M.Sc. Karsten Harnisch

Wiss. Mitarbeiter/-in

M.Sc. Karsten Harnisch

Institut für Werkstoff- und Fügetechnik (IWF)
Universitätsplatz 2, 39106 Magdeburg, G50-213
Expertenprofil
  • Werkstoffuntersuchungen (Gefüge und chemische Analyse)
  • Lichtmikroskopie
  • Rasterelektronenmikroskopie (EDX, EBSD)
  • Mikrostruktur-und Schadensanalyse
  • Werkstoffe der Medizintechnik
Projekte

Abgeschlossene Projekte

HardKarbid: Entwicklung einer hartphasenverstärkten Eisen-Basis-Legierung (1300HV30) mit Hartphasenanteil von über 50 % und martensitischer Matrix und Entwicklung der Herstellungsverfahren für ein agrartechnologisches Werkzeug
Laufzeit: 01.12.2021 bis 30.11.2023

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines alternativen hartphasenverstärkten, pulvermetallurgisch hergestellten Werkzeugs durch die Entwicklung einer Eisen-Basis-Legierung mit Hartphasenanteil von über 50%, welcher sich aus einer schmelzflüssigen Phase bildet und in ein martensitisches Gefüge eingebettet ist. Dies wird realisiert durch die Entwicklung von mindestens drei Legierungstypen und durch thermodynamische Berechnungen die Bildung des Hartstoffpartikelanteils in der Schmelze simuliert. Es werden schmelzmetallurgische 25 g Proben (Schmelze) hergestellt, um das Potenzial für eine weitere technische Anwendung zu untersuchen. Das Pulver aus den neuartigen Legierungen wird auf einheitliche Partikelgröße fraktioniert und zu Grünling-Probenkörper gepresst. Die Proben werden einem Bearbeitungsprozess (z.B. Zerspanen) unterzogen und in einem neu entwickelten Sinter- und Wärmebehandlungsverfahren nachbearbeitet. Gegenüber dem Stand der Technik werden die Härte der Legierung gesteigert, und gleichzeitig die Kosten gesenkt. Der angestrebte Markt für diese Entwicklung adressiert Werkzeuge und Produkte im agrartechnologischen Bereich mit ca. 1.000 potenziellen Abnehmerunternehmen.

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PC4PM - Powder Coatings for Printed Materials
Laufzeit: 01.08.2020 bis 31.07.2022

Im Rahmen des FuE-Kooperationsprojekts "PC4PM - Powder Coatings for Printed Materials" soll erstmalig die Pulverlackbeschichtung als Verfahren zur Oberflächenbeschichtung an generativ gefertigten Materialien erprobt und etabliert werden. Die geplante Entwicklungsarbeit umfasst die Beschichtung von generativ gefertigten Kunststoffen und Metallen mit abrasionsbeständigen Pulverlacken. Dies reduziert die fertigungsbedingte Oberflächenrauheit von generativ gefertigten Bauteilen und steigert deren Verschleißbeständigkeit signifikant, was in zahlreichen Anwendungen zu einer Verbesserung der Bauteileigenschaften beiträgt. Somit ist neben der Beeinflussung von Optik und Haptik auch eine Erhöhung der Abrieb- und Verschleißfestigkeit möglich. Zudem verfolgt das Vorhaben die Entwicklung niedrigschmelzender Pulverlacke mit niedrigen Vernetzungstemperaturen. Die Absenkung der Vernetzungstemperatur hätte eine Reduzierung der notwendigen Prozessenergie und somit eine signifikante Kosten- und Energieeinsparung im Beschichtungsprozess zur Folge. Außerdem würde sich der Anwendungsbereich für die Pulverlackbeschichtung von Kunststoffen deutlich erweitern, da durch die hohen Vernetzungstemperaturen von Pulverlacken Kunststoffe derzeitig für eine derartige Beschichtung nicht in Frage kommen

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MEMoRIAL-M2.4 | In-situ SEM methods to improve implant materials
Laufzeit: 01.02.2017 bis 30.04.2021

Background
>> replacement of human joints (implants) becomes more important (demographic change)
>> materials for medical implants offer several challenges and potential for improvements

Objective
>> to offer small-scale solutions for improvements by using in-situ methods to investigate and analyze materials and the related mechanisms for medical implants

Methods
>> mechanical and thermal treatments
>> SEM-EDS (energy dispersive X-ray spectroscopy) / EBSD (electron backscatter diffraction) in-situ methods

Results
>> clarification of phase transformation mechanisms of CoCrMo alloys (requirements, activation, process, consequences)
>> phase-related (microstructure) properties of CoCrMo alloys in various conditions

