Research database

Aluminiumlegierungen haben sich in vielen Bereichen der Technik

als Leichtbauwerkstoffe mit einem exzellenten

Festigkeits-Dichte-Verhältnis etabliert. Vor allem im Bereich der

Fahrzeugtechnik sowie in der Luft- und Raumfahrt ist der Werkstoff

Aluminium nicht mehr weg-zudenken. Dabei weist Aluminium im Vergleich zu

Stahl zunächst nur eine ausgesprochen niedrige Festigkeit und

Steifigkeit auf. Seit der Entdeckung der Ausscheidungshärtung Anfang

des 20. Jahrhunderts sind jedoch auch für Aluminiumlegierungen

Festigkeiten bis zu etwa 600MPa erreichbar. Ein weiterer Vorzug der

meisten Aluminiumwerkstoffe ist ihre hohe Korrosionsbeständigkeit, die

auf die Bildung einer dünnen Al2O3-Passivschicht zurückgeführt werden

kann. Aufgrund des geringen Schmelzpunkts (Aluminium: Ts=660°C) sind

Aluminiumlegierungen jedoch für Temperaturen von mehr als 100°C nur sehr

bedingt geeignet. Bei Anwendungen, wie z.B. in Verbrennungsmotoren,

muss man eine erhebliche Festigkeitsabnahme hinnehmen und zudem den

Schädigungsmechanismus Kriechen berücksichtigen. Ein weiterer

werkstoffspezifischer Nachteil von Aluminium ist dessen vergleichsweise

geringer Elastizitäts-Modul von EAl=70GPa, der durch konstruktive

Maßnahmen kompensiert werden muss. Seitens der Industrie besteht

folglich ein sehr großes Interesse an Aluminiumwerkstoffen mit höheren

Steifigkeit- und Festigkeitswerten, die auch bei hohen Temperaturen (bis

etwa 350°C) erhalten bleiben. Eine solche Festigkeitssteigerung von

Aluminiumlegierungen ist möglich durch Zugabe von Verstärkungsphasen.

Gegenüber dem teurem Zusatz von Mg-Al-Spinellverbindungen haben die

Vorarbeiten der Projektpartner gezeigt, dass insbesondere

ZnFe2O4-Zinkferrite aus Stahlwerks-Stäuben auf einfache Weise zu

gewinnen sind. Vor diesem Recycling-Hintergrund ist ZnFe2O4 ein neuer

interessanter Rohstoff geworden ist, der von der chemischen Seite ideale

Voraussetzungen für Dispersoidhärtung mitbringt. Im Rahmen des

geplanten Vorhabens sollen die Ferrite durch Hochenergiemahlen in einer

Kugel-mühle in Aluminiumwerkstoffe eingebaut werden, so dass bei

geeigneter Wahl der Parameter ein mikro- bzw. nanokristallines

Legierungspulver mit fein verteilter Verstärkungsphase entsteht. Ggf.

kann durch Zugabe von Graphit eine weitere Verstärkung durch Karbide

erzielt werden. Das Pulver wird dann durch heißisostatisches Pressen

(HIP) und/oder durch Strang-pressen zu einem kompakten Werkstoff

verdichtet. Dieser wird dann im Laufe des Vorhabens hinsichtlich seiner

mechanisch technologischen Eigenschaften und den praktischen

Einsatzmöglichkeiten eingehend charakterisiert, so dass am Ende der

dreijährigen Laufzeit ein neuer Hochleistungs-Leichtbauwerkstoff mit

patentierbarer Vorserienreife steht.