wear and Wear Protection, 06.-08.05.2014, Karlsruhe
  • D. Sappok, R. Merz, B. Sauer, M. Kopnarski: Surface analysis of chain joint components after tribological load and usage of anti-wear additives; EURO Friction, Wear and Wear Protection, 06.-08.05.2014, Karlsruhe
  • C. Müller-Renno, N. Davoudi, C. Sion, N. Charif, R. Merz, N. de Isla, I. Chevalot, E. Olmos, M. Kopnarski, C. Ziegler: Charakterisierung der Wechselwirkung zwischen mesenchymalen Stammzellen und Microcarriern; 20. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik AOFA20, 03.-05.09.2018, Kaiserslautern 2016
  • R. Merz, A. Brodyanski, S. Emrich, M. Kopnarski: Generation and characterization of microscopic surface structures in wearing systems; Poster auf der International Conference on Microscale Morphology of Component Surfaces (MICOS), 20.-21.10.2016, Kaiserslautern
  • R. Merz, A. Brodyanski, S. Emrich, M. Kopnarski: Generation and characterization of microscopic surface structures in wearing systems; Poster auf der International Conference on Microscale Morphology of Component Surfaces (MICOS), 13.-14.02.2014, Kaiserslautern
  • R. Merz, S. Emrich, M. Kopnarski: Evaluation von Reinigungsprozeduren für mikrostrukturierte Probenoberflächen mittels Oberflächenanalytik; Poster auf der 17. Tagung Festkörperanalytik, 01.-03.07.2013, Chemnitz
  • R. Merz, S. Emrich, S. Becker, H. Hasse, M. Kopnarski: Evaluation von Reinigungsprozeduren für tribologisch beanspruchte Probenoberflächen mittels Oberflächenanalytik; Poster auf der 17. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik (AOFA 17), 24.-26.09.2012, Soest
  • R. Merz, P. Stoyanov, S. Emrich, M. Moseler, M. Kopnarski: Third-body formation and behaviour during sliding of pure metals: Experiments and simulations; Poster auf der 17. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik (AOFA 17), 24.-26.09.2012, Soest

Beendete Forschungsprojekte

Modelluntersuchung zum Verschleißverhalten von Stoffpaarungen im Dichtkontakt

1.01.2017 - 31.12.2018

Kooperationspartner: TU Kaiserslautern, Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik

Ziele:

  • Identifikation von Schadensmechanismen bei Wellen- und Dichtringverschleiß
  • Messung quantifizierter Eingangsgrößen zur simulativen Bestimmung der tribologischen Beanspruchung
  • Ableitung technologischer Gegenmaßnahmen zur Verschleißreduzierung

Ausgewählte Publikationen:

  • C. Burkhart, B. Magyar, S. Emrich, M. Kopnarski, B. Sauer: Nachbildung und Analyse von Schadensmechanismen bei Dichtringen im tribologischen Ersatzsystem. Tribologie und Schmierungstechnik, 66. Jahrgang, 4/5/2019, DOI 10.30419/TuS-2019-0019
  • C. Burkhart, S. Emrich, B. Magyar, M. Kopnarski, B. Sauer: Nachbildung und Analyse von Schadensmechanismen bei Dichtringen im tribologischen Ersatzsystem; Tribologie und Schmierungstechnik, 66. Jahrgang, Heft 4-5 / 2019, S. 9-18

Ausgewählte Konferenzbeiträge:

  • S. Emrich, Repräsentative und quantitative Oberflächenanalytik für die Tribologie; 20. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik (AOFA 20), 03.-05.09.2018, Kaiserslautern
  • C. Burkhart, S. Emrich, B. Magyar, M. Kopnarski, B. Sauer: Tribologische und oberflächenanalytische Untersuchungen zum Welleneinlauf im Dichtkontakt bei Radialwellendichtringen; Reibung, Schmierung und Verschleiß - Forschung und praktische Anwendung, Band 2 (55/1-11), 59. Tribologie Fachtagung (GFT), 09/2018, Göttingen
  • C. Burkhart, S. Emrich, B. Magyar, M. Kopnarski, B. Sauer: Shaft- and seal wear in a radial-shaft-seal like tribological system;
    118th Nordic Symposium on Tribology - NORDTRIB, 18.-21.06.2018, Uppsala (Sweden)
  • S. Emrich, C. Burkhart, B. Magyar, M. Kopnarski, B. Sauer: Oberflächenanalyse der Tribokontakte von Radialwellendichtsystemen; VDI-Wissensforum, Dichtungstechnik 2017, Dynamische Dichtsysteme, 06/2017, Schweinfurt

Grundlagenanalyse zur Transferschmierung in trockengeschmierten Wälzlagern

1.10.2016 - 31.08.2018

Kooperationspartner: TU Kaiserslautern, Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik

Ziele:

  • Tiefergehendes Verständnis über den „Schmierstofftransfer“ im Gesamtsystem Wälzlager (Käfig, Wälzkörper und Laufflächen) anhand experimenteller Untersuchungen
  • Informationsgewinn über dominierende Reibungs- und Verschleißmechanismen (Verschleißrate am Käfig) und Ermittlung von Raten zum Triboschichtauf- und -abbau
  • Modellbildung für den Transfer des Schmierstoffs im Wälzlager

Ausgewählte Publikationen:

  • M. Marquart, M. Wahl, S. Emrich, G. Zhang, B. Sauer, M. Kopnarski, B. Wetzel: Enhancing the lifetime of MoS2-lubricated ball bearings; Wear 303 (2013) 169–177

Ausgewählte Konferenzbeiträge:

  • S. Pörsch, S. Emrich, J. Bai Cheng, B. Sauer, B. Wetzel, M. Kopnarski: Analysis of transfer mechanisms of solid-lubricated rolling bearings; 73rd STLE Annual Meeting & Exhibition, Minneapolis, Minnesota (USA), May 20-24, 2018
  • S. Pörsch, S. Emrich, J. Bai Cheng, B. Sauer, B. Wetzel, M. Kopnarski: Friction and wear mechanism of materials for solid lubricated rolling bearings; TAE 21st International Colloquium Tribology 2018, 09.-11.01.2018, Esslingen
  • S. Emrich, M. Marquart, M. Wahl, R. Merz, B. Reuscher, T. Burkhart, B. Sauer, M. Kopnarski: Beitrag der Oberflächenanalytik zur Optimierung trockengeschmierter Wälzlager; Poster auf der 17. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik (AOFA 17), 24.-26.09.2012, Soest

DFG SPP 1551 - 2
„Ressourceneffiziente Konstruktionselemente"

Einfluss triboinduzierter Schichten auf Schäden und Reibungsverhalten von Zahnrädern unter besonderer Berücksichtigung des Einlaufvorgangs – experimentelle und analytische Untersuchungen

1.01.2015 - 31.12.2017

Kooperationspartner: TU München (Prof. K. Stahl), Uni Magdeburg (Prof. D. Bartel)

Ziele:

  • Identifikation der Zusammenhänge und Wirkmechanismen von Triboschichtbildung sowie der Beanspruchung und Beanspruchbarkeit im Kontext mit Flankentragfähigkeit und Reibungsverhalten von Zahnrädern
  • Entwicklung von Modellvorstellungen zum Zusammenhang zwischen Triboschichten und:
    • Hoher / niedriger Flankentragfähigkeit
    • Hoher / niedriger Reibung

Ausgewählte Publikationen:

  • A. Ziegltrum, S. Emrich, T. Lohner, K. Michaelis, A. Brodyanski, R. Merz, M. Kopnarski, B.-R. Höhn, K. Stahl: Influence of tribofilms on failures and friction of gears with particular focus on running-in, Industrial Lubrication and Technology (2019), Emerald Publishing Ltd. ISSN: 0036-8792
  • A. Ziegltrum, S. Emrich, T. Lohner, K. Michaelis, A. Brodyanski, R. Merz, M. Kopnarski, B.-R. Höhn, K. Stahl: Einfluss triboinduzierter Schichten auf Schäden und Reibungsverhalten von Zahnrädern unter besonderer Berücksichtigung des Einlaufvorgangs – experimentelle und analytische Untersuchungen; Tribologie + Schmierungstechnik, 65. Jahrgang (3/2018) 12-26
  • S. Emrich, T. Lohner, A. Ziegltrum, A. Brodyanski, R. Merz, K. Stahl, M. Kopnarski: Charakterisierung von triboinduzierten Schichten in Abhängigkeit des Schmierstoffs bei Verzahnungen; Tribologie + Schmierungstechnik, 64. Jahrgang (5/2017) 25-32
  • T. Lohner, R. Merz, J. Mayer, K. Michaelis, M. Kopnarski, K. Stahl: On the effect of plastic deformation (PD) additives in lubricants
    Tribologie + Schmierungstechnik, 62. Jahrgang 2/2015, S. 13-24

Ausgewählte Konferenzbeiträge:

  • S. Emrich: Repräsentative und quantitative Oberflächenanalytik für die Tribologie; 20. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik (AOFA 20), 03.-05.09.2018, Kaiserslautern
  • S. Emrich, T. Lohner, A. Ziegltrum, A. Brodyanski, R. Merz, K. Stahl, M. Kopnarski: Charakterisierung von triboinduzierten Schichten in Abhängigkeit des Schmierstoffs bei Verzahnungen; Reibung, Schmierung und Verschleiß - Forschung und praktische Anwendung, Band 1 (19/1-19/10); 57. Tribologie Fachtagung (GFT), 26.-28.09.2016, Göttingen

Phosphor und Bor in nanoskaligem Silicium - Erforschung von Dotierungs- und Defektmechanismen

1.01.2015 - 30.06.2017

Kooperationspartner: Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK)

 

Ziele:

  • Experimentelle und theoretische Erforschung der Phosphor- und Bor-Dotierung von Silicium Quantenpunkten (< 5nm).
  • Verständnisgewinn zur Ursache der beobachteten veränderten optischen und elektrischen Eigenschaften in dotierten nanoskaligen Bereichen.

Ausgewählte Publikationen:

  • Boron-incorporating silicon nanocrystals embedded in Si02. Absence of free carriers vs. B-induced defects
    D. Hiller, J. López-Vidrier, S. Gutsch, M. Zacharias, M. Wahl, W. Bock, A. Brodyanski, M. Kopnarski, K. Nomoto, J. Valenta, D. König
    Scientific Reports 7:8337 (2017) 1-11; DOI: 10.1038/s41598-017-08814-0
  • Location and electronic nature of phosphorus in the Si nanocrystal-SiO2 system
    D. König, S. Gutsch, H. Gnaser, M. Wahl, M. Kopnarski, J. Göttlicher, R. Steininger, M. Zacharias, D. Hiller
    Scientific Reports 5 (2015) Article No. 9702; DOI: 10.1038/srep09702
  • Electronic properties of phosphorus doped silicon nanocrystals embedded in SiO2
    S. Gutsch, J. Laube, D. Hiller, W. Bock, M. Wahl, M. Kopnarski, H. Gnaser, B. Puthen-Veettil, M. Zacharias
    Applied Physics Letters 106 (2015) 113103; doi.org/10.1063/1.4915307

Ausgewählte Konferenzbeiträge:

  • M. Wahl, W. Bock, D. Hiller, S. Gutsch, M. Zacharias, M. Kopnarski: Investigation of the absolute concentrations of boron (B) in Si/SiOx materials by SIMS and 3D atom probe tomography; Poster auf der SIMS Europe, 19.-21.09.2016, Münster

OptiKa: Entwicklung eines optimierten Katalysesystems zur Reinigung von Kontaktlinsen auf Basis von in einem PVD-Prozess als Schüttgut beschichteten ABS-Sternen

1.07.2015 - 30.06.2017

Kooperationspartner: robeko – Rolf Schäfer Beschichtungskomponenten

Ziele:

  • Substitution des Chromsäurebeizprozesses zur Vorbehandlung von Kunststoffteilen durch einen sowohl umweltfreundlicheren als auch kostengünstigeren Plasmabeizprozess
  • Verbesserung der Kontaktlinsenreinigung durch Optimierung der H2O2-Zerfallskinetik

Entwicklung einer UV- und Plasma-basierten Oberflächenvorbehandlung mit NIR-Spektroskopie zur Prozessüberwachung als Ersatz für die Halogenierung vor der Verklebung mit Dispersionsklebstoffen

1.07.2014 - 30.06.2016

Kooperationspartner: Prüf und Forschungsinstitut Pirmasens e.V. (PFI)

Ziele:

  • Entwicklung eines modular aufgebauten Demonstrators zur vollautomatischen, lösungsmittelfreien Oberflächenvorbehandlung durch Atmosphärendruckplasma und UV - Licht als Ersatz für die Halogenierung im Vorfeld einer Verklebung
  • Prozesssteuerung auf Grundlage einer spektroskopischen und berührungslosen Oberflächenüberwachung mittels Nahinfrarotspektroskopie

DFG SPP 1466 - 2
„Life ∞ – Unendliche Lebensdauer für zyklisch beanspruchte Hochleistungswerkstoffe“

Rissinitiierung bei VHCF: Aufklärung relevanter Schädigungsmechanismen an 100Cr6

1.05.2013 - 30.04.2016

Kooperationspartner: TU Kaiserslautern (Prof. E. Kerscher, AWP)

Ziele:

  • Umfassendes Verständnis des Schädigungsverhaltens im Bereich sehr hoher Lastspielzahlen (Very High Cycle Fatigue (VHCF) ) bei 100Cr6-Stählen im hochfesten Zustand
  • Aufklärung mikrostruktureller Vorgänge bei der Rissinitiierung in oder an feinkörnigen Zonen (Fine Granular Areas (FGA) )
  • Entwicklung metallurgischer, thermomechanischer oder thermischer Verfahren zur Schädigungsvermeidung  Steigerung der Wechselfestigkeit im VHCF-Bereich

Ausgewählte Publikationen:

  • D. Spriestersbach, A. Brodyanski, J. Lösch, M. Kopnarski, E. Kerscher: Very high cycle fatigue of high-strength steels: Crack initiation by FGA formation investigated at artificial defects; Procedia Structural Integrity 2 (2016) 1101-1108; DOI.org/10.1016/j.prostr.2016.06.141
  • D. Spriestersbach, A. Brodyanski, J. Lösch, M. Kopnarski, E. Kerscher: Very high cycle fatigue of bearing steels with artificial defects in vacuum; Materials Science and Technology 32(11) (2016) 1111-1118; DOI: 10.1080/02670836.2015.1119931

Ausgewählte Konferenzbeiträge:

  • J. Lösch, D. Spriestersbach, A. Brodyanski, E. Kerscher, M. Kopnarski: Charakterisierung der Rissinitiierung in 100Cr6-Stahl nach hohen Lastspielzahlen mittels TEM und APT; Vortrag auf der 19. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik (AOFA 19), 05.-07.09. 2016 (Soest)
  • J. Lösch, D. Spriestersbach, A. Brodyanski, E. Kerscher, M. Kopnarski: Artificial defects as model system for crack initiation in the VHCF regime of the high-strenght steel 100Cr6: APT- and TEM-analysis; Vortrag auf dem European Atom Probe Workshop 2016, 20.-23.09.2016 (Oxford, GB)
  • J. Lösch, D. Spriestersbach, A. Brodyanski, E. Kerscher, M. Kopnarski: Crack initiation and propagation in the very high cycle fatique regime of the high strength steel 100Cr6: Vacuum experiments as a simulation tool for VHCF failure; 9th Symposium on Vacuum based Science and Technology (SVST 9), 17.-19.11.2015, Koszalin-Kolobrzeg, Polen
  • J. Lösch, D. Spriestersbach, A. Brodyanski, E. Kerscher, M. Kopnarski: Crack initiation and propagation in the very high cycle fatique regime of the high-strength steel 100Cr6: APT- and TEM-analysis; European APT-Workshop, 06.10.-09.10.2015, Leoben, Österreich
  • J. Lösch, D. Spriestersbach, A. Brodyanski, E. Kerscher, M. Kopnarski: Rissinitiierung und Risswachstumsmechanismus bei sehr hohen Lastspielzahlen im hochfesten Stahl 100Cr6: APT- und TEM-Untersuchungen; 18. Tagung Festkörperanalytik (FKA 18), 06.07.-08.07.2015, Wien