Conclusions
>> materials science-based recommendations for possible improvements for medical implants with regard to possible changes of chemical composition and/or pre-treatments before implantation

Orignality
>> research at the intersection between mechanical engineering and medicine
>> unique combination of methods (in-situ SEM) and materials (biomedical implants) offers new informative and helpful insights into mechanisms in materials for medical implants

Keywords
CoCrMo, in-situ, Scanning Electron Microscopy (SEM), phase transformation

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Entwicklung geeigneter Prozesse und Werkzeuge für die Präzisionsbearbeitung von Co-Cr-Mo-Superlegierungen zur Steigerung der Sicherheit medizinischer Implantate
Laufzeit: 01.09.2017 bis 01.09.2019

Bei medizinischen Gelenkpaarungen bzw. Endoprothesen, welche aus hochfesten und schwer zerspanbaren Werkstoffen, wie Kobalt-Chrom-Molybdän, Titan oder Keramik bestehen, ist ein wirtschaftlicher Fertigungsprozess notwendig, welcher ein fehlerfreies Produkt garantiert. Bei medizinischen Implantaten bestehen z.T. spezifische Anforderungen an die verwendeten Legierungen (z.B. körperverträgliche und medizinisch zugelassene Werkstoffe oder Beständigkeit gegenüber Wärmeentwicklung und Druck- bzw. Zugbelastungen) und Forderungen nach einer störungsfreien, mehrachsigen Lastübertragung bei mehreren Millionen Lastzyklen und mehrachsigen Bewegungsbeaufschlagungen. Um den Forderungen nach steigenden Lastzyklen, höherer Steifigkeit, größeren Kraftübertragungsmomenten, geringerem Gewicht, komplexeren Geometrien und verbessertem Verschleißverhalten zu entsprechen, sollen effiziente Fertigungsverfahren auf Basis werkstofftechnischer Grundlagenuntersuchungen entwickelt werden. Der Werkstoff Co-Cr-Mo ist spanend schwer zu bearbeiten. Bauteile aus hochfesten Legierungen müssen nach dem Drehen und Fräsen kosten- und zeitintensiv durch Schleifen und Polieren endbearbeitet werden. Dennoch lassen sich oft die geforderten Oberflächenstrukturen und Randzoneneigenschaften, wie Zug- und Druckeigenspannungen, Rauheitswerte und die Vermeidung einer Gratbildung nicht ausreichend erreichen. Selbst bei standardisierten Oberflächen werden Verschleißerscheinungen der Gleitpartner sichtbar. Die Folge von ungenügenden Oberflächenqualitäten sind eingeschränkte Funktionseigenschaften, ggf. Gelenkbruch und dementsprechend vollständiger Funktionsausfall ganzer Körperbereiche.

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Publikationen

2024

Begutachteter Zeitschriftenartikel

Silver-integrated EDM processing of TiAl6V4 implant material has antibacterial capacity while optimizing osseointegration

Büssemaker, Hilmar; Meinshausen, Ann-Kathrin; Bui, Viet Duc; Döring, Joachim; Voropai, Vadym; Buchholz, Adrian; Müller, Andreas Johann; Harnisch, Karsten; Martin, André; Berger, Thomas; Schubert, Andreas; Bertrand, Jessica

In: Bioactive materials - [Bejing] : KeAi Publishing, Bd. 31 (2024), S. 497-508

2023

Abstract

Cubic GaN epilayers grown by remote epitaxy on graphene covered 3C-SiC (001)/Si(001) substrates

Littmann, Mario; August, Olga; Harnisch, Karsten; Halle, Thorsten; Bertram, Frank; Christen, Jürgen

In: Konferenz: 14th International Conference on Nitride Semiconductors, ICNS-14, Fukuoka, Japan, November 12-17, 2023, ICNS-14 - Fukuoka, Japan . - 2023, Artikel TuP-GR-7

2022

Buchbeitrag

Study on flushing condition for improving silver deposition in silver nano-powder mixed EDM

Bui, Viet Duc; Meinshausen, Ann-Kathrin; Berger, Thomas; Martin, André; Harnisch, Karsten; Bertrand, Jessica; Schubert, Andreas

In: Proceedings of the 22nd International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology , 2022 - Bedford, UK : euspen, S. 289-292

Begutachteter Zeitschriftenartikel

Microstructure-dependent crevice corrosion damage of implant materials CoCr28Mo6, TiAl6V4 and REX 734 under severe inflammatory conditions

Herbster, Maria; Rosemann, Paul; Michael, Oliver; Harnisch, Karsten; Ecke, Martin; Heyn, Andreas; Lohmann, Christoph H.; Bertrand, Jessica; Halle, Thorsten

