Leichte Strukturwerkstoffe

Bei den Bemühungen der Transportindustrie, den Kraftstoffverbrauch und den Ausstoß von Treibhausgasen zu senken sowie die Effizienz von Systemen zur Energieumwandlung zu steigern, spielen Leichtbauwerkstoffe eine große Rolle. Neben weit verbreiteten Materialien wie Stahl-, Aluminium- und Titanlegierungen stehen neuartige Legierungen auf Magnesium- und Titanaluminidbasis im Fokus des Interesses, verfügen sie doch über viel versprechende Eigenschaften für bestimmte Anwendungsbereiche.

In Zukunft werden ausgewählte Werkstoffe auf Magnesiumbasis in Kfz-Antriebssträngen und in Bauteilen aus Guss- und Knetlegierungen zum Einsatz kommen. Magnesiumlegierungen bergen jedoch auch gewisse Schwierigkeiten, die zunächst gelöst werden müssen. Hierzu gehören ihre unzureichenden Korrosionseigenschaften, insbesondere im Kontakt mit anderen metallischen Materialien, die beschränkte Formbarkeit der derzeit verfügbaren Magnesiumknetlegierungen, die ungenügende Hochtemperatureignung der gebräuchlichsten Gusslegierungen sowie die niedrige Duktilität der meisten Magnesiumwerkstoffe. Vor die gleichen Probleme stellen uns Titanaluminid (TiAl)-Legierungen, die noch nicht vollständig entwickelt sind und derzeit nur in Pilotanlagen verarbeitet werden können. Hier kommt die Zuverlässigkeit als ein weiteres zu lösendes Problem hinzu.

Um diese Hindernisse zu überwinden, arbeiten wir im Rahmen des Programms „Funktionale Werkstoffsysteme“ an der Entwicklung von neuen Magnesiumgusslegierungen mit verbesserten Hochtemperatureigenschaften und neuartigen Knetlegierungen auf Magnesium- und TiAl-Basis. Auch die Prozesslinien für beide Werkstoffklassen bedürfen der Optimierung. Ergänzt werden die Entwicklung von Legierungen und die Optimierung der Prozesse von computergestützten Verfahren und Tools zur Vorhersage der Mikrostrukturen und Eigenschaften, um so die Prozessketten und die Lebensdauer von Bauteilen evaluieren zu können. Das Hauptziel besteht darin, die Interaktion von Legierungselementen und Mikrostruktur sowie die Auswirkungen der Bearbeitung in einer bestimmten Prozesslinie auf wissenschaftlich fundierter Basis zu verstehen. Um den Anforderungen von Industrie und Gesetzgeber gerecht zu werden, müssen zudem wirtschaftliche Recyclingverfahren entwickelt werden. Angesichts der nicht ausreichenden Korrosionseigenschaften von Magnesiumlegierungen sind neben speziellen Legierungen auch Schutzbeschichtungen erforderlich, die idealerweise zur Selbstheilung fähig sind. Zudem soll die Herstellung von TiAl-Komponenten mit komplexer geometrischer Struktur im Metallpulverspritzgussverfahren (MIM, Metal Injection Moulding) evaluiert werden.

Auch wurden Aktivitäten eingeleitet, die den Einsatz von Materialien auf Magnesiumbasis in medizinischen Anwendungen zum Gegenstand haben. In diesem Bereich wird an geeigneten Legierungszusammensetzungen und Prozesslinien für den Einsatz von Materialien auf Magnesiumbasis geforscht, die als Stents, Implantate und in der Gewebetechnik zum Einsatz kommen sollen.

Zur Bearbeitung eignet sich in diesem Zusammenhang das so genannte Metallpulverspritzgussverfahren (MIM). Im Fokus der Entwicklungstätigkeit steht die Bearbeitung von sauerstoffempfindlichen Titan- und Magnesiumlegierungen sowie die Fertigung von Präzisionskomponenten für den Einsatz in Maschinen und für medizinische Anwendungen.