Industrien und Anwendungen von amorphen Metallen

Einzigartige Materialeigenschaften ermöglichen eine breite Palette von Anwendungen

Industrien und Anwendungen

Luft- und Raumfahrt

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Luft- und Raumfahrt

Vorteile von amorphen Metallen:

  • Widerstandsfähigkeit: Verschleißfestigkeit in extremen Umgebungen und Duktilität bei niedrigen Temperaturen
  • Korrosionsbeständigkeit: da ohne Beschichtungen und Nachbearbeitung hergestellt
  • Leichte Konstruktionen: Designmöglichkeiten, komplexe Geometrien, enge Toleranzen, Miniaturisierung
  • Verlässlichkeit: Ermüdungsfestigkeit, geringe Hysterese, hohe Elastizität

Anwendungen:

  • Lagergehäuse und Halterungen
  • Bohrköpfe und Werkzeuge
  • Motorhalterungen und -scheiben
  • Laufrad-, Rotor- und Schaufelkomponenten
  • Gelenke, Zahnräder, Scharniere und Wellen
  • Antriebs- und Motoranwendungen
  • Dichtungen und Klappen
  • Feder- und Dämpfungselemente

Wichtige Anforderungen an Bauteile in der Luft- und Raumfahrtindustrie sind nicht nur Gewichtseinsparungen und hohe Stabilität, sondern auch die Fähigkeit, zyklischen Belastungen unter extremen Umweltbedingungen standzuhalten. Amorphe Metalle zeichnen sich durch ihre hohe Festigkeit (> 2GPa Biegefestigkeit) und die daraus resultierende Freiheit in der geometrischen Gestaltung (dünnere oder kleinere Bauteilabmessungen) sowie eine hohe Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten Titanlegierungen oder nichtrostenden Stählen aus. Darüber hinaus sind Bauteile aus amorphen Metallen tieftemperaturduktil und weisen gute Dauerfestigkeitswerte auf (im Bereich von 400 MPa bei 1 Milliarde Zyklen und 25 Hz), was sie für den Einsatz in der Raumfahrt besonders geeignet macht.

Automotive & Mobilität

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Automotive & Mobility

Vorteile von amorphen Metallen:

  • Festigkeit: Hohe Streckgrenze, entsprechende Ermüdungsfestigkeit und hohe Härte
  • Elastizität: Hohe Speicherkapazität der elastischen Energie
  • Hohe magnetische Permeabilität: Geringe Koerzitivkraft
  • Präzision: Enge Toleranzen und guter Wiederholbarkeitsbereich
  • Qualität der Oberfläche: Kratzfestigkeit, wertvolles Oberflächengefühl

Anwendungen:

  • Dekorative Elemente
  • Teile von Elektromotoren
  • Zahnräder und Antriebskomponenten
  • Haptische Komponenten
  • Befestigungselemente
  • Aufhängungen

Die Zukunft der Mobilität ist geprägt von der sukzessiven Nutzung des technologischen Fortschritts. Hier leisten amorphe Legierungen ihren Beitrag, indem sie Gewichtseinsparungen durch 3D-Druck (bis zu 20 % im Vergleich zu gleichwertigen Stahlbauteilen) und Designmöglichkeiten aufgrund ihrer hohen Festigkeit (1,6 GPa Zugfestigkeit) und Elastizität (bis zu 2 %) ermöglichen. Die Bauteile können dünner, filigraner oder kleiner gestaltet werden, ohne an Stabilität einzubüßen. Aufgrund ihrer sehr guten Härte (> 480 HV) sowie ihrer guten Kriechfähigkeit und ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit eignen sich amorphe Metalle gleichermaßen für den widerstandsfähigen Einsatz unter Dauerbelastung wie auch unter punktuellen Stößen. Federteile, Scharniere und Dämpfungsanwendungen können mit amorphen Metallen konsequent neu gestaltet werden. Das macht auch neue Formen der Mobilität möglich. Ob kriechstromfeste Rotorblätter von Drohnen, Flugkabinenstützen oder Drucksensoren mit hoher Genauigkeit und geringer Hysterese, amorphe Metalle erweisen sich schon heute als zukunftsweisende Werkstoffe für die Mobilität von morgen.

Lifestyle

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Lifestyle (Uhrmacherei, Wearables, Instrumente, Sport)

Vorteile von amorphen Metallen:

  • Biokompatibilität: Antibakteriell bei Kontakt mit der Haut
  • Kosmetische Qualität: Hochwertiges optisches Erscheinungsbild
  • Gestaltung: Geometrische Gestaltungsfreiheit und Herstellbarkeit innerhalb enger Toleranzen
  • Elastizität: Zuverlässiger Überträger bzw. Resonator hoher Mengen elastischer Energie (auch akustisch)
  • Hoher Tragekomfort: Geringe Wärmeleitfähigkeit und hohe Oberflächenqualität
  • Miniaturisierung: Integration und Schutz von Wearable Technologies auf kleinstem Raum
  • Widerstandsfähigkeit: Kratz-, Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit
  • Festigkeit: Schutz sensibler und funktioneller Technik
  • Einzigartigkeit: Außergewöhnliche Materialklasse

