Bionik mit zellularen Metallen

Die Bionik beschäftigt sich mit dem Übertragen von Phänomenen der Natur auf die Technik (siehe auch Wikipedia zum Thema Bionik). Anders ausgedrückt wollen wir mit Hilfe der Natur technische Probleme lösen. Im Kapitel Bionik werden dazu entsprechende Beispiele aus Natur und Technik näher erläutert. Ein Blick zurück in die Geschichte der Menschheit zeigt, dass schon Leonardo Da Vinci sich dieses Konzeptes – die Natur diente als Vorbild für technische Anwendungen (Vogelflug als Vorbild für Flugmaschinen) – bediente.

Der Begriff der Bionik ist ein sogenanntes Kofferwort aus Biologie und Technik und mit dem Namen Werner Nachtigall eng verbunden. Seine Bücher bilden heute noch die grundlegenden Kenntnisse im Bereich der Bionik. Werner Nachtigall definierte den Begriff der Bionik wie folgt: „Bionik als Wissenschaftsdisziplin befasst sich systematisch mit der technischen Umsetzung und Anwendung von Konstruktionen, Verfahren und Entwicklungsprinzipien biologischer Systeme. Dazu gehören auch Aspekte des Zusammenwirkens belebter und unbelebter Teile und Systeme sowie die wirtschaftlich-technische Anwendung biologischer Organisationskriterien.“

Die Natur bietet viele Beispiele von angepassten zellularen Strukturen, die sich heutzutage mit Metallschäumen für den angepassten Leichtbau anbieten.

Aluminiumwerkstoffe

Aluminium und seine Legierungen werden bzw. sind heutzutage - neben Stahl - eine der am weitesten verbreitesten Werkstoffe. Gerade in den Bereichen der Gießereitechnik, der thixotropen Herstellungsverfahren und der Umformtechnik spielt dieses Material seine Stärken aus.

Forschungsschwerpunkte:

- Pulvermetallurgie von Aluminiumlegierungen
- Viskosität von teilerstarrten Aluminiumschmelzen

Magnesiumwerkstoffe

Magnesium und Magnesiumlegierungen zeigen heutzutage immer noch das größte Potential zur Gewichtseinsparung im Automobilbau. Im Bereich der metallischen Konstruktionswerkstoffe ist er mit einer Dichte von 1,74 g/cm3 der leichteste.

Obwohl Magnesiumlegierungen die Forderungen nach geringem spezifischen Gewicht, guter Be‐ und Verarbeitung und großem Recyclingpotential vereinigen, steht die Anwendung immer noch weit hinter den konkurrierenden Aluminiumwerkstoffen zurück. Die Gründe hierfür sind einerseits im höheren Preis für das Primärmaterial (verstärkt durch das Fehlen eines Sekundärkreislaufes), eine eingeschränkte Palette von maßgeschneiderten Magnesiumwerkstoffen und ein z. T. fehlendes oder verlorengegangenes Know‐how bei der Be‐ und Verarbeitung zu sehen, andererseits bestehen immer noch Wissensbarrieren bei der werkstoffverarbeitenden und ‐anwendenden Industrie, die eine Substitution „konventioneller”︁ Werkstoffe durch Magnesiumlegierungen hemmen. Um einen größeren Markt für Magnesiumlegierungen zu erschließen, ist es nötig, das bestehende Legierungsspektrum zu erweitern und bestehende Produktionstechniken zu verbessern und neue Prozesstechnologien zu erschließen. Der vorliegende Beitrag gibt eine Übersicht über die etablierten Verfahren der Verarbeitung von Aluminium und Magnesiumlegierungen und zeigt neue Perspektiven auf.

Stahlwerkstoffe

Neues DFG - Forschungsvorhaben

Entwicklung nickelfreier austenitischer und Duplex-Sphärogüsse

Gusseisen ist bekanntlich ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff, der verteilte und eingebettete Graphitteilchen in der Matrix enthält. Aufgrund seiner relativ niedrigen Herstellungskosten, seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit und seiner guten tribologischen Eigenschaften wird es häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen das Bauteil Verschleiß und Hitze ausgesetzt ist. Der Hauptgrund für die guten tribologischen Eigenschaften ist auf die Anwesenheit von Graphit als Festphasen-Selbstschmiermittel in der Matrix zurückzuführen. Eine zusätzliche Verbesserung der tribologischen Eigenschaften von Gusseisen wird durch die Erzeugung einer austenitischen Matrix erreicht. Bei den austenitischen Gusseisen handelt es sich um eine Reihe von Werkstoffen, die als Ni-Resist-Gusseisen bekannt sind und typischerweise einen hohen Nickelgehalt von 18 bis 36 % aufweisen. Das primäre Ziel dieses Projekts ist die Einführung eines neuen Legierungskonzepts zur Herstellung von Sphäroguss sowohl mit austenitischem als auch mit Duplex (austenitisch-ferritischem) Gefüge ohne Zugabe von Ni. Das Konzept zur Stabilisierung des Austenits in diesem Vorhaben beruht hauptsächlich auf seiner Sättigung mit dem maximal möglichen Kohlenstoffgehalt durch Anwendung einer Wärmebehandlung mit anschließendem Abschrecken auf Raumtemperatur (RT). Zusätzlich soll eine ausreichende Zugabe von Mn erfolgen, sodass die Martensitstarttemperatur (Ms) weiter unter RT gedrückt wird, um somit eine Austenit­Matrix bei RT zu erhalten. Eine weitere Variante, bei der die Herstellung von Sphäroguss mit Duplex-Matrixstruktur angestrebt wird. Bei dieser Variante wird der Si-Gehalte und der Prozessrouten auf die Gefügeentwicklung und das mechanische Verhalten der entwickelten Werkstoffe untersucht werden.