Institut für Werkstoffforschung

Zum Teilinstitut Magnesium Innovation Centre: MagIC


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Magnesium wird für den Einsatz in Automobilen fit gemacht. Ein Beitrag von Frank Grotelüschen im Deutschlandfunk vom 21.07.2011. Audio abspielen

Funktionale Werkstoffsysteme

Magnesium

Metallisches Leichtgewicht

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Wissenschaftler erweitern das Einsatzspektrum von Magnesium, indem sie das Leichtmetall zu Blech walzen. Foto: HZG/Christian Schmid

Es ist das Leichtgewicht unter den metallischen Konstruktionswerkstoffen: Magnesium besitzt eine deutlich geringere Dichte als Stahl oder sogar Aluminium – verglichen mit Letzterem ist es um ein Drittel leichter. Zwar kommt Magnesium schon heute zum Einsatz, etwa in Laptopgehäusen und im Fahrzeugbau. Bislang lässt sich Magnesium jedoch noch nicht im großen Maßstab zu Blechen verarbeiten. Um aber das Leichtbaupotenzial von Magnesium in der praktischen Anwendung ausnutzen zu können, ist die Herstellung großflächiger Strukturen erforderlich. Solche Bleche aus Magnesiumlegierungen, lassen sich zu fertigen Bauteilen, zum Beispiel einer Autotür, formen. Am Helmholtz-Zentrum Geesthacht werden die dazu notwendigen Legierungen und Prozesse entwickelt.

Gesucht sind Legierungen, die sich leicht zu Bauteilen formen lassen, korrsionsbeständig sind und eine geeignete Festigkeit aufweisen. Zusätzlich werden Prozesse entwickelt, mit denen die Bleche effizient, und damit wirtschaftlich, hergestellt und bearbeitet werden können. Die geringe Formbarkeit des Magnesiums muss dabei berücksichtigt werden. Um die Umformbarkeit des Materials zu verbessern, verfolgen die Wissenschaftler verschiedene Strategien.

Neue Legierungen und Verfahren

Die Fachleute versetzen ihre Legierungen mit Stoffen wie Gadolinium, Yttrium oder Neodym. Diese Elemente der Seltenen Erden verfeinern die Mikrostruktur und sorgen für verbesserte Materialeigenschaften. Allerdings sollen diese Elemente aus ökologischen und wirtschaftlichen Gründen möglichst ersetzt werden. Deshalb suchen die Forscher nach Alternativen und probieren es zum Beispiel mit Kalzium. Dies scheint nicht nur die Umformbarkeit zu verbessern, sondern auch die Entflammbarkeit zu reduzieren.

Gleichzeitig entwickeln die Forscher Prozesse, die die Herstellung der Bleche deutlich vereinfachen und zugleich die Qualität verbessern. Im sogenannten Gießwalzverfahren gehen das Gießen der Magnesiumlegierung und ein Walzprozess direkt ineinander über. Hierbei entsteht ein dünnes Metallband, das in wenigen Walzschritten zu Blech umgeformt wird. Dadurch werden viele Schritte der klassischen Herstellungsroute eingespart. Das Material sollte zudem gut rezyklierbar sein. Die Rückführung von Schrotten lohnt sich ökologisch und ökonomisch und führt zu einer Ressourcenschonung.

Herstellung von Magnesiumblechen

Mit der institutseigenen Gießwalzanlage (RollMag) lassen sich Magnesiumbleche herstellen und anschließend wissenschaftlich untersuchen.

Schutzschicht für Metall

Magnesium besitzt unter bestimmten Bedingungen die Tendenz, allzu schnell zu korrodieren. Dies zeigt sich besonders, wenn das Leichtmetall mit anderen Werkstoffen zu Bauteilen verbunden wird. An den Verbindungsstellen kommt es leicht zu Kontaktkorrosion. Hier setzen die Materialforscher auf neuartige Schutzbeschichtungen, zum Beispiel aus keramischen Schichten.

Neue Werkstoffe für den Leichtbau

Wie lassen sich Autos und Flugzeuge weiter abspecken? Wissenschaftler am MagIC erforschen das Potenzial von Magnesium als Leichtbauwerkstoff.


Mit Leichtigkeit in die Anwendung

Bislang wird Magnesium hauptsächlich in Form von Getriebegehäusen, Motorteilen, Abdeckungen, Sitzelementen oder Armaturen eingesetzt. Für die Zukunft liegen die Einsatzgebiete im gesamten Fahrzeug- und Flugzeugbau sowie im Bereich der Elektronik, als Bauteile in der Computer-, Kamera- und Mobiltelefonindustrie. Mit den neuen gewalzten Legierungen wird die Palette der Bauteile deutlich erweitert. Die Wissenschaftler im „Magnesium Innovation Centre“ des HZG verfügen über umfangreiche Möglichkeiten für ihre Forschung: Neben Laboren zur Herstellung kleinster Probenmengen betreiben sie eine Gießwalzanlage im semi-industriellen Maßstab. Zusätzlich stehen ihnen verschiedenste Analysemethoden zur Verfügung, wie zum Beispiel Mikroskopie und Prüfstände für Belastungstests.