Anwendungen:

  • Instrumente (Gitarrenstege und Stegstifte, Mundstücke für Blasinstrumente, Stimmgabeln)
  • Sport (Schläger, Rahmen, Stangen)
  • Uhren (Lünetten, Armbandstifte, Schliessen, Gehäuse, stossdämpfende Sicherheitselemente)
  • Wearables (Armbänder, Scharniere, Gehäuse, Ringe)

Die neuen Materialklassen sind nicht nur wegen ihrer Einzigartigkeit in hochwertigen Uhren interessant, sondern auch wegen ihrer Eignung bei der Suche nach Materialien für Zukunftstechnologien wie Wearables. Hier können empfindlichste Technologien auf miniaturisiertem Raum effizient geschützt und das Gehäusedesign perfektioniert werden. Lifestyle-Komponenten aus amorphen Metallen sind aufgrund ihrer Biokompatibilität nicht nur hoch korrosionsbeständig, sondern auch antibakteriell und ermöglichen durch ihre geringe Wärmeleitfähigkeit und hohe Oberflächenqualität einen angenehmen Hautkontakt. Funktionelle Vorteile ergeben sich aus der hohen Speicherkapazität elastischer Energie (> 14 J/m3), u.a. in akustischer Energie bei Musikinstrumenten, wodurch auch Sportgeräte wie Schlägergriffe und Hilfsmittel effizient gestaltet werden können.

Erfahren Sie mehr über die Vorteile von amorphen Implantaten in unserer Case Study "Uhrenherstellung an der Spitze der Perfektion".

Medizintechnik

Amloy Medical Implants

Medizintechnik

Vorteile von amorphen Metallen:

  • Biomechanische Eigenschaften: Niedriger Elastizitätsmodul, hohe Streckgrenze
  • Zertifizierte Biokompatibilität: Keine Zytotoxizität, Zelldeformation oder Ionenanreicherung
  • Langlebigkeit: Hohe Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit
  • Dynamische Fixierung und Stabilisierung: Hohe Ermüdungsfestigkeit und hohe Elastizitätsgrenze
  • Miniaturisierung und Designverbesserungen: 3D-Druck oder Spritzguss mit engen Toleranzen und reproduzierbarer Fertigung

Anwendungen:

  • Implantate (Wirbelsäule, Zahnmedizin, Traumatologie)
  • Medizinische Geräte und Vorrichtungen
  • Chirurgische und zahnmedizinische Instrumente

An die bevorzugten Materialien für personalisierte Implantate, orthopädische und medizinische Geräte werden gleichzeitig eine Vielzahl hoher Anforderungen gestellt. Neben Biokompatibilitätsstandards sind Herstellbarkeit und Oberflächenfunktionalität, insbesondere die Anpassung komplexer individueller Geometrien, aktuelle Herausforderungen, die den Engpass zwischen einem Materiallösungsansatz und dem Anwendungsbezug bilden. Der vielversprechende Ansatz, amorphe Metalle in diesem Zusammenhang einzusetzen, hat sich in praktischen Studien und Umsetzungen bereits als tragfähig erwiesen. Das Potenzial, mit amorphen Legierungen die bisherigen Herausforderungen an Design, Funktionalität und Biokompatibilität für biomedizinische Anwendungen zu überwinden, wurde bereits in in-vivo-Ergebnissen bestätigt. Die anspruchsvollen Anwendungen in der Medizintechnik zeigen die vorteilhaften Wirkungsfelder amorpher Legierungen, die ihr Potenzial bei diesen Herausforderungen entfalten und neue Möglichkeiten für eine bessere Versorgung der Patienten in der Zukunft eröffnen.

Erfahren Sie mehr über die Vorteile von amorphen Implantaten in unserer Case Study "Medizinische Implantate".

Robotik und Mechanik

Einsatz von amorphen Metallen in Robotik und Mechanik

Robotik und Mechanik

Vorteile von amorphen Metallen:

  • Elastizität: Langlebigkeit, Funktionserweiterung
  • Abriebfestigkeit: Schmiermittelfreiheit und Langlebigkeit
  • Dauerhaftigkeit: Gute Ermüdungsfestigkeit und Kriechfestigkeit
  • Miniaturisierung und Designverbesserungen: 3D-Druck oder Spritzguss innerhalb enger Toleranzen und reproduzierbarer Fertigung

Anwendungen:

