FWF - ELISHA - Auswirkungen von elektrischem Strom auf die Selbstheilung von Al-Legierungen

Aluminium zeigt, wie einige andere Metalle, das Potential zur Selbstheilung. Diese wird allerdings – anders als bei Hochleistungsbeton und Kunststoffen – zum gegenwärtigen Zeitpunkt praktisch nicht genutzt. Dabei könnte sie, in Kombination mit anderen Ansätzen zur Ressourcenschonung, die Aluminumproduktion in Zukunft weitaus nachhaltiger gestalteten. In diesem Projekt werden wir die Selbstheilungseigenschaften von Aluminiumlegierungen durch Diffusionsmechanismen erforschen. Materialschäden in Form von kleinsten Poren treten unweigerlich durch thermische und/oder mechanische Belastungen während des Betriebes auf und führen letztendlich zum Versagen der Bauteile. Wir wollen im Rahmen dieses Projektes herausfinden, wie Selbstheilungsprozesse, ausgelöst durch hohe Temperaturen, elektrische Ströme oder mechanische Belastungen, so gelenkt werden können, dass sich bereits gebildete Schäden durch Diffussion wieder zurückbilden. Zunächst muss auf Basis des Diffusionsverhaltenes diverser Elemente in Aluminum die Legierungszusammensetzung definiert werden, wofür insbesondere Materialssimulationen verwendet werden. Daraufhin wird im 3D Druck Verfahren das Metallpulvergemisch mit definierter Zusammensetzung durch die Hitzeeinwirkung einer Laserquelle zunächst aufgeschmolzen und anschließend erstarrt. An diesen so gewonnen Testproben untersuchen wir mittels multiskaliger Elektronenmikroskopie die Porenentwicklung sowie die Selbstheilungsprozesse, die durch hohe Temperaturen, elektrische Ströme sowie mechanische Belastung ausgelöst werden und vergleichen die Ergebnisse mit jenen von traditionell gefertigten Materialien. Abschließend versuchen wir, die beobachteten Phänomene anhand mathematischer Gleichungen und physikalischer Konzepte unter verschiedenen Betriebs- und Nachbehandlungsbedingungen zu beschreiben.