Moderne Aluminiumlegierungen als perfekte CO2-Bremse

Neue Forschungen von TRIMET liefern den Nachweis, dass trimal-38 einen höheren Anteil an Recyclingmaterial mit Bestandteilen an Eisen und Kupfer aufnehmen kann, ohne die mechanischen Eigenschaften zu beeinträchtigen. Die Legierung trägt so zu einer weiteren Reduktion des CO₂-Fußabdrucks bei. Denn gegenüber Primärmetall spart die Verwendung von Recyclingaluminium bis zu 85 Prozent CO₂ und 95 Prozent Energie ein. TRIMET hat diesen Effekt bereits bei der Legierung trimal-04 (AlSi10MnMg) genutzt. Fahrzeugbauer und andere Anwender setzen diese Recyclinglegierung erfolgreich als Alternative zur Primärlegierung trimal-05 (AlSi10MnMg) ein.

Forschungsprojekt „SUPA-Wheel“

Seine Erfahrungen bei der Werkstoffentwicklung bringt TRIMET in das Forschungsprojekt „SUPA-Wheel“ ein. Das Verbundprojekt der Fachhochschule Dortmund verfolgt das Ziel, ein Aluminiumrad zu entwickeln, das die technischen, ökonomischen und ökologischen Anforderungen von Herstellern für unterschiedliche Antriebsstränge erfüllt. Die Projektbeteiligten erarbeiten eine branchen- und materialübergreifende Entwicklungs- und Konstruktionsmethodik, die die CO₂-Bilanz eines Produktes berechnet und bei der Verarbeitung berücksichtigt. Damit sollen CO₂-Emissionen reduziert und nach Möglichkeit sogar vermieden werden.

TRIMET übernimmt in dem Projekt die Entwicklung, Charakterisierung und Produktion von recyclingfähigen und auf Recyclingmaterial basierenden Materialien zur Produktion von Rädern im Niederdruckgussverfahren. Mittels einer Entwicklungsmethodik, die auf der sogenannten statistischen Versuchsplanung (englisch: Design of Experiment, DoE) basiert, werden dabei Gleichgewichts-, Gefüge- und Eigenschaftssimulationen, Laborabgüsse und spezifische Wärmebehandlungen bewertet. Mit einem anschließendem Eigenschaftsscreening gelingt es so, sich der Legierung, die den Anforderungen optimal entspricht, iterativ zu nähern.

Mit der Charakterisierung und Bewertung der Laborwerkstoffe verfolgt TRIMET vor allem den Zweck, einen möglichst hohen Anteil an Recyclingaluminium einzusetzen. Neben entsprechenden Vorbehandlungs- und Reinigungsmaßnahmen des Recyclingmaterials werden die unterschiedlichen Entwicklungslegierungen erschmolzen und der maximal mögliche Rezyklatanteil ermittelt. Darüber hinaus untersuchen die TRIMET Spezialisten legierungstechnische Maßnahmen, um das geforderte Eigenschaftsprofil möglichst kosteneffizient zu erreichen. Die aussichtsreichsten Legierungen stellt das Unternehmen im Vorserien- und Produktionsmaßstab auf seinen Versuchsanlagen her. Die Projektpartner verarbeiten diese Legierungen dann im entsprechenden Maßstab mittels Niederdruckguss weiter.

TRIMET verfolgt mit diesem Teilvorhaben das Ziel, ein fundamentales Verständnis der relevanten Wechselwirkungen zwischen Prozessparametern und deren Auswirkungen auf die technologischen Eigenschaften der Sekundärmaterialien entlang der gesamten Prozesskette zu gewinnen. Neben TRIMET sind die Unternehmen Borbet und Jordan Spritzgusstechnik sowie das Forschungsinstitut Fraunhofer IGCV Verbundpartner von „SUPA-Wheel“. Das bis Ende 2025 laufende Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aus Mitteln des Technologietransfer-Programms Leichtbau gefördert.

Legierungen mit hohem Recyclinganteil

Wenn es um Werkstoffe geht, die Ansprüche der Nachhaltigkeit erfüllen, verfügt TRIMET über umfassende Erfahrungen. So entwickelt die Abteilung Forschung und Entwicklung des Unternehmens recyclingfähige Legierungsvarianten von handelsüblichen Primärlegierungen. Dabei ist sichergestellt, dass die neuen Legierungen keine wesentlich veränderten Eigenschaften gegenüber ihren Pendants aus Primärmetall aufweisen. Dies gilt für Strukturbauteile und Rahmen im Maschinenbau ebenso wie für Fenster- und Türprofile im Baubereich, für Stromleiter in der Energiewirtschaft, für Strukturbauteile in Windkraft- und Photovoltaikanlagen sowie für Bumper und Batteriekästen im Fahrzeugbau. Beispiele für nachhaltige Werkstoffalternativen sind die Knetlegierungen trimal-52 und trimal-53. Sie vereinen höchste Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit mit der für die Verwendung in Strukturbauteilen geforderten Crasheignung.

Neben Standardwerkstoffen entwickelt das Unternehmen in enger Zusammenarbeit mit seinen Kunden Sonderlegierungen für spezielle Anwendungen. Dafür stehen neueste rechnergestützte Simulationstechnik wie die CalPhaD-Methode und eine Gieß-/Erstarrungssimulation nach der Finite-Elemente-Methode sowie eine Laborausstattung zur Verfügung, die mechanische Prüfungen, Mikrostrukturuntersuchungen (LiMi, REM, XRD) sowie die Bestimmung elektrischer und korrosionschemischer Eigenschaften erlaubt. Hinzu kommen Kleinstschmelz- und Wärmebehandlungsaggregate für Formate von fünf bis 40 Kilogramm sowie eine Versuchsgießanlage im produktionsnahen Maßstab. So kann TRIMET Sonderlegierungen in Versuchsmengen von bis zu fünf Tonnen in exakt jenen Geometrien abgießen, die der Verarbeiter unter realen Bedingungen auf seinen Produktionsanlagen einsetzt.