Polygon Empowered Stress-Control (POEMS): Neuartiges Wirkkonzept zur produktionstechnischen Realisierung selektiv gradierter Formgedächtnislegierungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 561222279

In einkristalliner Form können Formgedächtnislegierungen (FGL) reversible pseudoelastische oder pseudoplastische Dehnungen von bis zu 26,5 % aufweisen. In kommerziell genutzten vielkristallinen Legierungen werden meist jedoch nur Dehnungen von bis zu 8 % erreicht. Zudem kommt es bei zyklischer Beanspruchung meist rasch zu einem ausgeprägten Funktionsverlust. Im beantragten Projekt soll dieser sogenannten funktionalen Ermüdung, die bisher die Nutzung der FGL auf Nischenanwendungen beschränkt, mit einem völlig neuen produktionstechnischen Ansatz gezielt entgegen gewirkt werden, sodass sich eine deutlich höhere Ermüdungsresistenz der FGL ergibt. In der Literatur werden bisher drei Ansätze (Anpassung der chemischen Zusammensetzung, gezielte Einstellung von Korngrenzen und deren Eigenschaften, gezielte spannungsüberlagerte Auslagerung in der Martensitphase) verfolgt, um die funktionale Ermüdung zu überwinden. Im Unterschied zu den bisher verfolgten Ansätzen, die alle mit erheblichen Nachteilen, wie z. B. einer Verschiebung der Phasenumwandlungstemperatur, einer Reduktion der nutzbaren Umwandlungsdehnung etc. verbunden sind und letztlich die Entwicklung neuer Werkstoffe erfordern, soll hier erstmals ein produktionstechnisch geprägter Ansatz verfolgt werden, der keine Neuentwicklung auf der Materialseite erfordert. Der Ansatz beruht auf der Annahme, dass es durch gezielt eingebrachte Polygonstrukturen gelingen kann, lokale Spannungsfelder zu erzeugen, die aktiv die Auswahl der Nukleationspunkte bei der martensitischen Phasenumwandlung beeinflussen und so die Habitusebenen zyklenstabil ortsfest halten. In Vorversuchen konnte gezeigt werden, dass die Phasenumwandlung sich durch eingebrachte nanoskalige Polygonstrukturen gezielt beeinflussen lässt und auf der mikrostrukturellen Ebene auch reversibel verläuft. Um das volle Potential des neuartigen Verfahrens nutzen zu können, müssen zunächst systematische Grundlagenuntersuchungen durchgeführt und dann auch Verfahren entwickelt werden, die eine Skalierung hin zu technisch relevanten Produktionsprozessen ermöglichen. Mit dem beantragten Vorhaben wird auch in dieser Hinsicht Neuland betreten. Vision ist es, dass mit dem neuen Ansatz ein Paradigmenwechsel zur Entwicklung funktional stabiler und lokal gradierbarer FGL erreicht werden kann.

• DFG-Verfahren: Reinhart Koselleck-Projekte