Prozessführung, Morphologie und Eigenschaften beim Vibrationsschweißen von thermoplastbasierten Nanokompositen

1.09.2013 - 31.08.2016

Kooperationspartner: TU Kaiserslautern
(Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe, Prof. A. Schlarb)

Ziele:

  • Analyse der Vorzugsausrichtung nanoskaliger Füllstoffe (SiO2, TiO2) beim Vibrationsschweißen thermoplastbasierter Nanokomposite als Funktion der Prozessgeschichte und gegebenenfalls die gezielte Steuerung der Morphologie zur Optimierung der Verbindungseigenschaften
  • Rasterelektronenmikroskopische Charakterisierung des Kraft- / Verformungsverhaltens der Schweißnaht beim Mikrozugversuch

Nanometer-genaue Oberflächenkontrolle in der Tiefe beim trockenchemischen Ätzen von einkristallinen Halbleitern

1.04.2014 - 30.04.2015

Kooperationspartner: TU Kaiserslautern (FB Physik, Prof. H. Fouckhardt)

Ziele:

  • In-situ monitoring der Oberfläche durch Reflexionsanisotropie-Spektroskopie (RAS) beim Reaktivionenätzen von einkristallinen (III/V-) Halbleiterproben
  • Ex-situ Charakterisierung der Schichtzusammensetzung und Dotierung mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS)
  • A.-K. Kleinschmidt, L. Barzen, J. Strassner, C. Döring, H. Fouckhardt, W. Bock, M. Wahl, M. Kopnarski, Precise in situ etch depth control of multilayered III-V semiconductor samples with reflectance anisotropy spectroscopy (RAS) equipment, Journal of Nanotechnology 7 (2016) 1783-1793; DOI:10.3762/bjnano.7.171
  • L. Barzen, A.-K. Kleinschmidt, J. Strassner, C. Doering, H. Fouckhardt, W. Bock, M. Wahl, M. Kopnarski, Influence of plasma composition on reflectance anisotropy spectra for in situ III-V semiconductor dry-etch monitoring, Applied Surface Science 357 (2015) 530-538; doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.09.040
  • L. Barzen, J. Richter, H. Fouckhardt, M. Wahl, M. Kopnarski, Monitoring of (reactive) ion etching (RIE) with reflectance anisotropy spectroscopy (RAS) equipment, Applied Surface Science 328 (2015) 120-124

DFG SFB 926 - 1
Bauteiloberflächen: Morphologie auf der Mikroskala

Erzeugung und Charakterisierung von mikroskaligen Oberflächenstrukturen in verschleißbehafteten Systemen
Teilprojekt B08

1.07.2011 - 30.06.2015

Kooperationspartner: TU Kaiserslautern (FB Physik, FB Maschinenbau u. Verfahrenstechnik)

Ziele:

Erkenntnisgewinn zu folgenden Fragestellungen:

  • Welcher Zusammenhang besteht zwischen charakteristischen Oberflächeneigenschaften und dem Verschleiß bzw. der Lebensdauer von Bauteilen
  • Wie können verschleißbehaftete Bauteiloberflächen durch Maßnahmen der Fertigung und/oder geeigneter Einlaufbedingungen günstig beeinflusst werden

Ausgewählte Publikationen:

