Neues Verfahren könnte superplastische Metalle für breite Industrieanwendung verfügbar machen

US-Wissenschaftler vermelden einen wichtigen Schritt auf dem Weg, den Herstellungsprozeß hochgeformter Metallwerkstücke billiger und mit anderen Materialien kombinierbar zu machen. Die sogenannte Superplastizität mancher Metalle, so etwa verschiedener Aluminiumlegierungen, ermöglicht bereits seit längerem das Formen komplizierter Stücke "aus einem Guß". Bei knapp 1000° Celsius entwickeln die Metalle die sogenannte Superplastizität: sie lassen sich wie ein dünnes Blatt Kunststoff dehnen und auseinanderziehen, gegen eine Form gepreßt, ergeben sie nach dem Abkühlen ein extrem stabiles, dennoch fein detailliertes Werkstück. Die Flugzeugindustrie nutzt diese Produktionsmethode beispielsweise für Teile, die sonst aus vielen Einzelteilen zusammenmontiert werden müßten und deutlich schwerer wären. Für die Autoindustrie, die deutlich höhere Stückzahlen erreichen muß, war sie allerdings bisher zu teuer und zu zeitaufwendig. Eine Entwicklung an der University of California, Davis könnte dies ändern. Dortige Materialwissenschaftler berichten von Superplastizität bereits bei rund 230°C. Auch könne man die Technologie gemeinsam mit anderen Materialien nutzen, beispielsweise mit Nickel oder Keramiken. Dies eröffne "ein enormes Potential für Anwendungen als leichtgewichtige Strukturmaterialien von hoher Stärke", so Amiya K. Mukherjee in Davis. Bisheriges Ausgangsmaterial für superplastische Produktion waren winzige Körner des Metalls, sogenannte Mikrokristalle, ein Viertel schmaler als ein menschliches Haar. Die kalifornische Forschungsgruppe experimentierte mit Metallen aus russischen Labors, deren Feinstruktur aus Nanokristallen besteht und damit rund tausendmal feiner ist. Der Effekt der Superplastizität kommt zustande, weil sehr kleine Metallkügelchen wie im Kugellager übereinander rollen, heißt es. Bis zu 1000 Prozent Dehnung sind möglich, bevor die Schicht "zerreißt". Die Forschungsergebnisse aus Davis lassen vermuten, daß die Korngröße der Materialstruktur die Formbarkeit bestimmt: je kleiner die "Kügelchen", desto einfacher und schneller ihre Bewegung gegeneinander. Bei vorgegebener Temperatur und Belastung könne man die Produktionsdauer so von wenigen Stunden auf wenige Minuten verkürzen, berichtet Cliff Bampton von der Firma Rocketdyne Propulsion & Power, einer der Pioniere dieser Forschungsrichtung bei Boeing. Ob sich die wirtschaftlichen Vorteile einer verkürzten Produktionsdauer oder niedrigeren Herstellungstemperatur in naher Zukunft allerdings auszahlen, ist offenbar noch unklar: die feiner strukturierten Nanokristall-Metalle sind in ihrer Herstellung noch wesentlich teurer als die Mikrokristall-Metalle. Der Forschungsbericht findet sich im Fachjournal Nature.

Dörte Saße, Nature, CNN