Untersuchung des funktionellen Ermüdungsverhaltens einer magnetischen Formgedächtnislegierung in Abhängigkeit vom Ausscheidungszustand

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 259317613

Ziel des in Kooperation mit dem Siberian Physical Technical Institute der Tomsk State University geplanten Forschungsvorhabens ist die umfassende Analyse des funktionellen Ermüdungsverhaltens einer magnetischen CoNiGa-Formgedächtnislegierung. Frühere Arbeiten an einer konventionellen NiTi-Formgedächtnislegierung zeigten bereits, dass es durch Auslagerungsbehandlung unter überlagerter mechanischer Spannung möglich ist, gezielt bestimmte Ausscheidungsvarianten einzustellen. Diese führten zu einer deutlichen Verbesserung des funktionellen Ermüdungsverhaltens. In Vorarbeiten konnte bereits gezeigt werden, dass sich auch in CoNiGa-Einkristallen gezielt bestimmte Ausscheidungsvarianten einstellen lassen. Da bei CoNiGa eine magnetfeldinduzierte Formänderung möglich ist, kann hiermit eine viel höhere Leistungsdichte als bei konventionellen Formgedächtnislegierungen erzielt werden. Im Hinblick auf mögliche Anwendungen ist jedoch die zyklische Stabilität der Mikrostruktur entscheidend. Die Arbeitshypothese ist, dass - ähnlich wie im System NiTi - durch bestimmte Ausscheidungsvarianten wesentlich bessere zyklische Stabilität zu erreichen sein wird. Im Rahmen des geplanten Forschungsvorhabens soll das funktionelle Ermüdungsverhalten sowohl beim konventionellen, als auch für den magnetischen Formgedächtniseffekt in Abhängigkeit vom eingestellten Ausscheidungszustand untersucht werden. Auf Seite der russischen Projektpartner werden zunächst die Ausscheidungszustände mittels Transmissionselektronenmikroskopie in Abhängigkeit der Auslagerungsbedingungen charakterisiert. Anschließend erfolgen Untersuchungen zum Einfluss des Ausscheidungszustands auf den konventionellen Formgedächtniseffekt und die funktionelle Ermüdung. Am Institut für Werkstoffkunde steht hingegen die funktionelle Ermüdung in gepulsten Magnetfeldern im Fokus. Hierfür wird eine Hochstromimpulsanlage zur Erzeugung von Impulsen hoher magnetischer Feldstärken (bis zu 40 kOe) verwendet. Der Einfluss des Ausscheidungszustands auf die Kenngrößen des magnetischen Formgedächtniseffekts wird systematisch untersucht. Ziel ist es, grundlegend zu verstehen, welche Bedingungen erfüllt sein müssen, um eine über viele Zyklen reversible magnetfeldinduzierten Formänderungen zu erreichen. Hierfür wird an Proben mit unterschiedlichem Grad an funktioneller Degradation die mikrostrukturelle Entwicklung mit elektronenoptischen Verfahren untersucht, um die Schädigungsmechanismen aufzuklären. Dies soll auch die Voraussetzungen schaffen, um später für konventionelle Formgedächtnislegierung bestehende Modelle so weiterentwickeln zu können, dass letztlich eine validierte Vorhersage des Bauteilverhaltens unter praxisrelevanten Bedingungen möglich wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Beteiligte Person: Dr. Irina Kireeva