Kasseler Forscher entlocken metallischen Formgedächtnislegierungen neue Geheimnisse

Forschenden des Fachgebiets Metallische Werkstoffe ist es gelungen neue Verformungsmechanismen in Formgedächtniswerkstoffen aufzudecken. Im Rahmen einer umfassenden Studie unter Beteiligung von Forschenden der TU Bergakademie Freiberg, der LMU München, der Neutronenforschungseinrichtung am Rutherford Appleton Laboratory in Oxford sowie der Tschechischen Akademie der Wissenschaften in Prag konnten weitreichende Erkenntnisse erarbeitet werden, welche nun in Nature Communications veröffentlicht wurden. Die Ergebnisse werden es erlauben, zukünftig neue und langzeitstabile Formgedächtniswerkstoffe zu entwickeln, unter anderem zum Einsatz nachhaltiger Lösungen im Bauwesen.

Formgedächtniswerkstoffe sind eine Klasse von Materialien, die sich durch einzigartige Eigenschaften auszeichnen, so z. B. ein Erinnerungsvermögen an eine zuvor aufgeprägte Form. „Formgedächtniswerkstoffe werden bislang vorrangig in der Biomedizin verwendet, u. a. als Gefäßstützen, den sog. Stents. Gelingt es uns Systeme zu entwickeln, welche auch in anderen Anwendungsfeldern eingesetzt werden können, werden sie sich in vielen weiteren High-Tech-Anwendungen etablieren. Ich denke hier u. a. an Anwendungen in Bauwerken, in denen diese Werkstoffe für mehr Sicherheit und Langlebigkeit sorgen können,“ sagt Prof. Thomas Niendorf, Leiter des Fachgebiets Metallische Werkstoffe im Institut für Werkstofftechnik der Universität Kassel. Ergänzend fügt Dr. Christian Lauhoff, der Erstautor der Studie und treibende wissenschaftliche Kraft hinter den experimentellen Untersuchungen auf Kasseler Seite: „Ein derartiger wissenschaftlicher Erfolg ist nur möglich in der Zusammenarbeit führender nationaler und internationaler Arbeitsgruppen. In unserer Studie haben wir nicht nur die Möglichkeit gehabt die untersuchten Probenmaterialen im Ganzen über die Neutronenbeugung zu beleuchten, zentral waren die Möglichkeiten der akustischen Emission sowie die tiefgehenden modellhaften Betrachtungen der zugrundeliegenden martensitischen Umwandlung. So konnten wir gleichzeitig sehen, hören und interpretieren, was gerade im Werkstoff passiert. Nur so konnte es uns gelingen den neuen Mechanismus aufzudecken und zu erklären.“ 

Die Zusammenarbeit zwischen den beteiligten Gruppen im Bereich der Formgedächtnislegierungen fußt auf einer langjährigen Tradition. Expertise der Kasseler Gruppe ist die mechanische und funktionale Bewertung der Formgedächtnislegierungen, die Freiberger Arbeitsgruppe ist weltweit führend in der akustischen Emission zur Analyse der Legierungen. Die Partner in München und Oxford wiederum tragen die Expertise zur Neutronenbeugung, während die Prager Kollegen weltweit sichtbar im Bereich der Modellbildung und Martensittheorie sind. Die langjährige Zusammenarbeit wurde und wird gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es ist geplant diese Aktivitäten zukünftig weiterzuführen, u. a. im Rahmen einer Forschungsgruppe. Die nun erlangten Erkenntnisse bilden hierzu eine exzellente Basis.

Die Publikation mit dem Titel “On the origin of acoustic emission in the stress-induced martensite regime of shape memory alloys“ ist frei zugänglich unter folgendem Link: https://doi.org/10.1038/s41467-026-73946-9