  • M. Bohley, R. Merz, C. Müller-Renno, I.G. Reichenbach, N. Davoudi, C. Ziegler, M. Kopnarski, J.C. Aurich Charakterisierung des Wirkpaarverhaltens anhand von Spanbildungs- und Oberflächenuntersuchungen wt-online 9 (2014) 586-591.
  • S. Buhl, K. Schmidt, D. Sappok, R. Merz, C. Godard, B. Sauer, E. Kerscher, M. Kopnarski, S. Antonyuk, S. Ripperger: Surface structuring of case hardened chain pins by cold-sprayed micro particles to modify friction and wear properties, Particuology (2014), accepted, DOI: 10.1016/j.partic.2014.10.001.
  • R. Merz, A. Brodyanski and M. Kopnarski: On the role of oxidation in tribological contacts under environmental conditions, Conference Papers in Science, Hindawi Publishing Corporation, London (2014), DOI: 10.1155/3030, accepted (dec. 2014), www.hindawi.com/journals/cpis/aip/515498/.
  • P. Stoyanov, P. A. Romero, R. Merz, M. Kopnarski, M. Stricker, P. Stemmer, M. Dienwiebel, M. Moseler: Na-noscale sliding friction phenomena at the interface of diamond-like carbon and tungsten, Acta Mater. 67 (2014) 395-408.
  • M. Marquart, M. Wahl, S. Emrich, G. Zhang, B. Sauer, M. Kopnarski, B. Wetzel: Enhancing the lifetime of MoS2-lubricated ball bearings, Wear 303 (2013) 169-177.
  • D. Sappok, R. M. Merz, B. Sauer, M. Kopnarski: Surface analysis of chain joint components after tribological load and usage of anti-wear additives, Conference Papers in Science, Hindawi Publishing Corporation, London (2014), DOI: 10.1155/3030; www.hindawi.com/journals/cpis/aip/407048/.
  • P. Stoyanov, R. Merz, P. Romero, F.C. Wählisch, O.T. Abad, R. Gralla, P. Stemmer, M. Kopnarski, M. Moseler, R. Bennewitz, M. Dienwiebel: Surface Softening in Metal - Ceramic Sliding Contacts: An Experimental and Numerical Investigation, ACS Nano, DOI: 10.1021/nn505968m, //pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn505968m

DFG Forschergruppe 524

Herstellung, Eigenschaftsanalyse und Simulation geschweißter Leichtbaustrukturen aus Metall/Faser-Kunststoff-Verbunden

Teilprojekt „Eigenschaftsanalyse geschweißter Al/CFK-Verbunde mit Verfahren der Oberflächen- und Schichtanalyse“

1.01.2007 - 30.04.2011

Kooperationspartner: TU Kaiserslautern (FB Maschinenbau u. Verfahrenstechnik)

Ziele:

  • Optimierung der Haftfestigkeit von Metall/Faser-Kunststoffverbunden durch geeignete Oberflächenvorbehandlungsverfahren
  • Identifikation der Adhäsionsmechanismen, die zur Ausbildung einer langzeitbeständigen Fügenahtfestigkeit der Metall/Faser-Kunststoffverbunde beitragen

Ausgewählte Publikationen:

  • F. Balle, S. Huxold, S. Emrich, G. Wagner, M. Kopnarski, D. Eifler: Influence of heat treatments on the mechanical properties of ultrasonic welded AA 2024/CF-PA66-joints; Advanced Engineering Materials 15 (2013) 837-845; DOI: 10.1002/adem.201200301
  • M. Didi, S. Emrich, P. Mitschang, M. Kopnarski: Characterization of long-term durability of induction welded aluminum/carbon fiber reinforced polymer-joints;Advanced Engineering Materials 15 (2013) 821–829; DOI: 10.1002/adem.201200288
  • L.E. Josch, V. Götz, C. Römer, N. Konchakova, S. Emrich, C. Wagner, R. Müller, M. Kopnarski, A.K. Schlarb: Influence of the shaping on tribological properties of PEEK-coated U-shaped metal-profiles; Advanced Engineering Materials 15 (2013) 830-836, DOI: 10.1002/adem.201200274
  • F. Balle, S. Emrich, G. Wagner, D. Eifler, A. Brodyanski, M. Kopnarski: Improvement of ultrasonically welded aluminum/carbon fiber reinforced polymer-joints by surface technology and high resolution analysis; Advanced Engineering Materials 15 (2013) 814-820; DOI: 10.1002/adem.201200282
  • S. Emrich, M. Kopnarski: Innovative Leichtbau-Fügetechnologien - Vakuum gestützte Analyseverfahren zur Aufklärung und Optimierung von Interface-Eigenschaften; Vakuum in Forschung und Praxis Vol. 25 Nr. 1 (2013) 27-33; DOI: 10.1002/vipr.201300510
  • P. Mitschang, R. Velthuis, S. Emrich, M. Kopnarski: Induction heated joining of aluminum and carbon fiber reinforced nylon 66;
    Journal of Thermoplastic Composite Materials 22 (2009) 767-801
  • F. Balle, S. Emrich, G. Wagner, D. Eifler: Fügen artfremder Werkstoffe – Ultraschallschweißen von Kohlenstofffasertextilien mit Metallen; MP Materials Testing 50, Heft 4 (2008) 184-189

