Verständnis der Grenzflächenwirkung hinsichtlich mechanischer Eigenschaften und Mikrostruktur verschiedener ARB prozessierter Metalllaminate

Verbundmaterialien sind für viele Anwendungen unverzichtbar, da in der Kombination verschiedener Werkstoffklassen häufig Verbundeigenschaften erreicht werden können, die anders nicht möglich wären. Allerdings ist es auch innerhalb einer Werkstoffklasse – wie den Metallen – möglich, Verbundwerkstoffe herzustellen, wobei die Eigenschaften der Komponenten ebenfalls sehr unterschiedlich sein können und wiederum das Ziel verfolgen, die bisherigen Grenzen der Werkstoffe z. B. hinsichtlich Festigkeit, Lebensdauer oder Leitfähigkeit zu erweitern und neue Eigenschaftsprofile auf vorhandene Anwendungen maßzuschneidern.

Der kumulative Walzprozess (ARB, engl.: Accumulative Roll Bonding) bietet die Möglichkeit, diese heterogenen Lagenstrukturen im Labor und industriellen Maßstab zu realisieren. Diese sogenannten metallischen Laminatkomposite (LMC, engl.: laminated metal composites) können sowohl in deren Architektur als auch die Größenordnung der Mikrostruktur über den ARB Prozess maßgeschneidert werden, sodass die mechanischen und mikrostrukturellen Eigenschaften des Laminatverbunds gezielt angepasst und verändert werden können. Durch die geschickte Kombination bestimmter metallischer Werkstoffe bzw. Legierungen können Laminatstrukturen hergestellt werden, die beispielsweise hochleitfähig und thermisch belastbar sind oder neben herausragenden mechanischen Eigenschaften eine erhöhte Lebensdauer und Schadenstoleranz besitzen. Die verbesserten Materialeigenschaften können im konkreten Anwendungsfall zu Materialeinsparungen oder Performancesteigerung genutzt werden.

In diesem Projekt werden verschiedenste Laminate hergestellt, wobei die Grundmaterialien sowohl in kubisch flächenzentrierter (kfz, z. B. Aluminium oder Kupfer), kubisch raumzentrierter (krz, z. B. Eisen oder Niob) und hexagonal dichtest gepackter Struktur (hdp, z. B. Titan und Zink) vorliegen. Die unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften im Ausgangszustand vor dem Walzprozess sowie die Entwicklung derselben während der Hochverformung im ARB Prozess führen an der Grenzfläche beider Konstituenten zu Zwangsbedingungen, die nachweislich die Gesamteigenschaften und Mikrostrukturentwicklung beeinflussen. Das Grundverständnis der Vorgänge an eben jener Grenzfläche, die Entwicklung des Eigenschaftsprofils und die systematische Untersuchung der Einflussgrößen steht im Fokus der beschriebenen Forschungsarbeit.