Das Hauptziel dieser Arbeit war die verfahrenstechnische, tribologische und konstruktive Optimierung einer Kompaktieranlage für Si-Pulver mit spezifischer Clusterstruktur und einer sehr geringen Schüttdichte von ca. 0,05 g/cm³. Die Steigerung der Kompaktatrohdichte auf >0,5 g/cm³ und die Erhöhung der Standzeit der keramischen Walzenbelegung unter Vermeidung des Fremdstoffeintrags in das Si-Pulver sind die wichtigsten Optimierungsziele. Eine Mehrfachverdichtung des Pulvers erweist sich als positiv für den Dichtewert. Die Beseitigung der Clusterstruktur durch Intensivmahlung sowie die Steigerung der Primärpartikelgröße des Pulvers führt ebenfalls zum Anstieg der Kompaktatrohdichte. Zum Verschleißschutz im Bereich der Stopfschnecke eignet sich eine DLC-Beschichtung (a-C:H:X) auf plasmanitriertem Stahl X5CrNi18-10. Herzbleche aus Zikonoxid und eine Walzenbelegung aus Siliziumnitrid sind beim Einsatz des Abrasivs Si-Pulver aus tribologischer Sicht am besten. Die Spannungsanalyse mittels FEM ist die Basis zur Ermittlung der optimalen Walzengeometrie und bestätigt das Siliziumnitrid als Walzenwerkstoff für den Verschleißschutz.

Šiame darbe atlikti biologinių tepamųjų medžiagų tribologinių savybių tyrimai bei aptariami gauti rezultatai. Tirtas grynas ir sekančiais priedais modifikuotas rapsų aliejus: stearino rūgštimi, oleino rūgštimi, monogliceridais, monodigliceridais bei jų kompozicijomis. Tyrimų rezultatai rodo, kad rapsų aliejus, modifikuotas įvardintomis medžiagomis bei jų mišiniais, efektyviau slopina dilimą, o trintį mažina efektyviau net už komercines biologines alyvas. Nnustatyta, kad rapsų aliejus modifikuotas oleino rūgštimi geriau slopina dilimą lyginant su grynu rapsų aliejumi. Rapsų aliejaus mišinys su 2% oleino rūgšties ir 0,5% monodigliceridų priedais ne tik užtikrina mažus trinties nuostolius tribosistemoje, bet šie nuostoliai viso standartinio keturių bandymo metu turi tendenciją mažėti. / At this work there are accomplished researches of biological properties of lubricating materials bio-tribological features and disputed obtained results. This work discusses bio-tribological properties of lubricating materials results. Tests were used rapeseed oil additives modified next: stearic acid, oleic acid, monoglycerides, monodiglycerides and their compositions. Investigation shows, that the modification of rapeseed oil substances and mixtures there of effectively inhibits wear and effectively reduces friction, even for commercial bio oil. The investigation revealed that the modified rapeseed oil oleic acid improves friction surfaces to wear protection. It was found that a mixture of rapeseed oil with 2% oleic acid and 0.5% monodiglycerides accessories not only ensure the minimum of friction losses in the moment, but these losses during the test have a tendency to decrease.

Das Hauptziel dieser Arbeit war die verfahrenstechnische, tribologische und konstruktive Optimierung einer Kompaktieranlage für Si-Pulver mit spezifischer Clusterstruktur und einer sehr geringen Schüttdichte von ca. 0,05 g/cm³. Die Steigerung der Kompaktatrohdichte auf >0,5 g/cm³ und die Erhöhung der Standzeit der keramischen Walzenbelegung unter Vermeidung des Fremdstoffeintrags in das Si-Pulver sind die wichtigsten Optimierungsziele. Eine Mehrfachverdichtung des Pulvers erweist sich als positiv für den Dichtewert. Die Beseitigung der Clusterstruktur durch Intensivmahlung sowie die Steigerung der Primärpartikelgröße des Pulvers führt ebenfalls zum Anstieg der Kompaktatrohdichte. Zum Verschleißschutz im Bereich der Stopfschnecke eignet sich eine DLC-Beschichtung (a-C:H:X) auf plasmanitriertem Stahl X5CrNi18-10. Herzbleche aus Zikonoxid und eine Walzenbelegung aus Siliziumnitrid sind beim Einsatz des Abrasivs Si-Pulver aus tribologischer Sicht am besten. Die Spannungsanalyse mittels FEM ist die Basis zur Ermittlung der optimalen Walzengeometrie und bestätigt das Siliziumnitrid als Walzenwerkstoff für den Verschleißschutz.

