AluScaL - Leichtbau mit hochfesten Aluminium-Scandium-Legierungen für die Wasserstoffmobilität, die Luftfahrt und den Fahrzeugbau
Der zum Teil geplante Umstieg auf Wasserstoff als Energielieferant in Luftfahrt, Schienenfahrzeug-, Schiffs- und Straßenverkehr erfordert ständige Innovationen, um im globalen Wettbewerb eine führende Rolle einzunehmen. Hierzu zählt auch die Weiterentwicklung und Qualifizierung von neuen Materiallösungen. Im Rahmen des Projektes AluScaL, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert und vom Projektträger Jülich betreut wird soll das Potential von Scandium (Sc) als festigkeitssteigerndes Legierungselement in Aluminiumlegierungen untersucht und am Beispiel einer Anwendung aus der Wasserstoffmobilität aufgezeigt werden.
Scandium ist ein bereits seit längerem bekanntes Legierungselement, welches die mechanischen Eigenschaften von Aluminiumlegierungen, insb. die Festigkeitseigenschaften, stark verbessern kann. Der hohe Preis von Scandium sowie die Monopolstellung einzelner Länder bei der Bereitstellung haben einem breiten Einsatz von Aluminium-Scandium-Legierungen (Al-Sc-Legierungen) bisher entgegengestanden.
Durch kanadische, australische, aber auch europäische Initiativen ist es in den vergangenen Jahren gelungen, neue Vorkommen zu erschließen und neue Prozessrouten für die Scandiumgewinnung zu entwickeln. So wurde erst kürzlich das vermutlich größte Vorkommen seltener Erden (u.a. auch Scandium) im Nordschwedischen Kiruna entdeckt. Dadurch ist mit einer signifikanten Reduktion des jetzigen Scandiumpreises zu rechnen wodurch sich breitere Anwendungsfelder ergeben.
Das Ziel im Projekt AluScaL ist es, die Prozesskette von der Rohstoffgewinnung, der Legierungsentwicklung und der Fertigung bis zum Bauteil darzustellen und die Tauglichkeit für den Leichtbau und Wasserstoffanwendungen nachzuweisen.
Das DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte (DLR-FK) ist Konsortialführer und leistet im Projekt die mechanische Charakterisierung, die Untersuchung zur Wasserstofftauglichkeit und die Entwicklung von anwendungsnahen Konstruktions- und Simulationsmethoden für die neu entwickelten Al-Sc-Legierungen. Das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) entwickelt neue Legierungsvarianten aus Aluminium und Scandium und führt hierfür In-Situ-Gefüge-Analysen durch. Das Al-Sc-Master-Alloy wird dem Konsortium von der Firma Rio Tinto Alcan International aus Kanada zur Verfügung gestellt, welche als assoziierter Partner beteiligt ist. Des Weiteren unterstützt Rio Tinto das Projekt durch seine Expertise im Bereich der Legierungsentwicklung.
Für die Halbzeug- und Pulverherstellung wird das sogenannte Sprühkompaktieren durch die Firma Gränges Powder Metallurgy GmbH näher untersucht. Bei den Unternehmen Rosswag GmbH und LEIBER Group GmbH & Co. KG erfolgt die eigentlich Bauteilfertigung. Dabei wird bei der Rosswag GmbH das Ventil mit für die Legierungen geeigneten Verarbeitungsparametern additiv gefertigt und bei der LEIBER Group ein an den neuen Werkstoff angepasster Schmiedeprozess zur Fertigung genutzt. Als Pilotanwendung für die Technologie dient ein Wasserstoffventil der Argo-Anleg GmbH, welches nach erfolgter Herstellung dort auch erprobt wird. Für die abschließende spanende Bearbeitung entwickelt die Gühring KG entsprechende Zerspanungswerkzeuge. Als weitere assoziierte Partner unterstützen Recaro Aircraft Seating GmbH & Co. KG und Liebherr-Aerospace Lindenberg GmbH das Projekt. Für die Partner Recaro Aircraft Seating und Liebherr-Aerospace stehen die jeweilige Anwendung und der Technologietransfer in andere Branchen im Vordergrund.
Durch dieses breit aufgestellte und leistungsfähige Konsortium ist eine vollumfängliche Betrachtung und Bewertung der entwickelten Legierungssysteme und Baugruppen möglich. So können neue Anwendungen erschlossen und das Potential von Al-Sc-Legierungen branchenübergreifend voll ausgeschöpft werden. Zudem wird ein wichtiger Beitrag für die Technologieführerschaft im Bereich der Wasserstofftechnologien in Deutschland geleistet.
