Selbstheilende Metalle

Aus meinem Posteingang…

Max-Planck-Institut für Eisenforschung

Ob Schäden in der Autokarosserie oder tragende Brückenteile, selbstheilende Metalle könnten Defekte zukünftig selbst reparieren und ihre ursprüngliche Funktionalität wiederherstellen. Die Forschungsgruppe „Adaptive Strukturwerkstoffe“ am Max-Planck-Institut für Eisenforschung erforscht das Prinzip der Selbstheilung. Besonders interessant sind selbstheilende Materialien bei Anwendungen mit Bauteilen, die nur beschränkt zugänglich sind, z. B. in Windparks. Oder bei Anwendungen, deren Materialien besonders zuverlässig sein müssen, etwa in der Raumfahrt.

Das Bild zeigt die Änderung der atomaren Anordnung in einem Nickel-Titan-Material (NiTi), wenn eine äußere Spannung angelegt wird.

Bild

Die Umwandlung von einer Phase in eine andere tritt z. B. durch mechanische Verformung auf. (Phase = räumlicher Bereich innerhalb eines Materials, bei dem die Zusammensetzung der Materie und physikalische Parameter wie Dichte homogen sind)

Die Idee ist nun, Nanopartikel aus Titan und Nickel in potentielle Rissbildungsstellen einzubauen. Die Nanopartikel sind aus einer  Formgedächtnislegierung. Tritt ein Defekt in einem Bauteil auf, so „erinnert“ sich das Material an seine ursprüngliche Mikrostruktur und kehrt zu dieser zurück.

Herausforderungen

Zuallererst muss ein Materialsystem gefunden werden, dessen Mikrostruktur es erlaubt, gezielt Nanorisse einzubauen, in die die Formgedächtnis-Nanopartikel eingefügt werden.

Bisherige Formgedächtnislegierungen brauchen immer einen externen Trigger, in Form von Wärme, Magnetismus oder mechanischer Umformung. Die Forscher wollen nun Formgedächtnislegierungen einbauen, die ohne Trigger funktionieren.

Das Konzept

Die Abteilung Computergestütztes Materialdesign stellt mit Hilfe der Quantenmechanik Leitlinien auf, um die Auswahl passender Materialsysteme zu begrenzen. Die Abteilung Mikrostrukturphysik und Legierungsdesign stellt mittels Hochdurchsatzverfahren, mit dem man verschiedene Materialkombinationen herstellen kann, diese Materialsysteme her und testet ihre Eigenschaften. Nur diese Kombination aus Theorie und Experiment ermöglicht Fortschritt: Ein Modell-Materialsystem ist gefunden und die grundlegende Charakterisierung der Mikrostruktur abgeschlossen. Im nächsten Schritt wird die Herstellung erfolgen, um die theoretischen Vorhersagen zu überprüfen.

In einem Programm der DFG wird seit 2011 versucht, das Konzept der Selbstheilung bei verschiedenen Materialien zu untersuchen, wobei sich die bisherigen Forschungsansätze vor allem auf Polymere und Keramiken aufgrund ihrer relativ einfachen chemischen Prozesse und Reaktionen bei Raumtemperatur konzentrierten.

Selbstheilungsprozesse bei Metallen wurden bisher nur für Oberflächen oder Hochtemperaturwerkstoffe untersucht.

Mehr Infos:
http://asm.mpie.de
www.spp1568.uni-jena.de
http://idw-online.de/de/news597165

Augen-Logo Maria

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.