Magnesium leichter verformen

Einblick in Kristallstruktur könnte zu breiterer Nutzung des Leichtmetalls im Karosseriebau führen
Das Leichtmetall Magnesium lässt sich wegen seiner hexagonalen Kristallstruktur nur schwer in beliebige Formen biegen. Eine Analyse der atomaren Prozesse während des Verbiegens könnte die Verformbarkeit des Werkstoffs steigern helfen.
Das Leichtmetall Magnesium lässt sich wegen seiner hexagonalen Kristallstruktur nur schwer in beliebige Formen biegen. Eine Analyse der atomaren Prozesse während des Verbiegens könnte die Verformbarkeit des Werkstoffs steigern helfen.
© CSIRO (CC BY 3.0)
Xi´an (China) - Magnesium ist deutlich leichter als Stahl und Aluminium. Daher ist das Leichtmetall für den Bau sparsamerer Flugzeuge und Autos sehr begehrt. Doch um passende Bleche aus Magnesium zu formen, sind bisher mehrere energieintensive und kostspielige Prozessschritte nötig. Eine bessere Verformbarkeit hat nun eine internationale Forschergruppe im Blick. Wie sie in der Fachzeitschrift „Science“ berichten, konnten sie die für die Formbarkeit wichtige Verschiebung von Atomen im Magnesium-Kristallgitter exakt analysieren. Ihre Ergebnisse haben das Potenzial, die Produktion von leichteren Bauteilen aus Magnesium drastisch zu vereinfachen.

Bleche aus Aluminium lassen sich nahezu mühelos in beliebige Formen verbiegen. Der Grund liegt in der kubischen, würfelförmigen Kristallstruktur des Metalls. Magnesiumatome ordnen sich dagegen in einem hexagonalen Gitter an – eine kristalline Elementarzelle ähnelt einer Säule mit sechseckiger Grundfläche. Beim plastischen, also dauerhaften Verformen verändert sich das Kristallgitter, Atome finden neue Plätze und sogenannte Versetzungen bilden sich aus. Beim kubisch aufgebauten Aluminium ist dies leicht über viele Wege möglich, beim hexagonalen Magnesium dagegen sind die Möglichkeiten für Versetzungen beschränkt. Genau dieses Verhalten analysierte nun Bo-Yu Liu von der Jiaotong University in Xi´an gemeinsam mit Kollegen aus Australien und den USA genauer.

Für ihre Untersuchungen wählten die Forscher sehr kleine, kaum einen Mikrometer durchmessende Magnesium-Einkristalle. Diese Proben verformten sie und beobachteten die Änderungen des kristallinen Aufbaus mit einem Rasterelektronenmikroskop. Im Unterschied zu bisherigen Annahmen zeigten die Atome im Magnesiumkristall eine überraschende Beweglichkeit. Entlang zweier Ebenen im Kristallgitter – wegen ihrer Form pyramidal genannt – bildeten sich die für das plastische Verformen nötigen Versetzungen. Deutlich größere Magnesiumstücke zeigen dieses Verhalten allerdings nicht. Je kleiner ein Kristall aus Magnesium also ist, desto besser lässt er sich bei gleichbleibender Stabilität verformen.

Nun hoffen Liu und Kollegen, auf der Basis ihrer Ergebnisse einen Weg zu finden, um auch größere Magnesiumstücke, wenn nicht gar ganze Bleche leichter verformen zu können. Dazu ist es jedoch notwendig, die Mobilität der Atome entlang pyramidaler Ebenen auch in großen Magnesiumkristallen zu erhalten. Andere Effekte beim Verformen, die zum Bruch von Magnesiumstücken führen, müssten parallel unterdrückt werden. Weitere Arbeiten könnten zeigen, mit welchen Methoden sich die Verformbarkeit kleiner Kristalle auf große Magnesiumstücke übertragen ließe. Sollte dieser Schritt gelingen, locken bis zu einen Drittel leichtere Flug- und Fahrzeuge mit entsprechend geringerem Treibstoffbedarf.

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