Magnetische Formgedächtnislegierung
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| Effizientere Aktuatoren aus "smarten" Werkstoffen, die weniger Energie verbrauchen |
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Es werden Anwendungen für die Haushaltselektronik und den Automobilsektor entwickelt
Nickel magazine, Mar. 02 -- Eine Legierung auf Nickelgrundlage, die als Reaktion auf ein
Magnetfeld ihre Form ändert, zieht derzeit Interesse auf sich und wird von einigen sehr einflussreichen
Sektoren wie z.B. dem US-Militär finanziert.
Ni2MnGa ist eine bekannte Formgedächtnislegierung, die nach einer Verformung als Reaktion auf eine Temperaturerhöhung wieder in ihre ursprüngliche Form zurückkehrt. Unlängst hat sich gezeigt, dass dieser Werkstoff ebenso stark auf Magnetfelder reagiert.
Die Möglichkeit, den Formgedächtniseffekt durch Magnetismus zu kontrollieren, könnte in der Entwicklung sogenannter "smarter" Werkstoffe einen wesentlichen Sprung nach vorn darstellen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Reaktion auf Magnetismus rascher und effizienter vonstatten geht als die herkömmliche temperaturinduzierte Reaktion.
Die Forscher erkannten das Potential des Formgedächtniseffektes von Ni2MnGa vor etwa zehn Jahren. Einige Jahre später beobachtete eine von Dr. Robert O'Handley und Dr. Kari Ullakko geleitete Gruppe am Massachusetts Institute of Technology (MIT) eine wesentliche feldinduzierte Spannung. 1996 kehrte Ullakko in seine Heimat Finnland zurück und gründete dort sein eigenes Unternehmen, AdaptaMat, das sich mit der Herstellung und Vermarktung von magnetischen Formgedächtniswerkstoffen (MSM) beschäftigt.
Inzwischen wurde die Arbeit am MIT mit finanzieller Unterstützung von Boeing und anderen Unternehmen fortgesetzt. Mittlerweile hat sich das MIT-Team als Teil eines universitätsübergreifenden Konsortiums auch langfristige finanzielle Unterstützung von Seiten des amerikanischen Verteidigungsministeriums gesichert, um MSM-Werkstoffe für die Anwendung in Sonartransducern und Vibrationsverringerungsystemen für die US- Navy zu entwickeln.
Bisher hat das Universitätskonsortium es geschafft, die Spannung von etwa 0,2% bei -8°C auf 6% bei Raumtemperatur zu steigern. Dies hat wesentliche Implikationen im Hinblick auf eine kommerzielle Anwendung des Werkstoffs in Pumpen und Ventilen.
"Wir haben herausgefunden, dass wir durch eine geringfügige Veränderung der Zusammensetzung (auf 50% Nickel, 29% Mangan und 21% Gallium) bei Raumtemperatur sogar noch bessere Ergebnisse erzielen konnten", erklärt O'Handley, der das Konsortium leitet. "Wir haben nachgewiesen, dass durch Anwendung von statischer Belastung die Legierung in ihre ursprüngliche Form zurückgebracht werden und immer wieder quasi-statisch zu derartigen Veränderungen veranlasst werden kann."
In jüngerer Zeit erzielte Durchbrüche haben es Dr. O'Handley und seiner Gruppe erlaubt, Spannung bei Frequenzen von bis zu 500 Hertz nachzuweisen und die Arbeitsfähigkeit des Werkstoffs (d.h. Spannung bei Belastung) zu charakterisieren. Ni2MnGa weist im Vergleich zu anderen magnetisch kontrollierten Werkstoffen eine 30 Mal größere Spannung bei Raumtemperatur auf. Dieser magnetische Formgedächtniseffekt unterscheidet sich vom klassischen temperaturinduzierten oder thermoelastischen Effekt. Während der letztere eine Transformation von der Martensitphase zur Austenitphase erfordert, vollzieht sich der erstere zur Gänze innerhalb der Martensitphase. Die Form ändert sich, wenn relativ zum Magnetfeld günstig ausgerichtete Zwillingsstrukturen auf Kosten der anderen Zwillingsstrukturen im Werkstoff wachsen.
Bei AdaptaMat hofft man, diese einzigartige Eigenschaft nutzen zu können, indem man Anwendungen entwickelt, die magnetische Feldenergie in mechanische Bewegung umwandeln. Dazu würden einfache elektromechanische Vorrichtungen zählen, die komplizierte Geräte in allen möglichen Produkten von der Elektronik bis zum Automobilsektor ersetzen könnten. Die in Helsinki ansässige Firma hat den MSM-Prozess in drei Ländern patentieren lassen und in mehreren anderen Ländern bereits Patente angemeldet.
AdaptaMat erzeugt gegenwärtig MSM-Sensoren sowie Aktuatoren mit Ausschlaglängen von bis zu 5 Millimetern und Kräften bis zu 2 Kilonewton. Das Unternehmen geht davon aus, dass auf die MSM-Werkstoffe eines Tages ein wesentlicher Anteil des weltweiten Markts für smarte Werkstoffe entfallen wird, der sich pro Jahr auf 1 Milliarde US-Dollar beläuft.
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Contacts: Emmanouel Pagounis |
