Verbundprojekt: Leichtbau mit hochfesten Aluminium-Scandium-Legierungen für die Wasserstoffmobilität, die Luftfahrt und den Fahrzeugbau

Abstract

Der zum Teil geplante Umstieg auf Wasserstoff als Energielieferant 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, wurde das Potential von Scandium als Legierungselement in Aluminiumlegierungen untersucht und am Beispiel eines Wasserstoffventils aufgezeigt. 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 bisher entgegengestanden. Durch die Erschließung neuer Vorkommen und Entwicklung neuer Verfahren zur Scandium-Gewinnung, beispielsweise in Australien, Kanada und Schweden, ist allerdings mit einer Reduktion des Scandiumpreises und einer Erweiterung potentieller Lieferanten zu rechnen. Das Ziel im Projekt AluScaL war es, die Prozesskette von der Rohstoffgewinnung, der Legierungsentwicklung und der Fertigung bis zum Bauteil darzustellen und die Tauglichkeit für den Leichtbau und Wasserstoffanwendungen nachzuweisen. Als Pilotanwendung diente ein Wasserstoffventil. Für diese Anwendung wurden im Rahmen des Projektes die unterschiedliche Fertigungsrouten Schmieden sowie additive Fertigung betrachtet. Jede Fertigungsroute wurde mit Standard Materialien erprobt und anschließend eine abgestimmte Aluminium-Scandium-Legierung für jeden Prozess entwickelt. Auch für die mechanische Bearbeitung des fertigen Ventilgehäuses wurden speziell entwickelte Werkzeuge genutzt. Am Ende des Projektes war es möglich für ein konstruktiv optimiertes, geschmiedetes und gedrucktes Wasserstoffventil die gesamte Prozesskette abzubilden und das Potential von Scandium als festigkeitssteigerndes Legierungselement in Aluminium nachzuweisen.