Ausgewählte Konferenzbeiträge:

  • P. Mitschang, S. Emrich: Einfluss der Oberflächen auf geschweißte Metall/Faser-Kunststoff-Verbunde
    22. Leobener Kunststoff-Kolloquium „Oberflächen und Grenzflächen in der Polymertechnologie“, 14.-15.11.2013, Leoben (A)
  • L. Josch, V. Goetz, S. Emrich, C. Wagner, M. Kopnarski, A.K. Schlarb: Einfluss des Umformens auf das tribologische Verhalten von Halbschalen aus einem Metall-Kunststoffverbund mit verstärktem PEEK; 53. Tribologie-Fachtagung, 26.09.2012, Göttingen
  • A. Brodyanski, S. Emrich, M. Kopnarski, F. Balle, D. Eifler: Characterization of aluminum-polymer-joints by the analytical Transmission Electron Microscopy; Vortrag auf der JVC-14 / EVC-12 / AMDVG-11 / CroSloVM-19-Conference, 04.-08.06.2012, Dubrovnik (Kroatien)
  • S. Emrich, A. Brodyanski, G. Wagner, M. Kopnarski, D. Eifler: Oberflächenanalytische Charakterisierung der Metall/Polymer-Interphase bei geschweißten Aluminium/CFK (PA66)-Verbunden;16. Tagung Festkörperanalytik, 04.-06.07.2011, Wien
  • F. Balle, S. Emrich, A. Brodyanski, G. Wagner, M. Kopnarski, D. Eifler: Optimierung der Verbundeigenschaften ultraschallgeschweißter Aluminium/CFK-Verbunde durch Modifikation der Oberfläche und Nutzung hochauflösender Analytik
    16. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik (AOFA16), 26.-29.09.2010, Kaiserslautern
  • R. Velthuis, M. Bos, S. Emrich, S. Schmeer, U. Huber, M. Kopnarski, M. Maier, P. Mitschang, R. Renz: Diskontinuierliches Induktionsschweißen von Metall/Faser-Kunststoffverbunden; Vortrag auf IVW-Kolloquium 14.-15.11.2006
  • S. Emrich, F. Balle, A. Brodyanski, M. Kopnarski, D. Eifler: Oberflächen- und Schichtanalyse zur Charakterisierung ultraschallgeschweißter Leichtbaustrukturen aus Aluminium/C-Faser-Kunststoff-Verbunden; Poster auf der 16. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik (AOFA 16), 26.-29.09.2010, Kaiserslautern
  • S. Emrich, A. Brodyanski, R. Merz, B. Merz, C. Wagner, M. Kopnarski: Angewandte Elektronenmikroskopie zur Charakterisierung von Schadensmechanismen in Polymer-Metall-Verbunden; Poster auf der 15. Tagung Festkörperanalytik, 12.-16.07.2009, Chemnitz
  • S. Emrich, A. Brodyanski, B. Reuscher, F. Balle, R. Velthuis, M. Kopnarski: Oberflächen- und Schichtanalyse zur Charakterisierung geschweißter Leichtbaustrukturen aus Metall/Faser-Kunststoff-Verbunden; Poster auf der 14. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik (AOFA 14), 17.-20.09.2006, Kaiserslautern