  • Zahnräder
  • Greiferelemente
  • Maschinenelemente
  • Federkomponenten

Herkömmliche Werkstoffe, die sowohl für hochkomplexe, technisch realisierbare Kinematiken als auch für die Umsetzung einfacher, aber hochbelasteter mechanischer Konzepte eingesetzt werden, stoßen in vielen Bereichen heutiger High-Tech-Anwendungen aufgrund ihrer begrenzten mechanischen Eigenschaften an ihre Grenzen. Durch ihre außergewöhnliche Kombination von hoher Festigkeit (1,6 GPa Zugfestigkeit) und hoher Elastizität (bis zu 2 %) können viele dieser Probleme bereits heute durch amorphe Legierungen gelöst werden. Vor allem elastische Maschinenelemente profitieren von dem Eigenschaftsportfolio amorpher Metalle. Biegegelenke und Scharniere, Greifereinheiten oder Federkomponenten können aufgrund der Dauerfestigkeit (im Bereich von 400 MPa bei 1 Milliarde Zyklen und 25 Hz) und Verschleißfestigkeit amorpher Legierungen effizient eingesetzt und mit einer hohen Bauteillebensdauer montiert werden.

Sensoranwendungen

Amloy Sensor Components

Sensoranwendungen

Vorteile von amorphen Metallen:

  • Empfindlichkeit: Höhere Genauigkeit, hohe Auflösung in niedrigen Druckbereichen
  • Miniaturisierung: Kleinerer Membrandurchmesser, kleinere Baugruppen, komplexe Geometrien
  • Verlässlichkeit: Geringe Hysterese, Korrosionsbeständigkeit, keine signifikanten Temperatureinflüsse (unter Tg)

Anwendungen:

  • Drucksensoren
  • Membranen
  • Kraftmesszellen
  • Kraftaufnehmer

Die hohen Anforderungen an zuverlässige Empfindlichkeit, Dauerfestigkeit, Miniaturisierungsmöglichkeiten sowie Korrosionsbeständigkeit und Materialhysterese spannen das Feld der Herausforderungen auf, mit denen Materialien moderner Sensorsysteme konfrontiert sind. Gerade in der Messtechnik, wo Dehnung und Elastizität die Hauptfunktionen sind, liegt der Schlüssel für einen zuverlässigen und genauen Messbereich in einem großen, genau definierten elastischen Materialverhalten. Genau hier setzen Bauteile aus amorphen Metallen an und erzielen neben geringeren Abmessungen der Gesamtbaugruppe auch im Niederdruckbereich bei gleicher Belastung und Verformung ebenso genaue Messergebnisse. Aufgrund ihrer geringen Hysterese und guten Temperaturbeständigkeit übertreffen amorphe Metalle zudem die Werte herkömmlicher Werkstoffe.

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Werkzeugeinsätze

Werkzeugeinsätze

Vorteile von amorphen Metallen:

  • Geringe Wärmeleitfähigkeit: Keine Peripheriegeräte erforderlich, hohe Energieeffizienz und weniger CO2
  • Vereinfachung: Beschichtungen sind nicht erforderlich, verbesserte Lebensdauer (im Vergleich zu herkömmlichen Stahleinsätzen)
  • Oberflächengenauigkeit: Vermeidung von Oberflächenfehlern (Schweißnähte), gleichmäßiger / höherer Glanz

Anwendungen:

  • Spritzgegossene Mikrooptiken
  • Spritzgegossene Kunststoffprodukte mit sehr hohen Anforderungen an die Oberflächengüte

Moderne Kunststoff-Spritzgießmaschinen sind mit einer ausgefeilten Peripherietechnik ausgestattet, um für jeden Prozesszyklus kurzfristig die ideale Werkzeugwandtemperatur zu gewährleisten. Dies ist jedoch mit einem hohen Energieaufwand verbunden und heizt zudem ungewollt die gesamte Werkzeugmasse auf. Gleichzeitig kann dies auch zu längeren Zykluszeiten führen, da die Temperaturschwankungen ausgeglichen werden müssen. Geometrische und konstruktive Lösungen in Formeinsätzen haben bereits kleine Schritte zur Lösung beigetragen. Tiefgreifendere und ganzheitliche Ansätze mit energie- und prozesseffizientem Fokus lassen sich jedoch vor allem mit 3D-gedruckten Werkzeugeinsätzen aus amorphen Legierungen realisieren. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit und der hohen Dauerfestigkeit dieser Werkstoffklasse werden Ergebnisse mit weniger Oberflächendefekten an den Bauteilen und mit höheren Standzeiten der amorphen Einsätze als bei einem herkömmlichen Stahleinsatz erzielt. Darüber hinaus wird eine verbesserte Energieeffizienz erreicht, d.h. es wird insgesamt weniger Energie verbraucht und eine Reduzierung der CO2-Emissionen realisiert. Bei diesem Ansatz werden weder Peripheriegeräte noch Beschichtungen benötigt, und auch die Zykluszeiten können verkürzt werden, da die Oberflächen so gut erzeugt werden, dass sie mit Aluminiumwerkzeugen vergleichbar sind, deren Standzeit mit der von Stahleinsätzen vergleichbar ist, und der erforderliche Beschichtungsprozessschritt entfällt. Darüber hinaus wird das Risiko vermieden, dass die Beschichtung während des Spritzgießprozesses abplatzt und nachgearbeitet werden muss.