Entwicklung thermomechanischer Prozessrouten zur gezielten Mikrostrukturmodifikation von vielkristallinen CoNiGa Formgedächtniswerkstoffen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Philipp Junker; Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560578888

Hochtemperaturformgedächtnislegierungen (HT-FGL) aus Cobalt-Nickel-Gallium (CoNiGa) bieten hervorragenden Formgedächtniseigenschaften im einkristallinen Zustand. Die wirtschaftlich deutlich attraktiveren vielkristallinen CoNiGa-FGL weisen allerdings aufgrund stark richtungsabhängigen Umwandlungsdehnungen sehr hohe interkristalline Spannungen auf, die zu schneller Rissbildung und einer sehr geringen funktionellen Stabilität führen. Ziel des Forschungsprojektes ist es, Prozessrouten zu entwickeln, die durch eine thermomechanische Behandlung die Herstellung von CoNiGa-Formgedächtniswerkstoffen mit einer maßgeschneiderten Mikrostruktur ermöglichen, die zu geringen interkristallinen Spannungen während der Phasenumwandlung führt und damit eine hohe funktionelle Stabilität aufweist. In ersten Vorarbeiten sind bereits vielversprechende Strukturen mit wenigen sehr großen Körnern und parallelen Korngrenzen durch eine Kombination aus Strangpressen und Wärmebehandlung erzeugt worden. Im Projekt werden nun einerseits die mikrostrukturellen Vorgänge simulativ abgebildet, womit letztendlich ein tieferes Prozessverständnis aufgebaut und eine Auslegung der Prozessroute auf Basis der geforderten Ziel-Mikrostruktur ermöglicht wird. Andererseits werden vielkristalline CoNiGa-Werkstoffe thermomechanisch mittels einer Kombination aus Strangpressen und Wärmenachbehandlung behandelt, kristallographisch und mikrostrukturell charakterisiert und ihre mechanischen sowie funktionellen Eigenschaften bewertet. Abschließend werden die Erkenntnisse zur Übertragung des Prinzips auf ein weiteres Legierungssystem genutzt. Mit den im Projekt hergestellten vielkristallinen CoNiGa-FGL hoher funktioneller Stabilität soll der Grundstein gelegt werden, die vielversprechenden Eigenschaften der einkristallinen Werkstoffe für die Anwendung im Hochtemperaturbereich (etwa als pseudoelastische Hochtemperaturdämpferelemente) zu qualifizieren. Derzeit stehen einer solchen Anwendung die enormen technischen und ökonomischen Herausforderungen einkristalliner Werkstoffe im Weg.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen