Nanopatch für hochbelastete Metallteile

An der Technischen Universität Hamburg-Harburg entwickeln Professor Marcus Rutner und Doktorand Jakob Brunow einen neuartigen Langzeitschutz für Metallteile – einen sogenannten Nanopatch. Bei dem Nanopatch handelt es sich um eine ultradünne Beschichtung, die auf stark beanspruchte und zyklisch belastete Metallteile (z. B. bei Brücken), aufgebracht wird. Dies soll die Rissentstehung hinauszögern und die Lebensdauer deutlich verlängern. Ein geringerer Wartungsaufwand und eine längere Standzeit der Metallteile sorgen so für einen nachhaltigeren Einsatz von Ressourcen. Von Ruben Vorwald

Der hochbelastbare Nanopatch hat eine Gesamtdicke von etwa einem Achtel des menschlichen Haardurchmessers und besteht aus etwa 160 abwechselnden Kupfer- und Nickelschichten. Diese Nanolaminat-Beschichtung wird in einer aktuellen Studie auf die gefährdeten strukturellen Verbindungen von Brücken aufgebracht, die einer hohen Frequenz und einem starken Verkehr durch Lastwagen oder Güterzüge ausgesetzt sind. In dieser Studie liegt der Schwerpunkt auf der Untersuchung des Nanopatches auf Schweißnähten. Erste Untersuchungen zeigen mehrere und wahrscheinlich gleichzeitig wirkende Materialmechanismen auf, die eine erhöhte Widerstandsfähigkeit der Nanolaminat-Beschichtung gegen Rissbildung ermöglichen und zu einer mehrfachen Verlängerung der Lebensdauer der Schweißverbindungen führen. 

Diese Materialmechanismen werden derzeit untersucht, um das Zusammenspiel der Mechanismen besser zu verstehen und die Beschichtung in Zukunft für den jeweiligen Grad der zyklischen Belastung optimieren und abstimmen zu können. Diese neuartige Technologie könnte in Zukunft eine erhebliche Verlängerung der Lebensdauer von Stahlbrücken von derzeit 80 bis100 Jahren auf möglicherweise mehrere hundert Jahre bei nur sehr geringem Wartungsbedarf ermöglichen. „Die Stahlindustrie ist ein großer CO2-Verursacher. Mit dieser nanostrukturierten Technologie zielen wir darauf ab, den Stahlverbrauch von Metallinfrastrukturen zu reduzieren und Ressourcen zu sparen, was sich erheblich auf die Umwelt auswirkt“, sagt Professor Marcus Rutner.

Auch für die Straßenbahnbranche kann das Nanopatch eine Chance sein, Infrastruktur und Straßenbahnkomponenten haltbarer, wartungsärmer und zuverlässiger zu machen. Wir bei HANNING & KAHL verfolgen die Forschung von Professor Rutner mit großem Interesse und sind gespannt, ob sich mit dem Nanopatch in Zukunft auch für unsere Produkte Anwendungsmöglichkeiten ergeben.