Das Ziel dieser Dissertation besteht darin, einen Beitrag zur technologischen, ökonomischen und ökologischen Weiterentwicklung der anodischen Verfahren zur Oberflächenkeramisierung von Aluminium zu leisten. Die Arbeit ist in zwei thematische Schwerpunkte untergliedert. Im ersten Teil wird für die Hartanodisation eine hinsichtlich eines geringeren Energieeinsatzes optimierte Elektrolytzusammensetzung identifiziert und mit einem optimierten galvanostatischen Pulsmuster simultan appliziert. Im Ergebnis kann die Gesamtleistungsaufnahme um ca. 6 % reduziert werden, ohne die mechanischen Eigenschaften der Oxidschichten zu mindern. Im zweiten Schwerpunkt werden das Lichtbogen- und das Flammspritzen mit der plasmaelektrolytischen anodischen Oxidation kombiniert, um verschleißbeständige Aluminiumoxidschichten auf Stahl-, Titan- und Magnesiumsubstraten zu applizieren. Neben einer umfangreichen Mikrostrukturanalyse (REM, EDX, XRD, EBSD) werden die mechanischen Eigenschaften der Schichten untersucht und mit atmosphärisch plasmagespritzten Al2O3-Schichten verglichen. Insbesondere Oxidschichten auf lichtbogengespritztem AlCu4Mg1 zeigen dabei eine hohe Härte sowie eine sehr gute Verschleißbeständigkeit. / The aim of the present work is to contribute to the technological, economic and ecological improvement of the anodic processes for the surface ceramization of aluminum. The work is subdivided into two thematic priorities. In the first part, for the hard anodizing process an optimized electrolyte composition for a lower energy input is identified and applied simultaneously with an optimized galvanostatic pulse regime. As a result, the total power consumption can be reduced by approximately 6% without reducing the mechanical properties of the oxide coatings. In the second focus, arc and flame spraying are combined with plasma electrolytic anodic oxidation to apply wear resistant aluminum oxide coatings on steel, titanium and magnesium substrates. In addition to a comprehensive microstructural analysis (SEM, EDX, XRD, EBSD), the mechanical properties of the layers are investigated and compared with atmospheric plasma sprayed Al2O3 coatings. In particular, oxide layers formed on arc sprayed AlCu4Mg1 coatings show a high hardness as well as very good wear resistance.

In der vorliegenden Habilitationsarbeit wurden technisch-konstruktive Lösungsansätze basierend auf einem entwickelten strömungs-thermomechanischen/magneto-hydro-dynamischen Simulationsmodell zur Entwicklung/Charakterisierung eines physikalischen Prozesswirkprinzips des betrachteten Mikro- und Hochleistungs- sowie Orbital-Plasma-Schweißprozesses und dessen physikalischer Effekte entwickelt. Dabei wurden die differenten Einflussgrößen beim Plasmaschweißprozess erfasst, analysiert und ihre Wirkung auf Schweißprozessverhalten und Brennerkonstruktion charakterisiert. Die damit gewonnenen Ergebnisse wurden zur werkstofflichen, technisch-konstruktiven Entwicklung der Brennerkopfmodelle hinsichtlich der Ausführungsgeometrien des Prozessgaszuführungs- und Brennerkühlsystems genutzt. Im Rahmen des erarbeiteten thermomechanischen Simulationsmodells wurden die beim Plasma-Auftragschweißen von Verbundbauteilen auftretenden Temperaturfelder, Verformungen und Eigenspannungen vorausbestimmt, untersucht und analysiert. Mittels des erarbeiteten Simulationsmodells wurden werkstoffliche, konstruktive und fertigungstechnische Maßnahmen zur Minimierung/Beeinflussung schweißbedingter Verformungen und Eigenspannungen simulativ untersucht und bewertet. / In this work, technical and constructive solutions were developed based on simulation models (process and structural) for fluid mechanical, thermomechanical and magneto-hydrodynamic effects. The simulation process included improving and characterising the physical operating principles for micro plasma welding, high performance plasma welding and orbital plasma welding. Also, the physical effects for the above plasma welding processes were studied and analysed. From these different physical properties of the parameters for the plasma welding processes, and their effects on plasma welding process behaviour and torch design were analysed and characterised. The results were used for the development and construction of plasma welding torch models, which included material selection and geometrical design such as, process gas supply design, torch cooling system design, and other related torch designs. By developing the thermomechanical simulation model, deformations and residual stresses that were generated by heating during the plasma welding process were investigated and analysed. The developed thermomechanical model included material, structural and welding specifications such as buffering and preheating. Simulations utilizing this model were used in order to reduce the residual stresses and deformations of the welded components.

