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Formgedächtnislegierung: Mischung für Umwandlung trotz hoher Temperatur

Legierung aus Titan, Tantal und Skandium
Formgedächtnismaterial: Umwandlung trotz hoher Temperatur

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Alexander Paulsen (rechts) und Alberto Ferrari haben Theorie und Praxis zusammengebracht (Bild: © RUB, Marquard)
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Forscher berechnen erfolgreich neue Materialien und entwickeln so eine Formgedächtnislegierung, die auch bei hohen Temperaturen lange leistungsfähig bleibt. Die Legierung besteht aus Titan, Tantal und Skandium.

Ein Forschungsteam vom Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation (Icams) und vom Institut für Werkstoffe der Ruhr-Universität Bochum (RUB) zeigt, wie man mithilfe theoretischer Vorhersagen schneller zu neuen Materialien kommt: Per Computersimulation berechnete Alberto Ferrari, Doktorand am Icams, einen Designvorschlag für eine Formgedächtnislegierung, die auch bei hohen Temperaturen lange leistungsfähig bleibt. Alexander Paulsen stellte sie her und bestätigte experimentell die Vorhersage. Mit der Legierung aus Titan, Tantal und Skandium steht nun eine neue Hochtemperaturformgedächtnislegierung zur Verfügung.

Omega-Phase schwächt Formgedächtniseffekt

Formgedächtnislegierungen können nach einer Verformung ihre ursprüngliche Gestalt wieder einnehmen, wenn sich die Temperatur ändert. Diese Umformung beruht auf einer Umwandlung des Kristallgitters, in dem die Atome der Metalle angeordnet sind. Die Forscher sprechen von einer Phasenumwandlung. „Neben den erwünschten Phasen gibt es aber auch solche, die sich dauerhaft bilden und den Formgedächtniseffekt erheblich schwächen oder sogar völlig zerstören“, erklärt Dr. Jan Frenzel vom Institut für Werkstoffe. Die so genannte Omega-Phase tritt jeweils bei einer bestimmten Temperatur auf, die von der Zusammensetzung des Materials abhängt. Viele bisherige Formgedächtnislegierungen für den Hochtemperaturbereich, wie zum Beispiel Mischungen aus Titan und Tantal, hielten jeweils nur wenige Verformungen aus, bevor sie durch die Bildung der Omega-Phase unbrauchbar wurden.

Leistungsfähige Legierung

Die Forscher der RUB wollten die Mechanismen des Eintritts der Omega-Phase im Detail verstehen und so Wege finden, die Leistungsfähigkeit von Formgedächtnislegierungen für den Hochtemperaturbereich zu verbessern. Sie fanden heraus, dass eine Beimischung von wenigen Prozent Skandium dazu führt, dass eine Legierung aus Titan und Tantal auch bei hohen Temperaturen lange funktioniert.

Kontakt:
Ruhr-Universität Bochum RUB
Universitätsstr. 150
44780 Bochum
Telefon: +49 0234 32–201
www.ruhr-uni-bochum.de

https://journals.aps.org/prmaterials/abstract/10.1103/PhysRevMaterials.3.103605

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