Gekoppelte funktionelle und strukturelle Ermüdung (GFSE) von Formgedächtnisaktoren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gunther Eggeler; Professor Dr.-Ing. Bernd Kuhlenkötter
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 498172553

Das Projekt zielt auf ein besseres wissenschaftliches Verständnis der gekoppelten funktionellen / strukturelle Ermüdung (GFSE) von NiTi-basierten Formgedächtnislegierungen (FGL) ab. FGL zeichnen sich durch die faszinierende Eigenschaft aus, dass sie ihre ursprüngliche Geometrie nach einer starken Verformung wiederherstellen können. Entsprechende Legierungen werden für Aktor-Anwendungen in verschiedensten ingenieurtechnischen High-Tech-Bereichen verwendet, um z.B. Objekte zu bewegen, Schaltvorgänge auszulösen oder Ventile zu regeln. Derzeit dringen FGL zunehmend in Massenmärkte vor. Von dem Werkstoff wird heute gefordert, dass der Formgedächtniseffekt über eine immer größere Dauer bzw. Zyklenzahl ohne kritische Degradationserscheinungen abgerufen werden kann. Für die Lebensdauer von Aktoren spielt daher die GFSE - besonders bei hohen Zyklenzyhlen - eine entscheidende Rolle. Es handelt sich dabei um ein Phänomen, welches sowohl durch eine funktionelle Degradation als auch durch die simultane Entstehung und Ausbreitung von Ermüdungsrissen gekennzeichnet ist. Dieses Phänomen hat bislang nur eine völlig unzureichende wissenschaftliche Beachtung erfahren, obgleich es in modernen Aktorikanwendungen lebensdauerbegrenzend wirkt. In dem Projekt arbeiten Wissenschaftler aus den Bereichen der Werkstoffwissenschaft und der Produktentwicklung/Produktionstechnik mit dem Ziel zusammen, die GFSE besser zu verstehen und so die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von FGL-Komponenten zu erhöhen. Am Lehrstuhl Werkstoffwissenschaft (LWW) werden werkstoffspezifische Aspekte zur GFSE-Schädigung betrachtet. Dabei geht es um den Verlauf und um die grundlegenden Mechanismen der GFSE-Schädigung, um mikrostrukturelle Aspekte und um die Rolle der Legierungszusammensetzung. Am Lehrstuhl für Produktionssysteme (LPS) werden Untersuchungen zur Ermüdungslebensdauer, zum Einfluss von Betriebsparametern und Aktordesign durchgeführt. Ein wichtiger Punkt ist, dass in Bochum verschiedene Legierungen und Materialzustände betrachtet werden, die vor Ort selbst hergestellt, untersucht, und auch in Aktor-Prototypen getestet werden sollen. Ein besseres Verständnis der GFSE ermöglicht die Entwicklung bzw. die Auswahl von optimierten Werkstoffen sowie die Anpassung von Betriebsparametern und Aktordesign. Beide Projektpartner betrachten gemeinsam Schlüsselfragen, die für einen wissenschaftlichen Fortschritt in diesem für die Formgedächtnistechnologie wichtigen Bereich von großer Bedeutung sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen