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CuBe Substitution

Legierungsentwicklung und –charakterisierung von Substitutionswerkstoffen für Cu-Be-Legierungen

Die höchsten Festigkeiten und Härten in der Gruppe der Kupferbasislegierungen lassen sich derzeit immer noch mit Kupfer-Beryllium-Legierungen erzielen. Bauteile aus Kupfer-Beryllium finden aus diesem Grund in vielen unterschiedlichen Bereichen Verwendung. Sie weisen eine hohe spezifische Festigkeit auf und behalten ihre Festigkeit und Steifigkeit bis hin zu hohen Temperaturen. Die sehr gute Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit, verbunden mit einer hohen Dauerfestigkeit, sowie einer guten Leitfähigkeit führen zu einer Vielzahl von Anwendungen, bspw. in der Elektronik und Elektrotechnik.

Gefügeaufnahme einer Kupfer-Beryllium-Legierung

Der Vielzahl der positiven Eigenschaften von Kupfer-Beryllium-Legierungen stehen als gravierende Nachteile die Toxizität und die, für die EU knappe Verfügbarkeit des Elements Beryllium gegenüber. Betrachtet man die Verfügbarkeit von Beryllium, so stellt man fest, dass dieser Stoff trotz der weltweit noch vorhandenen Rohstoffreserven (vornehmlich in den USA und China) in einer aktuellen Liste mit weiteren 13 Rohstoffen aufgeführt ist. Diese Rohstoffe sind  für die EU von hoher Bedeutung bzgl. der Verfügbarkeit jedoch sind sie als kritisch eingestuft. Die weitaus größere Problematik liegt allerdings in der Gesundheitsgefährdung, welche von Beryllium ausgeht. So ist Beryllium sehr toxisch, primär bei der Aufnahme von Stäuben und Dämpfen über die Atemwege. Daher sind besonders das Verarbeiten trockener, staubender Berylliumverbindungen, sowie Arbeitsschritte, bei denen Beryllium oder seine Verbindungen in Dampfform auftreten, gesundheitsgefährdend. Zusätzlich ist auch das Eindringen von berylliumhaltigem Material über die Haut bei Verletzungen problematisch. Eine Inkorporation von Beryllium kann je nach Menge und Häufigkeit zu Krankheiten wie einer Pneumonie mit zum Teil tödlichem Ausgang, sowie der chronischen Berylliose (Chronic Beryllium Disease, CBD) führen. Beryllium zählt darüber hinaus zu den potenziell krebserregenden Stoffen.

Aus den genannten Gründen hat eine Substitution von berylliumhaltigen Werkstoffen durch unbedenklichere Legierungen aus mehrerer Hinsicht eine hohe Priorität. Vor diesen Hintergründen wird sich das Institut für Werkstoffe und Werkstofftechnologien (IWWT) zusammen mit dem Forschungsinstitut für Edelmetalle und Metallchemie (fem) in Schwäbisch Gmünd, in den kommenden zwei Jahren im Rahmen des Förderprogrammes „Technologischer Ressourcenschutz“ dem Forschungsprojekt „Legierungsentwicklung und –charakterisierung von Substitutionswerkstoffen für Cu-Be-Legierungen“ widmen.

Die vom Landesministerium für Finanzen und Wirtschaft explizit für dieses Förderprogramm genannten Ziele, die „Substitution knapper, toxischer oder kostenintensiver Roh- und Werkstoffe“ decken sich hierbei ideal mit dem Bestreben der beiden Forschungseinrichtungen, durch eine gezielte Legierungsentwicklung einen Substitutionswerkstoff für die derzeit am Markt befindlichen Cu-Be-Legierungen zu finden.