Nachhaltige metallische Werkstoffe

Zu den elf von der DFG geförderten Forschungsprogrammen gehört das SPP 2489 „DaMic – Datengetriebenes Legierungs- und Mikrostrukturdesign nachhaltiger metallischer Konstruktionswerkstoffe“.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) richtet elf neue Schwerpunktprogramme (SPP) ein, die im Jahr 2025 starten sollen. 43 Initiativen hatten sich um die sechsjährige Förderung beworben. DaMic ist eines der geförderten Projekte, DaMic-Koordinator ist Prof. Markus Kästner, Inhaber der Professur für Numerische und Experimentelle Festkörpermechanik an der TU Dresden.

Die metallischen Werkstoffe der Zukunft müssen zwingend nachhaltiger werden, da ihre Herstellung und Verarbeitung aktuell 40 Prozent aller industriellen Treibhausgasemissionen verursachen. Beim Abbau der zugehörigen Mineralien fallen jährlich zudem mehrere Milliarden Tonnen teilweise schädlicher Nebenprodukte an. Mit DaMic sollen wesentliche wissenschaftliche Grundlagen für diese Entwicklung geschaffen und ein Beitrag zur Etablierung eines neuen Forschungsfelds an der Schnittstelle von Digitalisierung und Nachhaltigkeit geleistet werden.

In Form von Werkstoffen mit einer reduzierten Anzahl von chemischen Legierungselementen, bzw. mit Legierungen mit einer hohen Toleranz gegenüber Verunreinigungen aus der Verwendung von Sekundärrohstoffen, stehen zwei grundlegende Optionen zur Verbesserung von Recyclingfähigkeit und Nachhaltigkeit im Mittelpunkt der Untersuchungen. Negative Auswirkungen der veränderten Legierungszusammensetzungen sollen in beiden Fällen durch ein gezieltes Design der Mikrostruktur des Werkstoffs kompensiert werden, sodass die mechanischen Eigenschaften mit aktuell verfügbaren Konstruktionswerkstoffen vergleichbar sind.

Aus deutschlandweit eingehenden Vorschlägen für interdisziplinäre Tandemprojekte aus den Bereichen Mechanik und Materialwissenschaft werden in einem kompetitiven Verfahren voraussichtlich zehn Teilprojekte ausgewählt und in DaMic gebündelt. Gemeinsam arbeiten die Forscherinnen und Forscher an der Entwicklung und Anwendung eines datengetriebenen Ansatzes für die skalenübergreifende Forschung und für das Werkstoff design. Dabei sollen insbesondere Machine-Learning-basierte Designansätze auf der Grundlage von digitalen Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen (PSEB) zum Einsatz kommen. In der ersten Förderperiode werden die Grundlagen für die Vorhersage und Invertierung der PSEB zum digitalen Materialdesign geschaffen. Die zweite Förderperiode fokussiert dann die Entwicklung durchgängiger, vollautomatisierter Workflows zum Legierungs- und Mikrostrukturdesign nachhaltiger metallischer Konstruktionswerkstoffe.