How aerogel additives can significantly improve the casting process in foundry applications

Cavities in castings of metals and alloys are obtained by so-called cores, which are made of polymeric-bonded sands. Special additives are used to overcome negative effects that cause a lot of casting defects. Organic resorcinol-formaldehyde (RF) or inorganic carbon aerogel in granular form can replace conventional additives without any effort in the foundry process and offer a variety of advantages due to their nanostructure and composition. We established a synthesis of these aerogel additives for iron casting, transferring the production from laboratory to pilot plant scale, elevating the level of development with respect to foundry needs. Our approach yields about 15 kilogram of RF aerogel in one batch. Further processing includes coarse milling, screening and carbonization of the organic aerogel to amorphous, nanostructured, highly porous carbon with special features. Practical applicability of the additives has been tested and examined in a demanding case of iron casting. We were able to identify some very positive effects of the aerogel additive to the casting process compared to the regular used additive: higher core strength, delayed evolution of gas due to decomposition of the binder, significant reduction of gas emissions (BTXE, phenol, formaldehyde), smooth surface. Additionally, the results show, that a considerable improvement of energy efficiency at different stages of the foundry process can be achieved by the application of aerogel additives

Das alternative metallographische Ätzen von Titanlegierungen ohne Flusssäure

Das Ätzen dient im Bereich der Metallographie der Erzeugung von Kontrasten bei der lichtmikro-skopischen und rasterelektronenmikroskopischen SE-Abbildung von präparierten Oberflächen. Da-bei werden im Schliff eines Werkstoffs unterschiedliche Phasen sichtbar. In einem fundamental chemischen Sinne sind hierbei Korngrenzen-, Kornflächen- und Farbätzungen zu unterscheiden. Titanlegierungen werden heute in der Regel mit Formulierungen auf der Basis von Flusssäure (HF) geätzt. Flusssäure, als arbeitsschutztechnisch aufwendiger Gefahrstoff, sollte möglichst durch weni-ger gefährliche Reagenzien ersetzt werden. Gerade in Laboratorien mit vielen Nutzern unterschied-licher Bildungs- und Ausbildungsstände zum Themenfeld „Gefahrstoffe“ sind Zubereitungen auf der Basis von Flusssäure grundsätzlich als schlecht handhabbar anzusehen. Am Institut für Werk-stoff-Forschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt ist dies Motivation, alternative Ätzrezepte zu etablieren. Ein Ätzangriff auf Titanlegierungen wird bei einer Vielzahl von Zubereitungen auf der Basis von Oxalsäure, Salzsäure, Nitriersäure, Milchsäure, Schwefelsäure und Phosphorsäure, teilweise unter Zusatz von Wasserstoffperoxid (H2O2), beobachtet. Allerdings wurde bei entsprechenden Versu-chen das Gefüge im Vergleich zu HF-basierten Rezepturen nicht in angemessener Weise entwickelt. Basische Rezepturen auf Basis von Natron- oder Kalilauge unter Zusatz von Wasserstoffperoxid wurden systematisch variiert und an Ti-6Al-4V sowie an Reintitan (Grade 1) getestet. Dabei konnte bei passenden Konzentrationsverhältnissen zur klassischen Kroll-Ätzung vergleichbare und teilweise sogar überlegene Gefügeentwicklungen für die licht- sowie für die rasterelektronenmikroskopische Untersuchung erzielt werden