In: Journal of biomedical materials research / B - Hoboken, NJ: Wiley, 1996, Bd. 110 (2022), 7, S. 1687-1704

Begutachteter Zeitschriftenartikel

3D-Druck - Funktionalisierte Pulverlackbeschichtungen

Harnisch, Karsten; Wilke, Markus; Schulz, Jana; Sureck, Ludwig

In: Journal für Oberflächentechnik - Wiesbaden : Vieweg, Bd. 62 (2022), Heft 11, S. 46-49

Begutachteter Zeitschriftenartikel

Microstructural modification of TiAl6V4 alloy to avoid detrimental effects due to selective in vivo crevice corrosion

Herbster, Maria; Harnisch, Karsten; Kriegel, Paulina; Heyn, Andreas; Krüger, Manja; Lohmann, Christoph H.; Bertrand, Jessica; Halle, Thorsten

In: Materials - Basel : MDPI, Bd. 15 (2022), Heft 16, Artikel 5733, insges. 26 S.

2021

Begutachteter Zeitschriftenartikel

Effect of deep rolling on subsurface conditions of CoCr28Mo6 wrought alloy to improve the wear resistance of endoprostheses

Herbster, Maria; Harnisch, Karsten; Haberland, Eva; Kriegel, Paulina; Döbberthin, Christin; Heyn, Andreas; Döring, Joachim; Lohmann, Christoph H.; Bertrand, Jessica; Halle, Thorsten

In: Journal of the mechanical behavior of biomedical materials - Amsterdam [u.a.]: Elsevier, Bd. 118 (2021)

2020

Abstract

Microstructural modification, characterization and corrosion resistance of a biomedical low carbon CoCrMo-alloy

Harnisch, Karsten; Klee, C.; Bairl, T.; Halle, Thorsten; Rosemann, Paul

In: Materials Science Engineering 2020 Digital Conference, MSE 2020: September 22-25, 2020 / DGM: September 22-25, 2020, 2020 . - 2020[Materials Science and Engineering, MSE, Virtual Congress, Sep. 22-25, 2020]

Begutachteter Zeitschriftenartikel

Microstructure and surface investigations of TiAl6V4 and CoCr28Mo6 orthopaedic femoral stems

Herbster, Maria; Harnisch, Karsten; Baierl, Toni; Rosemann, Paul; Lohmann, Christoph H.; Bertrand, Jessica; Halle, Thorsten

In: IOP conference series / Materials science and engineering/ Institute of Physics - London [u.a.]: Institute of Physics, 2009, Vol. 882.2020, Paper 012004, insgesamt 16 Seiten

Begutachteter Zeitschriftenartikel

In vivo corrosion and damages in modular shoulder prostheses

Herbster, Maria; Märtens, Nicole; Harnisch, Karsten; Berth, Alexander; Döring, Joachim; Lohmann, Christoph H.; Halle, Thorsten; Bertrand, Jessica

In: Journal of biomedical materials research / B - Hoboken, NJ: Wiley, 1996, Bd. 108 (2020), 5, S. 1764-1778

Begutachteter Zeitschriftenartikel

Pyroelectric X-ray generator for XRF in combination with optical microscopy

Wilke, Markus; Hanns, L; Harnisch, Karsten; Knapp, W.; Ecke, Martin; Halle, Thorsten

In: IOP conference series / Materials science and engineering/ Institute of Physics - London [u.a.]: Institute of Physics, Vol. 882 (2020), Paper 012026, insgesamt 8 Seiten[Symposium: Symposium on Materials and Joining Technology, Magdeburg, Germany, 7-8 September 2020]

2019

Abstract

Gefügemodifizierung und -charakterisierung einer medizinischen CoCrMo-Legierung

Harnisch, Karsten; Rosemann, Paul; Klee, Carsten; Baierl, Toni; Halle, Thorsten

In: WW WerkstoffWoche - Sankt Augustin: Deutsche Gesellschaft für Materialkunde e.V., 2019 . - 2019

Abstract

Phase analyses of surgical CoCrMo alloys in different conditions by SEM and EBS

Harnisch, Karsten; Klee, Carsten; Baierl, Toni; Halle, Thorsten; Rosemann, Paul

In: ResearchGATE - Cambridge, Mass.: ResearchGATE Corp., 2010 . - 2019

Begutachteter Zeitschriftenartikel

Focusing of x-rays emitted by a pyroelectric x-ray generator for micro x-ray fluorescence

Wilke, Markus; Harnisch, Karsten; Knapp, Wolfram; Ecke, Martin; Halle, Thorsten

In: Journal of vacuum science & technology / B: JVST ; the official journal of the American Vacuum Society - New York, NY: Inst., Vol. 37.2019, 1, Artikel 011203

