Milieuvriendelijk vliegen is in aantocht. Over de hele wereld, onderzoekers ontwikkelen nieuwe technologieën om dit doel te bereiken. Een van de speerpunten van de ontwikkelingen is het idee om in de toekomst waterstofmotoren voor vliegtuigen te gebruiken. De vliegtuigmaatschappijen, Hoewel, de uitdaging aan om deze energiebron op te slaan. Waterstof wordt vloeibaar bij afkoeling tot min 253 graden Celsius, en alleen dan kan het worden gebruikt als een zogenaamde cryogene brandstof. Zowel tanks als leidingsystemen in het vliegtuig moeten bij zulke lage temperaturen absoluut dicht zijn. Een innovatief nieuw lasproces is ontwikkeld om te helpen:magnetisch pulslassen. Onderzoekers van het Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS in Dresden hebben nu aangetoond dat deze verbindingstechnologie extreem veerkrachtige, metalen mengverbindingen voor cryogene toepassingen. In samenwerking met de Technische Universiteit München hebben ze deze uitstekende gezamenlijke eigenschappen met succes bereikt.

Wetenschappers van Fraunhofer IWS hebben de onderzoeksneutronenbron Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) aan de Technische Universiteit van München voorzien van een speciaal onderdeel gemaakt van koper, hoogwaardig staal en aluminium voor zijn cryostaten - koelsystemen die extreem lage temperaturen kunnen handhaven. Tot nu, deze assemblage moest worden geproduceerd door een complex proces met meerdere laserstraalgelaste naden, extra verbindingselementen en een gesoldeerde of elektronenstraallasnaad. "Maar toen waren er problemen met stabiliteit en dichtheid, " legt Dr. Markus Wagner uit, Groepsmanager Design en speciale processen bij het Fraunhofer Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS. De magnetische pulsmethode zorgt binnen enkele microseconden voor strakkere gewrichten. Deze verbindingen functioneren betrouwbaar zowel bij zeer lage temperaturen tot minus 270 graden Celsius als ook daar waar extreme temperatuurverschillen heersen. overlappingen, die nog meer stabiliteit bieden, ontstaan ​​ook bij de gewrichten.

De technologieën die eerder door de onderzoekers van de Technische Universiteit van München werden toegepast, behoren tot de groep van smeltlasprocessen. Metalen worden versmolten om een ​​verbinding tussen hen te creëren. Echter, deze methoden zijn afhankelijk van de metalen met vergelijkbare fusiepunten. Dit is de temperatuur waarbij een stof begint te fuseren. Zoals Dr. Jürgen Peters, Head of Sample Environment bij de onderzoeksneutronenbron Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) van de Technische Universiteit van München legt uit:"Het probleem ontstaat wanneer we verbindingen proberen te maken tussen metalen die zeer verschillende smelttemperaturen hebben of extreem broos worden wanneer ze met elkaar worden gemengd —aluminium met koper of hoogwaardig staal, bijvoorbeeld. De monsters die zijn gelast met de magnetische pulsmethode van onze partners bij Fraunhofer IWS, hebben de dichtheidstests doorstaan."

Snel, kostenefficiënt aansluiten

Wetenschappers in Dresden doen al enkele jaren onderzoek naar een nieuw proces. De materialen hoeven niet te worden versmolten. "Magnetisch pulslassen is niet gebaseerd op een hoge warmte-inbreng. Het proces berust voornamelijk op een hoge druk tussen de verbindende partners, " legt Jörg Bellmann uit, expert in magnetisch pulslassen in de groep van Markus Wagner. Wanneer het proces begint, er is een afstand van één tot anderhalve millimeter tussen de verbindende partners. Een magnetisch veld zorgt ervoor dat een van de twee partners versnelt. In de rest van het proces, de metalen botsen met een heldere flits met hoge snelheden - 200 tot 300 meter per seconde. Er wordt dan een hoge druk opgewekt op het verbindingsoppervlak en dit last uiteindelijk de twee metalen aan elkaar. Een meetsysteem, eveneens ontwikkeld bij Fraunhofer IWS, garandeert bij dit alles dat de componenten correct gepositioneerd zijn, onder de juiste hoek botsen en dat het hele proces zo min mogelijk energie verbruikt.

Proces scoort hoog met vloeibare waterstof

Het grote voordeel van magnetisch pulslassen:het kan combinaties van metalen verbinden die, waren tot nu toe onmogelijk of moeilijk aan elkaar te lassen, vooral belangrijk als het gaat om toepassingen met vloeibare waterstof. Materialen met een slechte thermische geleidbaarheid, bijvoorbeeld hoogwaardig staal, moeten worden verbonden met lichtgewicht constructiematerialen zoals aluminium. Het nieuwe proces maakt dit nu mogelijk. "De temperatuur wordt pas echt heet aan het grensvlak zelf, " meldt Wagner. Het proces zou snel en kostenefficiënt zijn en in staat zijn om verbindingen van een constant hoge kwaliteit te produceren. "We kunnen deze methode ook gebruiken om extreem dunwandige componenten te combineren, ", voegt Bellmann toe. Dit wordt mogelijk gemaakt door speciale steunelementen te introduceren die na het proces weer kunnen worden verwijderd.

En het nieuwe proces biedt mogelijkheden voor meer dan alleen vliegtuigbouw. De goede elektrische geleidbaarheid in de verbindingszones maakt het ook een aantrekkelijke propositie voor de elektromobiliteitssector en voor processen in de elektronica-industrie. "Deze lastechnologie zal ook nieuwe mogelijkheden creëren voor ruimtevaart, ' zegt Bellmann.