Das metallographische Ätzen von Titanlegierungen mittels alkalischer Lösungen

Die gängigen metallographischen Ätzverfahren für Titanlegierungen basieren nahezu ausschließlich auf arbeitssicherheitstechnisch aufwändigen Chemikalien wie Flusssäure (HF). Es ist wünschenswert, diese Reagenzien wo möglich durch weniger gefährliche zu ersetzen. Im Institut für Werkstoff-Forschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt ist dies Motivation, arbeitssicherheitstechnisch einfachere, alternative Ätzrezepte zu entwickeln. Im Rahmen von vorhergehenden Arbeiten konnten wir, angelehnt an bekannte Rezepte[1] unter Verwendung von basischen Peroxidlösungen, bereits Reintitan und Ti- Legierungen erfolgreich metallographisch ätzen. Es wurden sowohl für KOH/H2O2 und NaOH/H2O2 optimale Rezepturen gefunden, welche eine zur Kroll-Ätzung vergleichbare und teilweise sogar überlegende Gefügeentwicklung ermöglichen [2]. Die inhärente leichte Zersetzung von Wasserstoffperoxid führt allerdings dazu, dass entsprechende Lösungen nur wenige Stunden verwendbar sind. Diese Problematik war Motivation weitere Rezepte zu finden, bei denen die Reagenzlösungen lagerfähig sind, d.h. die Ätzwirkung auch über längere Zeit nicht verloren geht. Hierbei konnten verschiedene Formulierungen gefunden werden, welche allesamt aus einem Komplexbildner in stark alkalischer Lösung beruhen. So liefern Lösungen von Fluoriden oder von EDTA in starken Alkalien (KOH, NaOH) metallographisch brauchbare Ergebnisse. Durch Vergleich der mit den verschiedenen Rezepten kontrastierten Proben sind wir in der Lage, Hypothesen zur Verallgemeinerung der ablaufenden chemischen Prozesse zu formulieren und diese durch detailliere Analyse zu erhärten. [1] Petzow G., Metallographisches Keramographisches Plastographisches Ätzen, Gebrüder Borntraeger Berlin Stuttgart, 6. Auflage, S.182, 1994. [2] Watermeyer, Ph., Probst, R., Kelm, K.; „Das alternative metallographische Ätzen von Titanlegierungen ohne Flusssäure.” Praktische Metallographie Sonderband 47 (2015) 147-152

Challenges in the Scaled-up Synthesis of Carbon Aerogel Granulate for Foundry Application

A lot of industrial partners are very interested in exploring new opportunities for the application of aerogel materials. Often tests on an industrial scale are hindered by the lack of large material quantities since scaled-up synthesis has been insufficiently studied so far. Our developments focus on the synthesis of carbon (C) aerogel granulate that is used as functional sand core additives for foundry industry to eliminate casting defects, decrease casting rejection and lower the emission of BTXE gases during casting. C aerogels can be prepared by pyrolysis of organic aerogels like e.g. resorcinol-formaldehyde (RF) aerogels in a furnace under inert gas at elevated temperatures. RF aerogel synthesis takes place in a three-step process consisting of sol-gel reaction, ageing of the gel and drying. In the drying step, the solvent is removed completely from the gel while maintaining the porous network structure. For the use as additives for foundry applications, aerogel granulate of defined grain size is required according to safety regulations and for better handling. Therefore, monolithic aerogels have to be ground and screened prior to application. We address the challenges of transferring the synthesis of C aerogel granulate from laboratory to pilot plant scale production. Our batch production yields about 15 kilogram of RF aerogel, considering the low density of 0.31 g/cm³ this equals 48 L. Further processing includes granulation and carbonization, elevating the level of development with respect to foundry needs. Product quality was determined by measuring density, surface area, particle size distribution and micro-structural appearance in SEM pictures. Practical applicability of the C aerogel granulate has been tested in a demanding case of iron casting

Übergeordnetes Regelungskonzept für PV-Heimspeichersysteme und deren Anforderungen an die Leistungselektronik

PV-Heimspeichersysteme ermöglichen den Eigenverbrauch einer Photovoltaikanlage zu erhöhen und können gleichzeitig bei geeigneter Betriebsweise die Stromnetze entlasten. Die Speichersysteme können an verschiedenen Stellen in das Hausnetz bzw. in eine Photovoltaikanlage eingebunden werden. So kann ein Anschluss direkt an das AC-Netz, auf der PV-Generator-Seite oder am Zwischenkreis eines Solar-Wechselrichters erfolgen. Im vorliegenden Fall werden für ein am Zwischenkreis gekoppeltes System übergeordnete Regelungskonzepte betrachtet und insbesondere auf deren Auswirkung auf die Anforderungen an die Leistungselektronik eingegangen