2018

Abstract

Investigations on electrical properties and correlations to electron and X-ray energies of pyroelectric LiTaO3and LiNbO3

Wilke, Markus; Harnisch, Karsten; Knapp, Wolfgang; Ecke, Martin; Senft, Thorsten; Halle, Thorsten

In: 2018 31st International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC): technical digest : Kyoto, Japan, 9-13 July 2018 - [Piscataway, NJ]: IEEE, insges. 2 S.[Konferenz: 31st International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC) Kyoto, Japan, 9-13 July]

Abstract

Self-focusing of electrons emitted by rectangular pyroelectric crystals - a study on geometrical conditions for optimized X-ray intensities

Harnisch, Karsten; Wilke, Markus; Knapp, Wolfram; Ecke, Martin; Hanns, Lucas; Halle, Thorsten

In: 2018 31st International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC): technical digest : Kyoto, Japan, 9-13 July 2018 - [Piscataway, NJ]: IEEE, insges. 2 S.[Konferenz: 31st International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC)Kyoto, Japan, 9-13 July 2018]

Begutachteter Zeitschriftenartikel

Ceramic prosthesis surfaces induce an inflammatory cell response and fibrotic tissue changes

Bertrand, Jessica; Delfosse, Daniel; Mai, Viola; Awiszus, Friedemann; Harnisch, Karsten; Lohmann, Christoph H.

In: The bone & joint journal - London: British Editorial Society of Bone and Joint Surgery, Bd. 100-B.2018, 7, Seite 882-890

Begutachteter Zeitschriftenartikel

Optimization of pyroelectric electron sources for the generation of x-rays for x-ray fluorescence applications

Wilke, Markus; Harnisch, Karsten; Knapp, Wolfram; Ecke, Martin; Halle, Thorsten

In: Journal of vacuum science & technology / B: JVST : the official journal of the American Vacuum Society - New York, NY: Inst, Vol. 36.2018, 2, Art. 02C101

2017

Abstract

Gefüge- und Phasenanalyse einer biokompatiblen Co-Cr-Mo-Legierung

Dieck, Sebastian; Ecke, Martin; Harnisch, Karsten; Rosemann, Paul; Halle, Thorsten

In: Konferenz: Werkstoffwoche 2017, Dresden, 27. - 29.09.2017; Veröffentlicht in Publica - Publikationsserver der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Berlin: BAM, 2017, 1 Online-Ressource

Buchbeitrag

Intensitätsoptimierung von pyroelektrischen Röntgenquellen zum Einsatz in der Materialanalyse

Harnisch, Karsten; Wilke, Markus; Knapp, Wolfram; Ecke, Martin; Halle, Thorsten

In: 16. Sommerkurs Werkstoffe und Fügen - Magdeburg, 08. und 09. September 2017 , 2017 , korrigierte Auflage - Magdeburg : Universitätsbibliothek, S. 105-112

Buchbeitrag

Investigations of pyroelectric crystals for vacuum electron sources and X-ray applications

Wilke, Markus; Knapp, Wolfram; Ecke, Martin; Harnisch, Karsten; Zierau, Marco; Halle, Thorsten

In: 2017 30th International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC) , 2017 - [Piscataway, NJ] : IEEE, S. 166-167

Begutachteter Zeitschriftenartikel

Pyroelektrische Röntgenquellen zum Einsatz in der Materialanalyse - Optimierung der material- und vakuumtechnischen Eigenschaften

Wilke, Markus; Knapp, Wolfram; Harnisch, Karsten; Ecke, Martin; Halle, Thorsten

In: Vakuum in Forschung und Praxis - Weinheim : Wiley-VCH, Bd. 29 (2017), Heft 5, S. 36-41

Vita

05/2021 - heute

Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Otto-von-Guericke Universität Magdeburg
Institut für Werkstoff- und Fügetechnik, Lehrstuhl Metallische Werkstoffe
Arbeitsgruppe: Prof. Dr.-Ing. habil. Thorsten Halle

02/2017 - 04/2021

Promotionsstipendiat (MEMoRIAL)
Otto-von-Guericke Universität Magdeburg
Institut für Werkstoff- und Fügetechnik, Lehrstuhl Metallische Werkstoffe
Arbeitsgruppe: Prof. Dr.-Ing. habil. Thorsten Halle

04/2013 - 12/2016

Wissenschaftliche Hilfskraft
Otto-von-Guericke Universität Magdeburg
Institut für Werkstoff- und Fügetechnik

10/2011 - 01/2017

Studium Maschinenbau / Vertiefungsrichtung Werkstofftechnik
Otto-von-Guericke Universität Magdeburg

Letzte Änderung: 12.06.2023 - Ansprechpartner: Karsten Harnisch