Optimierte Kupferlegierungen für die Elektromobilität

Mit dem „Innovationsprogramm Forschung“ (IPF) fördert die Duale Hochschule Baden-Württemberg den akademischen Mittelbau sowie die Themen Forschung, Innovation und Transfer. Sieben Doktorand*innen forschen und lehren mithilfe dieses Programms für jeweils drei Jahre an der DHBW Heidenheim. Eine davon ist Ramona Lucy Henle, sie erforscht Kupferlegierungen und wie diese optimiert werden können, da aufgrund der steigenden Bedarfs an erneuerbaren Energien und der zunehmenden Elektromobilität die Nachfrage steigt.

Titel der Arbeit: Modellierung und Simulation der Ausscheidungskinetik mikrolegierter Kupferbasislegierungen

Forschungsthema: Kupferlegierungen weisen eine sehr gute Leitfähigkeit für elektrischen Strom und Wärme auf, während aus Sicht der mechanischen Festigkeit nach wie vor Optimierungspotential vorhanden ist. Die Dissertation untersucht den Einsatz von geringen Zusätzen von Legierungselementen, welche einerseits das Material verfestigen und andererseits den durch die Festigkeitssteigerung einhergehenden Abfall der Leitfähigkeit minimieren. Dieser Zielkonflikt soll über eine optimierte Gestaltung des Werkstoffgefüges realisiert werden, welches unter anderem durch verschiedene thermomechanische Behandlungsmethoden beeinflusst wird.

Methode: Um die Auswirkungen der Legierungselemente und der thermomechanischen Behandlung auf das Gefüge des Werkstoffs zu untersuchen, sollen die Vorgänge im Metall mittels computergestützter Simulation untersucht werden, die die bestehenden Werkstoffdatenbanken und Modelle in die Werkstoffentwicklung mit einbeziehen. Parallel zur simulativen Herangehensweise werden in Kooperation mit einem weiteren Promotionsvorhaben an der DHBW in Stuttgart experimentell Optimierungen der Legierungen und Wärmebehandlungen untersucht und hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften analysiert. Aufgrund dieser Zusammenarbeit können hierbei Rückschlüsse zu Simulationsergebnissen gezogen werden, welche zur weiteren Modellbildung beitragen.

Doktorvater: Prof. Dr.-Ing. Ulrich Prahl, Technische Universität Bergakademie Freiberg und Prof. Dr. Gerrit Nandi, Duale Hochschule Baden-Württemberg Heidenheim

Hintergrund: Ramona Lucy Henle studierte Maschinenbau an der Hochschule für Technik und Wirtschaft in Aalen und machte ihren Master of Science in der Fachrichtung Luft- und Raumfahrttechnik an der Universität Stuttgart. Seit August 2020 ist die 26-Jährige an der DHBW Heidenheim in ihrer Funktion als wissenschaftliche Mitarbeiterin des DHBW IPF-Projekts an der Erforschung niedriglegierter Kupferwerkstoffe aktiv. In ihrer Freizeit komponiert sie Lieder und verbringt gerne Zeit in der Natur.

Motivation für die Forschungsarbeit: Aufgrund der wachsenden Nachfrage und des Bedarfs an erneuerbaren Energien sowie der zunehmenden Elektromobilität steigen die Anforderungen und der Entwicklungsbedarf in der Anwendung von reinem Kupfer sowie dessen Legierungen. Eine Optimierung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften dieser Kupferlegierungen schont branchenübergreifend die Rohstoffressourcen und kann dementsprechend den Materialbedarf senken.