In der vorliegenden Habilitationsarbeit wurden technisch-konstruktive Lösungsansätze basierend auf einem entwickelten strömungs-thermomechanischen/magneto-hydro-dynamischen Simulationsmodell zur Entwicklung/Charakterisierung eines physikalischen Prozesswirkprinzips des betrachteten Mikro- und Hochleistungs- sowie Orbital-Plasma-Schweißprozesses und dessen physikalischer Effekte entwickelt. Dabei wurden die differenten Einflussgrößen beim Plasmaschweißprozess erfasst, analysiert und ihre Wirkung auf Schweißprozessverhalten und Brennerkonstruktion charakterisiert. Die damit gewonnenen Ergebnisse wurden zur werkstofflichen, technisch-konstruktiven Entwicklung der Brennerkopfmodelle hinsichtlich der Ausführungsgeometrien des Prozessgaszuführungs- und Brennerkühlsystems genutzt. Im Rahmen des erarbeiteten thermomechanischen Simulationsmodells wurden die beim Plasma-Auftragschweißen von Verbundbauteilen auftretenden Temperaturfelder, Verformungen und Eigenspannungen vorausbestimmt, untersucht und analysiert. Mittels des erarbeiteten Simulationsmodells wurden werkstoffliche, konstruktive und fertigungstechnische Maßnahmen zur Minimierung/Beeinflussung schweißbedingter Verformungen und Eigenspannungen simulativ untersucht und bewertet. / In this work, technical and constructive solutions were developed based on simulation models (process and structural) for fluid mechanical, thermomechanical and magneto-hydrodynamic effects. The simulation process included improving and characterising the physical operating principles for micro plasma welding, high performance plasma welding and orbital plasma welding. Also, the physical effects for the above plasma welding processes were studied and analysed. From these different physical properties of the parameters for the plasma welding processes, and their effects on plasma welding process behaviour and torch design were analysed and characterised. The results were used for the development and construction of plasma welding torch models, which included material selection and geometrical design such as, process gas supply design, torch cooling system design, and other related torch designs. By developing the thermomechanical simulation model, deformations and residual stresses that were generated by heating during the plasma welding process were investigated and analysed. The developed thermomechanical model included material, structural and welding specifications such as buffering and preheating. Simulations utilizing this model were used in order to reduce the residual stresses and deformations of the welded components.

Das Ziel dieser Dissertation besteht darin, einen Beitrag zur technologischen, ökonomischen und ökologischen Weiterentwicklung der anodischen Verfahren zur Oberflächenkeramisierung von Aluminium zu leisten. Die Arbeit ist in zwei thematische Schwerpunkte untergliedert. Im ersten Teil wird für die Hartanodisation eine hinsichtlich eines geringeren Energieeinsatzes optimierte Elektrolytzusammensetzung identifiziert und mit einem optimierten galvanostatischen Pulsmuster simultan appliziert. Im Ergebnis kann die Gesamtleistungsaufnahme um ca. 6 % reduziert werden, ohne die mechanischen Eigenschaften der Oxidschichten zu mindern. Im zweiten Schwerpunkt werden das Lichtbogen- und das Flammspritzen mit der plasmaelektrolytischen anodischen Oxidation kombiniert, um verschleißbeständige Aluminiumoxidschichten auf Stahl-, Titan- und Magnesiumsubstraten zu applizieren. Neben einer umfangreichen Mikrostrukturanalyse (REM, EDX, XRD, EBSD) werden die mechanischen Eigenschaften der Schichten untersucht und mit atmosphärisch plasmagespritzten Al2O3-Schichten verglichen. Insbesondere Oxidschichten auf lichtbogengespritztem AlCu4Mg1 zeigen dabei eine hohe Härte sowie eine sehr gute Verschleißbeständigkeit. / The aim of the present work is to contribute to the technological, economic and ecological improvement of the anodic processes for the surface ceramization of aluminum. The work is subdivided into two thematic priorities. In the first part, for the hard anodizing process an optimized electrolyte composition for a lower energy input is identified and applied simultaneously with an optimized galvanostatic pulse regime. As a result, the total power consumption can be reduced by approximately 6% without reducing the mechanical properties of the oxide coatings. In the second focus, arc and flame spraying are combined with plasma electrolytic anodic oxidation to apply wear resistant aluminum oxide coatings on steel, titanium and magnesium substrates. In addition to a comprehensive microstructural analysis (SEM, EDX, XRD, EBSD), the mechanical properties of the layers are investigated and compared with atmospheric plasma sprayed Al2O3 coatings. In particular, oxide layers formed on arc sprayed AlCu4Mg1 coatings show a high hardness as well as very good wear resistance.