Metahybride für den funktionsintegrierten Leichtbau

Metahybride kombinieren mehrere Werkstoffhybride miteinander. Automoteam hat die Lösung Metahybrid entwickelt, die Polymere und Leichtmetalle zu einem Werkstoffsystem verbindet, das neue und gegensätzliche Materialeigenschaften bietet. Das Unternehmen ist dafür mit dem Industriepreis 2018 in der Kategorie „Forschung und Entwicklung“ ausgezeichnet worden.  Kunststoff-Metall-Hybridbauteile für den Leichtbau kombinieren die Stärken von Kunststoff und Metallen wie Stahl oder Aluminium, aber auch deren Schwächen. Beispielsweise muss für ein Hybridbauteil, das dem Verschleiß ausgesetzt ist, Stahl und nicht Aluminium verwendet werden. Sind dielektrische Eigenschaften gefordert, muss die Komponente aus Metall komplett mit Kunststoff ummantelt werden und kann dem Verschleiß nicht ausgesetzt werden. Das schränkt die Einsatzmöglichkeiten von Hybridbauteilen ein – besonders angesichts moderner Anforderungen an Multifunktionalität. Das technologische Ökosystem Metahybrid von Automoteam ermöglicht es, Polymere und Leichtmetall mit neuen isotropen, anwendungsspezifisch offenporigen oder selektiv-porösen Strukturen sowie anwendungsspezifisch modifizierte Oberflächeneigenschaften zu kombinieren. Die Metahybrid- Bauteile bieten größere Freiheit bei der Konstruktion und multifunktionelle Eigenschaften, auch mit gegensätzlichen oder extremen Anforderungen. 

Funktionelle Schwächen von Leichtmetallen bei Multi-Material-Anwendungen können mit dem Metaker-Surface-Verfahren aufgefangen werden: gegossene oder 3D-gedruckte Leichtmetall-Bauteile oder wasserbeständige Werkstoff-Hybride mit einer Komponente aus Leichtmetall werden mit einer Schicht ummantelt, die eine Dicke von bis zu 200 μm hat. Sie besteht aus einem Mikro-Verbundwerkstoff, ist heterogen, gradiert, multifunktional, mikrostrukturiert, mikroporös und atomar haftend. 

Ein mit Metaker modifiziertes 99,5 % Aluminium-Blech kann beispielsweise eine Oberflächen-Mikrohärte von über 1.00 HV, eine elektrische Durschlagsfestigkeite von 22kV/mm und eine Wärmeleitfähigkeit von 210 W/mK aufweisen. Auch Magnesium kann mit dem Verfahren behandelt werden, zum Beispiel eine Autofelge, die dann robust gegen Korrosion und Steinschlag ist und lackiert werden kann.

Mit neuen Eigenschaften wie diesen, können Leichtmetalle schwere oder teure Werkstoffe wie Stahl, Edelstahl, Keramik, Messing, Bronze oder PEEK ersetzen. Auch eine Oberflächenbearbeitung wie Phosphatieren oder Chromieren kann gegebenenfalls entfallen. Die Eigenschaften der Metaker-Randschicht sind einstell- und kombinierbar:

•  Wärme leitend, mikrostrukturiert und abriebfest (Tribologie);
•  dielektrisch und Wärme leitend (elektrische Kühlung, Thermoelektrik);
•  elektrisch leitend und abriebfest (elektrische Kontakte, EMV Abschirmung);
• wärmeleitend, korrosionsbeständig und Licht reflektierend (LED, IR-Messgeräte);
• atomar haftend, mikrostrukturiert und aktiviert (Kleben, Laminieren);
• körperverträglich, mikrostrukturiert und bioaktiviert (Medizin)

Openpore Light Metals (offenporige Leichtmetalle) brechen die Grenze zwischen Leichtmetallen und Leichtmetallschäumen auf. Sie werden im Kokillengießverfahren mit verlorenen Platzhaltern aus Kochsalz hergestellt. Vorteile sind, dass die Porengröße einstellbar ist, die isotrope Porosität serienmäßig reproduzierbar ist, das Gussgefüge eine hohe Stabilität hat und nahezu jede denkbare Form durch Metallbearbeitung und Oberflächenbehandlung möglich ist. Mit Metahybrid können multifunktionale Werkstoff-Hybride entwickelt werden, die bisher unbekannte Eigenschaften und Potenziale haben, z. B. hinsichtlich Gewicht, Funktionalität, Energieeffizienz, Ressourcenverbrauch, Umweltfreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit.