Multi-Methoden-Ansatz

Multi-Methoden-Ansatz zur Charakterisierung der SMA-Draht-Polymer-Grenzflächenhaftung

Intelligente Materialien wie aktive hybride Verbundwerkstoffe (HC) aus NiTi-Formgedächtnislegierungsdrähten (SMA) und faserverstärkten Polymeren (FRP) stellen eine funktionalisierte Materialklasse dar, die neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnet. Allgemein zeichnen sich SMA durch ihre Fähigkeit aus, thermische in mechanische Energie zu wandeln.
Durch die Einbettung eines SMA in einen dünnwandigen FRP kann eine formverändernde Oberfläche geschaffen werden. Um die Funktionalität voll auszuschöpfen, ist die Kraftübertragung an jedem Punkt der Grenzfläche zwischen dem SMA und der umgebenden Matrix der leistungslimitierende Faktor ist. Eine Technik zur Erhöhung der Grenzflächenhaftung ohne Beeinträchtigung der mechanischen und Formgedächtniseigenschaften von SMA besteht in der Strukturierung der SMA-Oberfläche durch selektives elektrochemisches Ätzen. Während die Spannungs-Dehnungs-Charakteristik eines reinen SMA-Materials ausgiebig untersucht und mit seiner Mikrostruktur korreliert wurde, weiß man nicht viel über die Grenzfläche in aktivem HC.
Aufgrund der stark nichtlinearen, pseudoplastischen Spannungs-Dehnungs-Charakteristik, der thermomechanischen Kopplung der SMA und der großen Vielfalt möglicher Grenzflächenmorphologien ist ein multimethodischer Ansatz zur Grenzflächencharakterisierung erforderlich. Durch die Kombination von Ausziehversuchen mit Spannungsoptik, ultraschnellen in situ Röntgen-Ausziehversuchen und verschiedenen optischen Untersuchungsmethoden der herausgezogenen SMA, ist eine detaillierte Beschreibung des Versagensfortschritts an der Grenzfläche möglich.

Mit der digitalen Volumenkorrelation der axialen und radialen Dehnung des SMA während des Ausziehversuches in Korrelation mit der segmentierten Grenzflächen-Delaminationsfläche, die während des Versuches auftrat, sind neue Erkenntnisse zur Beschreibung des versagensbedingten Mechanismus möglich.

Ansprechpartner

Dipl.-Ing.

Julia Jungbluth

Wiss. Mitarbeiterin Tailored & Smart Composites

Telefon: +49 631 2017 381

julia.jungbluth@leibniz-ivw.de

Das Projekt „Funktionale intrinsische Hybridverbunde mit aktiven Elementen und strukturierten Metalloberflächen“ wird gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) – 404403710.