Leichtbau Ultraleichte Werkstoffe dank neuer Legierungs-Technologie aus China

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Ein chinesisches Team aus vier verschiedenen Universitäten hat jetzt eine neue Legierungs-Technologie entwickelt, die den Weg zu ultraleichten und gleichzeitig extrem starken Werkstoffen ebnen könnte.

Immer leichter, immer stärker – das ist der Wunsch von Konstrukteuren an die Materialwissenschaft, vor allem aus der Luft- und Raumfahrt, aber auch aus der Autoindustrie. Eine neue Legierungs-Technologie aus China könnte zu ultraleichten und gleichzeitig extrem starken Werkstoffen beitragen.

Genauer gesagt haben Tang Song, Professor Extraordinarius an der „Nanjing University of Science and Technology“ und Kollegen in Hongkong und Xian nun ein Verfahren entdeckt, mit dem die mechanischen Eigenschaften von Magnesium-Lithium-Legierungen verbessert werden können.

Versuch mikrostrukturelle Instabilität von Legierungen zu stärken

In einem Aufsatz mit dem Titel „Achieving high strength via solutes co-clustering and solvents redistribution in an ultralightweight BCC magnesium alloy“, veröffentlicht in dem international renommierten Wissenschaftsjournal „Material Research Letters”, beschreiben Tang Song und seine Ko-Autoren die Details des Verfahrens.

Es versucht vor allem, die mikrostrukturelle Instabilität und damit gewissermaßen die Achilles-Verse solcher Legierungen zu stärken, wie die Autoren schreiben. Exakt kalibrierte Aluminium- und Silberzugaben sowie ganz spezifische Prozesse in bestimmten Phasen des Legierungsprozesses von Magnesium und Lithium spielen dabei eine wichtige Rolle.

„Die Dual-Legierung von Al und Ag in BCC-Mg-Li-Legierungen“ eröffne Möglichkeiten, die Stabilität von Werkstoffen zu erhöhen und deren mechanische Eigenschaften zu verbessern, schreiben die chinesischen Forscher. BCC-, also „Body-Centered-Cubic”-Legierungen gehören seit mehreren Jahren zum Spezialgebiet des Forscherteams.

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Großes Interesse an Magnesium-Lithium-Legierungen

Der global verbreitete Erwartungsdruck, den Treibstoff- oder Energieverbrauch in vielen Industrien immer weiter zu verringern und sie damit immer kohlenstoffärmer und klimafreundlicher werden zu lassen, hat nicht nur in China ein neues Interesse an den gut formbaren, zugleich sehr leichten Magnesium-Lithium-Legierungen befeuert.

Das Team in China ist dabei aber nun im Zuge ihrer Experimenten auf eine ganz bestimmte Materialeigenschaft von Silber aufmerksam geworden. Das ist zwar nicht gerade ein billiges Material, hat aber offenbar interessante, bislang wenig bekannte Eigenschaften, die für bestimmte High-Tech-Anwendungen genutzt werden können.

„Silber (Ag) unterstützt nicht nur die Phase der Ausscheidungs-Härtung in BCC-Mg-Li-Legierungen, sondern weist dieselbe Kristall-Struktur und einen ähnlichen atomaren Radius auf wie Aluminium,“ schreiben Tang Song und seine Kollegen.

Der Effekt von „Co-clustering“ von Aluminium und Silber während des vorgeschlagenen Verfahrens könne daher die Anordnung anderer Atome in der Matrix positiv beeinflussen und das fertige Material letztendlich belastbarer machen, heißt es in dem Aufsatz in Material Research Letters.

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Werkstoffe reagieren sensibel auf Temperaturen im Legierungs-Prozess

Solche Werkstoffe reagieren sehr sensibel auf die Temperaturen in verschiedenen Phasen des Legierungs-Prozesses, weil sich in ihnen unterschiedliche Phasen-Transformationen abspielen, hatten Tang Song und seine Mitstreiter bereits im Oktober 2022 in einem anderen Aufsatz in „Acta Materialia“ argumentiert. Dies sei zuvor nirgendwo gründlich erforscht worden.

Es sind aber genau diese Feinheiten der Prozesse, die den „Weg zur Entwicklung einer neuen Generation von ultraleichten Legierungen mit größerer Stärke und besserer Stabilität ebnen“, behauptet das Team in Acta Materialia.

Den aktuellen Aufsatz in Material Research Letters haben neben Professor Tang Song auch noch Xin Tongzheng von der Hongkong-Universität, ferner Professor Lan Si und sein Kollege Dr. Kou Zongde von der Nanjing University of Sciences and Technology, sowie Professor Luo Ting von der Northwestern Polytechnical University in Xian in der chinesischen Provinz Shaanxi mit verfasst.

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* Henrik Bork, langjähriger China-Korrespondent der Süddeutschen Zeitung und der Frankfurter Rundschau, ist Managing Director bei Asia Waypoint, einer auf China spezialisierten Beratungsagentur mit Sitz in Peking. „China Market Insider“ ist ein Gemeinschaftsprojekt der Vogel Communications Group, Würzburg, und der Jigong Vogel Media Advertising in Beijing.

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