Bei extremer Kälte dem Magnetfeld widerstehen: Genauso gut wie Titan, aber zwei Drittel billiger

Die Befestigungen starker Magnete im Elektronenspeicherring BESSY II in Berlin bestehen heute aus Titanlegierungen. Ihre Festigkeit ist extrem hoch und ihre Wechselwirkung mit Magnetfeldern ist auch bei tiefen Temperaturen gering – leider sind sie aber auch sehr teuer.

Bochumer Forscher machten sich gemeinsam mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin, dem BESSY-Betreiber, auf die Suche nach günstigeren Werkstoffen mit vergleichbaren Eigenschaften. Sie fanden einen speziellen Stahl, der die gleichen Vorzüge hat, dessen Preis aber nur ein Drittel dessen von Titan beträgt.

Sie berichten in RUBIN Werkstoff-Engineering, der aktuellen Sonderausgabe des RUB-Wissenschaftsmagazins.

Magnete bringen Elektronen in Wellenbahnen

Starke Magnete bringen die Elektronen in Speicherring BESSY II in eine wellenförmige Bahn, um Synchrotron-Strahlung zu erzeugen. Auf die Magnete in den sog. Undulatoren wirken Kräfte von mehreren Tonnen. Die Befestigungen müssen daher extreme Festigkeit aufweisen und gegen Magnetfelder unempfindlich sein. Hinzu kommt noch, dass BESSY II künftig bei extrem tiefen Temperaturen betrieben werden soll, um die Brillanz der Strahlung zu erhöhen. Viele Metalle ändern ihr magnetisches Verhalten temperaturabhängig – der gesuchte Werkstoff muss also auch hier bestehen und darf auch bei tiefen Temperaturen nicht anfällig für Magnetfelder sein.

„Edelstahl rostfrei“ und seine Verwandten

Die Forscher Dr.-Ing. Sebastian Weber und Michael Blüm begannen ihre Suche bei einem Werkstoff, der einem im Alltag ständig begegnet: Edelstahl Rostfrei. Aber Stahl ist nicht gleich Stahl. Es kommt auf das Gefüge an, die Gitterstruktur der Kristalle. Es kommen nur Stähle mit austenitischer Kristallstruktur in Frage, sie sind aber nicht ausreichend fest. Die Lösung lautet: Kaltverfestigung durch Umformen. Dabei kann sich aber bei üblichen Edelstählen das Gefüge verändern, was wiederum Einfluss auf die Magnetisierbarkeit hat. Es müssen also spezielle, nicht-magnetisierbare Stähle her. Der schließlich ausgewählte Stahl erreicht durch Kaltverfestigung eine ausreichende Festigkeit, die der von Titan sogar überlegen ist. Zugversuche bei extrem tiefen Temperaturen zeigten zudem: Auch bei Kälte bleibt der Stahl für Magnetfelder unempfindlich. Das Beste: Der Stahl kostet nur ein Drittel des Preises für Titan.

Weitere Themen in RUBIN Werkstoff-Engineering

Im RUBIN Werkstoff-Engineering finden Sie außerdem folgen Themen: Blitzschnell verschleißbeständige Bauteile; Widerstandsfähig gegen Rost und Reibung: Pumpenzentrum kümmert sich um das allgegenwärtige Stiefkind der Forschung; Dem Zufall auf die Sprünge helfen: Entwicklung neuer Werkstoffe durch Hochdurchsatzexperimente mit Materialbibliotheken; Die Sonne Wasser spalten lassen; Wenn Superlegierungen versetzt werden; Zerreißprobe: Wie Hitze die Mikrostruktur von Stahl durcheinanderbringt; Geflochtene Implantate; Bei extremer Kälte dem Magnetfeld widerstehen; Leichter abheben; Heißer ist besser: Kraftwerke umweltschonender machen; Wie eine lebende Haut: Neue Korrosionsschutzschichten sollen Defekte selbstständig heilen; … und wenn sich der Wasserstoff nicht nur im Tank befindet?: Ingenieure untersuchen Gefahren durch Wasserstoff in hochfesten Stählen; Vom Atom zum Werkstoff: Interdisziplinäre Materialsimulation zu leichten Elementen in Eisen und Stahl. RUBIN ist in der Stabsstelle Strategische PR und Markenbildung zum Preis von 5 Euro erhältlich und online unter http://www.rub.de/rubin

Weitere Informationen

Dipl.-Ing. Michael Blüm, Dr.-Ing. Sebastian Weber, Institut für Werkstoffe (Prof. Dr.-Ing. Werner Theisen), Lehrstuhl Werkstofftechnik, Tel. 0234/32-25967/-28229, E-Mail: bluem@wtech.rub.de; weber@wtech.rub.de

Redaktion: Meike Drießen