Mit Spitzenforschung gegen Metall-Ermüdung

Eine Nachwuchs-Forschergruppe des Spitzenbereichs wird unter Leitung von Dr.-Ing. Igor Altenberger am Institut für Werkstofftechnik der Universität Kassel ab Juli entstehen. Mit Unterstützung des Emmy Noether-Programms der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) wird er seinen eigenen, in Deutschland einzigartigen Forschungsschwerpunkt aufbauen. Dabei geht es darum, die Ermüdung von Metallteilen, wie sie in Flugzeugturbinen oder im Kraftwerksbau verwendet werden, durch Randschichtverfestigung zu vermeiden. Bei der Randschichtverfestigung wird bei metallischen Werkstoffen, insbesondere an hochbeanspruchten Stellen, die Oberfläche lokal durch spezielle Verfahren wie Kugelstrahlen, Festwalzen oder Laserschockverfestigung mechanisch bearbeitet. Anders als beim Beschichten von Metallen kommt es dabei zu keiner Änderung der chemischen Zusammensetzung. In der Nachwuchs-Forschergruppe will Altenberger klären, warum diese Randschichten die Metalle vor dem Prozess der Ermüdung schützen.

Mit dem Emmy Noether-Programm fördert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) den Aufbau der Nachwuchsforschergruppe. Das Emmy Noether-Programm soll besonders qualifizierten jungen Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftlern einen Weg zu früher wissenschaftlicher Selbständigkeit eröffnen. Den in diesem Programm geförderten WissenschaftlerInnen wird unmittelbar nach der Promotion die Möglichkeit gegeben, über einen zusammenhängenden Zeitraum von maximal sechs Jahren durch einen Forschungsaufenthalt im Ausland und eine anschließende eigenverantwortliche Forschungstätigkeit im Inland die Voraussetzungen für eine Berufung als Hochschullehrer/in zu erlangen. Verbunden mit der Leitung einer eigenen Nachwuchsgruppe ist auch die Übernahme qualifikationsspezi fischer Lehraufgaben in angemessenem Umfang. Der Materialforscher Igor Altenberger zählt zu den ersten Emmy Noether-Stipendiaten, die nach zwei Jahren Forschungsaufenthalt im Ausland nach Deutschland zurückkehren; er wird Ende Mai wieder an der Kasseler Universität sein.

Altenberger untersuchte an der University of California, Berkeley, in den vergangenen zwei Jahren das Ermüdungsverhalten von Metallen, z.B. solchen, die in Flugzeugturbinen oder im Kraftwerksbau verwendet werden. Unter Ermüdung verstehen Materialforscher die Entstehung und Ausbreitung feinster Risse, die durch zyklische Beanspruchung von Materialien verursacht werden. Diese können schlimmstenfalls zum Durchbrechen ganzer Bauteile führen und stellen eine häufige Schadensursache im Maschinen- und Fahrzeugbau dar. Um diesen Prozess aufzuhalten und die Sicherheit von Bauteilen zu erhöhen, werden metallische Werkstoffe mechanisch randschichtverfestigt. Das bedeutet, dass insbesondere an hochbeanspruchten Stellen die Oberfläche lokal durch spezielle Verfahren wie Kugelstrahlen, Festwalzen oder Laserschockverfestigung mechanisch bearbeitet wird, ohne dass es dabei zu einer Änderung der chemischen Zusammensetzung kommt, wie etwa beim Beschichten.

Igor Altenberger interessiert sich dafür, warum diese Randschichten die Metalle vor dem Prozess der Ermüdung schützen. Bereits in seiner Doktorarbeit am Kasseler Institut für Werkstofftechnik, die er 1999 in der Forschungsgruppe Metallische Werkstoffe unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Berthold Scholtes im Fachbereich Maschinenbau mit Auszeichnung abgelegt hatte und die auch mit einem Nachwuchspreis der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde ausgezeichnet wurde, befasste er sich mit der Randschichtverfestigung. Er fand heraus, welchen bedeutenden Einfluss die Mikrostruktur derartiger Randschichten beim Schutz metallischer Werkstoffe gegen Ermüdung ausübt. An der University of California untersuchte er an einem besonderen Mikroskop, dem Transmissionselektronenmikroskop, unter in-situ-Bedingungen, wie sich die oftmals nanokristalline Mikrostruktur der unmittelbaren Randschicht bei thermischer Beanspruchung verändert. Diese Untersuchungen könnten dazu beitragen, die Randschichten von Metallen für den Hochtemperatureinsatz weiter zu verbessern, sagt Igor Altenberger. Er sei froh, dass er durch das Emmy Noether-Programm die Möglichkeit bekomme, seinen eigenen, in Deutschland einzigartigen Forschungsschwerpunkt aufzubauen, wie Altenberger im Pressedienst der DFG (www.dfg.de/aktuell/pressemitteilungen/neue_programme/presse_2002 _15.html) berichtet. „Ohne diese Perspektive wäre ich vielleicht in die industrielle Forschung gegangen“, teilt er dort mit. Er sei dankbar, dass ihm das Emmy Noether-Programm „eine so großzügige finanzielle Ausstattung und eine hohe Eigenverantwortlichkeit“ gegeben habe. Er wird ab Juli 2002 eine Nachwuchs-Forschergruppe am Institut für Werkstofftechnik aufbauen, für die er voraussichtlich eine halbe Millionen Euro zur Verfügung haben wird.