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Halogeneffekt schützt Leichtbauwerkstoffe vor Oxidation

Otto von Guericke-Preis 2004 an DECHEMA-Professor

03.11.2004

Der Otto von Guericke-Preis 2004 der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereingungen (AiF) wird in diesem Jahr an Professor Dr.-Ing. Michael Schütze vom Karl-Winnacker-Institut der DECHEMA, Frankfurt am Main, verliehen. Die Auszeichnung würdigt herausragende Leistungen auf dem Gebiet der industriellen Gemeinschaftsforschung für kleinere und mittlere Unternehmen. Die Verleihung des mit 5000 Euro dotierten Preises erfolgt anläßlich der diesjährigen Tagung des Wissenschaftlichen Rates der AiF am 16. November 2004 in Berlin-Adlershof.

Professor Michael Schütze, Jahrgang 1952, studierte Werkstoffwissenschaften an der Universität Erlangen-Nürnberg und promovierte 1983 an der Rheinisch-Westfälischen TH Aachen, wo er sich 1991 auch habilitierte. Seit 1996 ist er Institutsleiter Werkstoffe am Karl-Winnacker-Institut der DECHEMA in Frankfurt am Main.

Mit seinen Arbeiten zum Halogeneffekt als innovativer Oxidationsschutz von neuartigen Leichtbauwerkstoffen (Titanaluminide) wird es möglich, diese bei Temperaturen bis zu 1000 Grad Celsius einzusetzen. Nach der Implantation von Halogenen in die Oberfläche der Bauteile werden selbst nach längeren Betriebszeiten nur wenige Mikrometer Metall durch Oxidation abgetragen. Die sich dadurch ergebende deutliche Erweiterung der Einsatzgrenzen dieser Werkstoffgruppe ist im Automobilbau und in der Luft- und Raumfahrt sowohl aus technologischer wie auch aus wirtschaftlicher Sicht von erheblicher Bedeutung.

Werden relativ geringe Mengen Halogen (Fluor, Chlor, Brom oder Jod) über Ionenimplantation oder Flüssigkeits-Tauchprozesse in die äußerste Werkstoffzone übertragen, tritt ein überraschender Oxidationsschutzeffekt auf. Die Halogene "lösen" bei Temperaturen zwischen 700 und 1000 Grad Celsius das Aluminium selektiv in Form von Aluminiumhalogeniden aus der Werkstoffoberfläche heraus. Verlassen die gasförmigen Halogenide die Oberfläche, reagieren sie mit dem Sauerstoff der Umgebung. Es bildet sich eine hauchdünne keramische Schutzschicht aus festem Aluminiumoxid, diese ist gasdicht und selbstheilend.

Vorteil dieser Oberflächenbehandlung ist, daß die Halogene auf eine oberflächennahe Schicht von etwa einem Mikrometer begrenzt bleiben und die mechanischen Bauteileigenschaften nicht beeinflussen. Weiterentwicklungen im Rahmen der Forschungsarbeiten des Preisträgers zusammen mit dem Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung des Forschungszentrums Rossendorf erlauben die Implantation nicht nur für ebene Oberflächen, sondern auch für komplexe Strukturen.

Für weniger hochpreisige Anwendungen, für die eine hohe Präzision nicht unbedingt notwendig ist, laufen Arbeiten zur Entwicklung kostengünstigerer Verfahren wie Tauchen, Streichen oder Spritzen von halogenhaltigen Reservoirschichten, die nach Eindiffundieren der notwendigen Halogenmenge in die Werkstoffoberfläche wieder entfernt werden. Die Arbeiten zeigen ähnliche Erfolge wie die Ionenimplantation mit geringen Abstrichen bei der Gleichmäßigkeit des Effekts über die gesamte Oberfläche.

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