Doktorandin (m/w/d) Digitaler Zwilling für das ultraschallunterstützte Gießen von Mg-Nanokompositen

Die Abteilung Hybride Werkstoffe und Prozesse des Instituts für Material und Prozessdesign am Helmholtz-Zentrum Hereon sucht zum nächstmöglichen Zeitpunkt eine Doktorandin (m/w/d), befristet auf 3 Jahre. Chancengleichheit ist wichtiger Bestandteil unserer Personalpolitik. Wir möchten deshalb qualifizierte Frauen ausdrücklich dazu ermutigen, sich zu bewerben. Metall Matrix Nanokomposite (MMNCs) auf Basis von Magnesiumlegierungen weisen ein großes Potential an Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten als Werkstoffe im Leichtbau aber auch als funktionale Materialien auf. Dies verhilft zum verstärkten Einsatz von Magnesiumlegierungen in der Automobil- und Luftfahrtbranche, mit dem durch die Reduzierung des Fahrzeuggewichtes eine Absenkung des Kraftstoffverbrauches einhergeht. Am Institut für Material- und Prozessdesign werden diese Werkstoffe hergestellt, charakterisiert und optimiert. Die schmelzmetallurgische Herstellung dieser Komposite erfolgt mit hybriden Prozessen, bei denen zwei Energieformen gleichzeitig auf dieselbe Zone des Materials einwirken. Beim ultraschallunterstützten Gießen ist das die thermische Energie zum Aufschmelzen der Legierung und der Ultraschall zum Deagglomerieren der Nanopartikel in der Schmelze. Die durch den Einfluss des Ultraschalls ausgelöste Kavitation zerstört Partikelcluster und das „acoustic streaming“ verteilt die Partikel homogen in der Schmelze. Für diesen Prozess soll durch Parametervariation (Ultraschallintensität, Schmelztemperatur, Partikel und Legierungszusammensetzung, Sonotrodenmaterial etc.) und mit Hilfe eines aufzubauenden digitalen Zwillings das Verständnis für die resultierende Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehung im Gussgefüge geschaffen werden. Dazu sind experimentelle Studien der Herstellung der Nanokomposite ebenso durchzuführen, wie Computersimulationen mittels zu entwickelnder daten- als auch physikbasierter Modelle zur Beschreibung der Prozesse und ihrer Wechselwirkungen. Der digitale Zwilling ermöglicht dezidierte Parametervariation, welche die Mikrostruktur- und Eigenschaftscharakterisierung der Nanokomposite stützt und den Herstellungsprozess im Sinne des Forschungsvorhabens optimiert.

Ihre Aufgaben

• Sie nutzen am Hereon einen hybriden ultraschallunterstützten Gießprozess, um Magnesium-Nanokomposite herzustellen. Durch Variation der Prozessparameter werden unterschiedliche Chargen eines Materials hergestellt.
• Sie charakterisieren die Werkstoffchargen mittels mechanischer Prüfung, optischer und Elektronenmikroskopie sowie weiterer Verfahren. Sie vergleichen die Ergebnisse und setzen sie in Relation zu den Prozessparametern, die bei der Herstellung gewählt wurden.
• Sie erzeugen einen digitalen Zwilling des Prozesses mittels eines datengetriebenen Modells kombiniert mit multiphysikalischer Simulation.
• Sie variieren die Prozessparameter im Experiment (Herstellung) und im digitalen Zwilling, und stellen die optimale Verteilung der Nanopartikel hinsichtlich mechanischer Eigenschaften im erstarrten Gussgefüge ein.
• Sie publizieren Ihre wissenschaftlichen Ergebnisse in peer-reviewten Zeitschriften und auf internationalen Konferenzen.

Ihr Profil

• Sie haben ein Hochschulstudium (Diplom oder Master) in der Fachrichtung Materialwissenschaften, Ingenieurwissenschaften, Physik, Computational Mechanics oder einem vergleichbaren Studiengang erfolgreich abgeschlossen und verfügen über Kenntnisse im Bereich der Metallurgie bzw. der Multiphysik-Modellierung.
• Sie haben Interesse, Metalle zu charakterisieren, indem Sie optische und elektronenmikroskopische Untersuchungen durchführen und auch die mechanischen Eigenschaften dieser Werkstoffe ermitteln.
• Sie besitzen erste Erfahrung im Bereich Materialsimulationen und können digitalgestützte Analysen der Mikrostruktur und Eigenschaftsbeziehungen durchführen.
• Sie verfügen über ein hohes Maß an Teamfähigkeit und beherrschen die deutsche und englische Sprache sicher in Wort und Schrift.
• Sie arbeiten gerne in einem internationalen Team.
• Sie verfügen über eine zielorientierte, selbstständige, strukturierte und organisierte Arbeitsweise in Verbindung mit hoher Problemlösungskompetenz und haben ein hohes Maß an Einsatzbereitschaft, Eigeninitiative, Kreativität und Engagement.

Wir bieten Ihnen

• eine spannende und abwechslungsreiche Aufgabe in einem Forschungszentrum mit mehr als 1.100 Beschäftigten aus rund 50 Nationen
• einen gut angebundenen Forschungscampus und beste Möglichkeiten zur Vernetzung
• individuelle Möglichkeiten zur Weiterbildung
• Sozialleistungen nach dem Tarifvertrag des öffentlichen Dienstes und Vergütung
• eine hervorragende technische Infrastruktur und eine moderne Arbeitsplatzausstattung
• 6 Wochen Urlaub im Jahr sowie Betriebsferien zwischen Weihnachten und Neujahr
• sehr gute Vereinbarkeit von Privat- und Berufsleben durch Angebote von mobiler und flexibler Arbeit
• PhD Buddy Program
• familienfreundliche Unternehmenspolitik mit Kinderbetreuungsangeboten, z. B. betriebsnahe Kindertagesstätte
• kostenloses Employee Assistance Program (EAP)
• Corporate Benefits
• ein abwechslungsreiches Kantinenangebot auf dem Campus

Schwerbehinderte und diesen gleichgestellte behinderte Menschen werden bei gleicher Eignung im Rahmen der gesetzlichen Bestimmungen bevorzugt berücksichtigt.