Magnesiumprozesstechnik

Profil

Intermetallic network in the interdendritic space in Mg10Gd1Nd

Intermetallisches Netzwerk im Raum zwischen den Dendriten einer Mg10Gd1Nd Legierung

Die Abteilung Prozeßtechnik befasst sich unter der Leitung von Dr. Norbert Hort mit der Produktion und der giesstechnischen Verarbeitung von Magnesiumbasiswerkstoffen. Dies betrifft sowohl die Herstellung von Magnesiumlegierungen, die Legierungsentwicklung als auch die Weiterverarbeitung im schmelz- und teilflüssigen Zustand.

Forschungsschwerpunkte mit Beschreibung
  • Die Entwicklung von hochtemperaturbeständigen Magnesiumwerkstoffen, Recycling- und degradablen Magnesiumlegierungen: Als neuer hochtemperaturbeständiger Werkstoff wird derzeit eine bariumhaltige Magnesiumlegierungen untersucht. Diese Legierung zeigt überragende Kriecheigenschaften, die vergleichbar mit denen von Aluminiumlegierungen sind. Im Gegensatz zu Stählen oder Aluminiumlegierungen gibt es beim Magnesium noch keine Recyclinglegierungen. Daher ist die Entwicklung einer solchen Legierung mit ausgewogenen Eigenschaften ein weiteres Ziel dieser Arbeitsgruppe. Mg-Al-Mn Legierungen werden derzeit mit Legierungselementen wie Sr, Ca und Zn legiert, um ihre Eignung als Recyclinglegierung zu erproben. Die Verwendung von Magnesiumwerkstoffen als biodegradables Implantatmaterial eröffnet ein vollständig neues Anwendungsfeld. Magnesiumlegierungen haben Festigkeitseigenschaften, die denen von Knochen ähnlicher sind, als die anderer Metalle. Darüber hinaus lösen sich Magnesiumimplantate im Körper auf, wobei die gelösten Produkte nicht gesundheitsschädlich sind. Diese Teile können daher für einen definierten Zeitraum ihre Aufgabe als Implantat erfüllen und lösen sich danach auf, was eine zweite Operation zum Entfernen überflüssig macht.
  • Ersatz von Seltenen Erden als Legierungselemente: Seltene Erden werden eingesetzt, um Magnesiumlegierungen warmfester und schwer entflammbar zu machen. Sie sind jedoch aus ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten kritisch zu sehen. Unsere Entwicklungen haben daher zum Ziel, sie durch andere Elemente zu ersetzen.
  • in situ Untersuchungen der Erstarrung und Phasenbildung mit Synchrotronstrahlung: Das Erstarrungsverhalten wird erstmalig bei einer Magnesiumlegierung in situ im Synchrotronstrahl untersucht. Dies dient der Ermittlung der Phasenbildung, der Erstarungsabfolge der Phasen und der Aufklärung der Morphologie während der Erstarrung.
  • Ersatz von SF6 als Schutzgas: SF6 wird ab 2018 nicht mehr eingesetzt werden dürfen, da sein Treibhauseffekt 23000 mal größer ist, als der von CO2. Neue Schutzgase müssen daher untersucht, oder alte Verfahren müssen überdacht und weiterentwickelt werden.
  • Nanoskalige Verstärkung von Magnesiumlegierungen: Die Verstärkung von Magnesiumlegierungen mit nanoskaligen keramischen Partikeln und die dadurch erzielte Verbesserung der mechanischen Eigenschaften ist ein weiterer Schwerpunkt der Gruppe. Nanopartikel aber auch Carbon Nanotubes werden mit Hilfe eines ultraschallbasierten Verfahrens in die Metallschmelze eingebracht und homogen verteilt. Dies erhöht die Warmfestigkeit und Kriechbeständigkeit in erheblichem Umfang.
  • Untersuchungen zur Giessbarkeit von Magnesiumlegierungen; Kornfeinung, Rheologie und Heissrissempfindlichkeit: Giessbarkeit spielt für alle Magnesiumlegierungen eine Rolle. Zur Untersuchung des Giessverhaltens kommen unterschiedliche Methoden zum Einsatz. Ziel ist es, den Einfluss von chemischer Zusammensetzung und unterschiedlicher Giessparameter auf die Fliessfähigkeit und das Erstarrungsverhalten zu charakterisieren. Kornfeinung ist von wesentlicher Bedeutung vor allem für die Vormaterialherstellung von neuen Magnesiumknetlegierungen. Momentan liegt ein Schwerpunkt auf der Untersuchung von SiC als Kornfeinungsmittel, wobei noch immer Ungewissheit hinsichtlich des Kornfeinungsmechanismus besteht.