Die Abteilung Disperse Phasenumwandlungsprozesse ist eine aossizierte und rechtlich sowie organisatorisch der Universität Bremen zugehörige Forschungsgruppe.
Sie beschäftigt sich mit technischen Prozessen, in denen Tropfen und Partikel in ihren Aggregatzuständen wechseln. Beispiele dafür sind Zerstäbungsprozesse, bei denen Tropfen zu Partikeln erstarren oder additive Fertigung, bei der Partikel durch Hitze verschmelzen. Die Abteilung arbeitet für ein tieferes Verständnis über diese Umwandlungsprozesse mit isolierten Teilprozessen und Prozessmodellierung.
Forschungsschwerpunkte sind dabei:
- Generische Modellexperimente mit Einzeltropfen
- Ermittlung thermophysikalischer Stoffwerte
- Modellierung von Prozessen mit Phasenumwandlungsvorgängen
- Entwicklung von Nachhaltigkeitsstrategien
- Zerstäubungsprozesse für metallische Schmelzen
- Advanced Materials
Projekte der Abteilung Disperse Phasenumwandlungsprozesse
Entwicklung einer neuen Prozessroute zur additiven Herstellung hochstickstoffhaltiger, korrosionsbeständiger, martensitischer Stähle durch die Prozesskombination aus PBF-LB/M und HIP mit integrierter Schnellabschreckung
Im Jahr 2025 wurden numerische Analysen mit experimenteller Validierung des Stickstoffverhaltens beim Laserstrahlschmelzen (PBF-LB/M) von korrosionsbeständigen Stählen. Unser übergeordnetes Ziel bleibt es, das komplexe Desorptionsverhalten von übersättigtem Stickstoff tiefgreifend zu verstehen, um die Materialeigenschaften von N-legierten Stählen gezielt steuern zu können.
Durch die Kopplung der Diskrete-Elemente-Methode (DEM) mit der Finite-Volumen-Methode (FVM) in OpenFOAM konnten wir ein Modell entwickeln und validieren, das sowohl den diffusiven als auch den konvektiven Transport sowie die Desorption an der freien Oberfläche präzise abbildet. Besonders die Erkenntnisse zur Sherwood-Zahl als Schlüsselparameter für den Stoffübergang markieren einen bedeutenden Fortschritt.
Zukünftig versprechen diese Ergebnisse eine Steigerung der Bauteilqualität und Ressourceneffizienz in Branchen wie der Medizintechnik oder Luftfahrt. Mit dem Blick nach vorne steht nun die Validierung komplexer Mehrschicht-Simulationen am NHR im Fokus, um die Lücke zwischen Einzelspurstudien und industrieller Fertigung zu schließen.
Kooperation: Universität Bremen MVT / Ruhr Universität Bochum LWT
Förderung: DFG
Einzelspur mit Pulver X30Cr15N für P = 150 W, v = 900 mm/s und h = 70 μm in a) der Querschnittsansicht für den Stickstoffgehalt und b) dem lokalen Senkenterm für den Stickstoffverlust an der freien Oberfläche des Schmelzbades.
Laserauftragsschweißen zur additiven Herstellung hochfester niedriglegierter Stähle
Das Projekt befasst sich mit der additiven Fertigung hochfester niedriglegierter Stähle (HSLA) mittels Laserauftragsschweißen und hat zum Ziel, den Einfluss unterschiedlicher Pulverstrategien sowie prozess- und wärmebehandlungsbedingter Parameter auf die Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften dieser HSLA-Stähle zu analysieren.
Die Arbeiten umfassen die Prozessierung vorlegierter Pulver sowie von Mischungen aus binären Eisenbasislegierungen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wahl der Pulverstrategie einen wesentlichen Einfluss auf die Mikrostrukturevolution und Eigenschaftshomogenität hat. Während die untersuchten Pulvermischungen zu lokalen Inhomogenitäten führen können, ermöglichen vorlegierte Pulver eine feinere und gleichmäßige Mikrostruktur. Durch eine anschließende Wärmebehandlung lassen sich im kompletten Probenvolumen Härteverteilungen auf technisch relevantem Niveau erzielen.
Diese Ergebnisse unterstreichen das Potenzial des Laserauftragsschweißens für die flexible Herstellung leistungsfähiger HSLA-Komponenten. Aufbauend darauf eröffnen sich weitere Entwicklungsmöglichkeiten, insbesondere hinsichtlich der Skalierung des Prozesses und der gezielten Einstellung lokaler Eigenschaftsprofile für zukünftige industrielle Anwendungen.
Kooperation: Universität Bremen, Leibniz-IWT WT-WB, MAPEX
Förderung: DFG 434424600
Eisen-Dampf-Prozess zum Transport und zur Speicherung von Wasserstoff (Me2H2)
Dieses Projekt treibt die Entwicklung von hochleistungsfähigen metallischen Trägern für Energiespeicher- und Chemical-Looping-Anwendungen voran. Mithilfe eines einzigartigen Hochtemperatur-Drop-on-Demand-Tropfengenerators ist es uns gelungen, Metallkugeln aus reinem Fe und FeMn-Legierungen (3 %, 5 %, 10 % und 20 % Mn) herzustellen. Dieses Material hat es unseren Partnern an der Universität Duisburg-Essen und der TU Clausthal ermöglicht, zyklische Redox-Experimente über einen breiten Temperaturbereich durchzuführen.
Unsere jüngsten Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse darüber, wie die Integration von Mangan die Materialstabilität erhält und eine Degradation im Laufe der Zeit verhindert. Das Ziel ist es, einen Träger zu entwickeln, der auch bei niedrigeren Betriebstemperaturen seine maximale Effizienz beibehält und so den Energieverbrauch deutlich senkt.
In Zukunft werden wir weitere Legierungsverfeinerungen untersuchen, um die Anzahl der möglichen Zyklen zu maximieren
Kooperation: Universität Duisburg-Essen, Institut für Technologien der Metalle (ITM), Lehrstuhl für Metallurgie der Eisen- und Stahlerzeugung; Technische Universität Clausthal, Institut für Metallurgie (IMET), Metallurgische Prozesstechnik; Thyssenkrupp Steel Europe AG; SMS group GmbH; Leibniz-IWT VT / WT
Förderung: BMBF 03SF0658C (Me2H2)
