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Accelerated Metallurgy - the accelerated discovery of alloy formulations using combinatorial principles

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Ein „Genomprojekt“ für Metalllegierungen

Ein EU-finanziertes Projekt stellte die Entschlüsselung von Rätseln bezüglich Metalllegierungen in Aussicht, die zuvor über jahrelange Fehler-und-Irrtum- sowie Laborforschung nur schwer erschlossen werden konnten. Das Projekt war so revolutionär wie das beispiellose Unterfangen zur Kartierung des menschlichen Genoms.

Industrielle Technologien
Grundlagenforschung

Lediglich 5 % aller möglichen Legierungen mit drei oder mehr Metallen sind gründlich erforscht worden. Dank eines neuen, automatisierten Verfahrens für Mischmetallpulver und für das Testen der Legierung auf attraktive Eigenschaften hin, ist es jetzt erstmals möglich, das Periodensystem zu durchkämmen, um eine optimale Leistung zu erzielen. Das EU-finanzierte Projekt ACCMET (Accelerated metallurgy - The accelerated discovery of alloy formulations using combinatorial principles) wurde initiiert, um den Legierungsentdeckungsprozess so zu beschleunigen, dass dieser unter Anwendung kombinatorischer Prinzipien im Gegensatz zu derzeit fünf bis sechs Jahren weniger als ein Jahr in Anspruch nimmt. Im Mittelpunkt von ACCMET stand das direkte Laserauftragschweißen (Direct Laser Deposition, DLD), welches es ermöglicht, zwei Pulvermetalle miteinander zu mischen, zu verschmelzen und auf ein Substrat abzulagern, das eine feste, dichte Legierungsfläche mit präziser Stöchiometrie bildet. Die automatisierte DLD-Synthese gestaltet sich 1000-mal schneller als konventionelle manuelle Methoden. Das direkte Laserauftragschweißen kann gemeinsam mit einer kombinatorischen Synthese und einem Testprotokoll angewandt werden, um den Prozess zu beschleunigen, indem der Fokus auf bestimmte Elementkombinationen und Tests gerichtet wird. Zur Identifizierung von Prozessparametern, Zusammensetzungen, Strukturen und Eigenschaften sind alle gesammelten Informationen in einer virtuellen Legierungsbibliothek zusammen mit fortschrittlichen Algorithmen gespeichert. Insbesondere experimentelle Ergebnisse werden mit Modellprognosen verglichen, um die Legierungsidentifizierung zu unterstützen. Algorithmen wie künstliche neuronale Netzwerke ermöglichen eine Prognose zu den chemischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften neuer Zusammensetzungen. Diese werden im Hinblick auf neue, vielversprechende Metalllegierungen als Input für die schnelle Synthese von Legierungen verwendet. Accmet hat für die europäische Metallurgieindustrie das erreicht, was Verfahren mit hohem Durchsatz für die pharmazeutische Industrie realisieren konnten: eine drastische Reduzierung der Produkteinführungszeit. Die Fokussierung auf umweltfreundliche Legierungen bereits früh in der Entwurfsphase wird in Kombination mit Lebenszyklusanalysen einen Beitrag für den Schutz natürlicher Rohstoffe und für den Übergang zu kohlenstoffarmen Technologien leisten.

Schlüsselbegriffe

Metalllegierungen, ACCMET, Metallurgie, Direct Laser Deposition, kombinatorische Synthese

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