Viele hochwertige Laptop-Gehäuse bestehen heute aus Aluminium – stabil, edel, aber nicht gerade leicht. Dabei gibt es ein Metall, das noch deutlich leichter ist: Magnesium. Es ist rund ein Drittel leichter als Aluminium, galt bislang jedoch als zu aufwendig und energieintensiv in der Verarbeitung. Ein Forschungsteam der TU Bergakademie Freiberg hat nun gezeigt, wie sich das ändern lässt.
Drei Jahre lang arbeiteten Forschende verschiedener Fachbereiche gemeinsam mit zwölf Industrie- und Forschungspartnern daran, Magnesium industriefähig zu machen und zugleich klimafreundlicher zu verarbeiten. Das Ergebnis ist eine durchgängige Prozesskette von der Schmelze bis zum funktionsfähigen Prototyp. Über alle Schritte hinweg konnten Energiebedarf und CO₂-Emissionen gesenkt werden.
Entstanden sind bereits erste Demonstratoren: Computergehäuse, Rücksitzwände für Hochgeschwindigkeitszüge wie den TGV, Scharnierteile für Transportcontainer sowie ein Luftstromkanal für ein Hovercraft-Rettungsfahrzeug. Die Bauteile sind bei vergleichbarer Festigkeit rund ein Drittel leichter als entsprechende Aluminiumlösungen. „Unser Ziel war es, Magnesium durch neue, kürzere Herstellungswege als industriellen Leichtbauwerkstoff nutzbar zu machen“, sagt Prof. Ulrich Prahl vom Institut für Metallformung der TU Bergakademie Freiberg.
Wasserstoff statt fossiler Brennstoffe
Ein zentraler Hebel ist die Energieversorgung. Beim Schmelzen und Erwärmen des Metalls setzen die Forschenden auf Wasserstoff statt auf fossile Brennstoffe wie Erdgas. „Die Umstellung der Schmelz- und Anwärmprozesse auf Wasserstoff und deren energieeffiziente Gestaltung ist ein wichtiger Schritt, um Magnesium perspektivisch klimaneutral und kostengünstiger herzustellen“, erklärt Prof. Hartmut Krause vom Lehrstuhl für Gas- und Wärmetechnische Anlagen. Digitale Zwillinge, also virtuelle Abbilder der Produktionsprozesse, helfen dabei, die Abläufe zu optimieren.
Gleichzeitig verkürzt das Team die Produktionskette deutlich. Beim sogenannten Gießwalzverfahren wird flüssiges Magnesium direkt zu Blechen oder Drähten geformt, wobei die im Material enthaltene Wärme unmittelbar weitergenutzt wird. So entfallen zusätzliche Erwärmungsschritte. Ergänzend entwickelten die Forschenden das GieWaCon-Verfahren, das zwei bewährte Techniken kombiniert und erstmals erfolgreich auf Magnesium überträgt. Damit lassen sich Drähte mit einem Durchmesser von 1,6 Millimetern herstellen.
Die richtige Legierung macht den Unterschied
Ein dritter Baustein ist die Magnesiumlegierung ZAX210. Sie enthält Calcium und lässt sich bereits bei rund 200 Grad Celsius gut umformen. Für Magnesium ist das eine vergleichsweise niedrige Temperatur. „Die Legierung erlaubt es uns, Umformprozesse bei deutlich geringeren Temperaturen zu realisieren, ohne Abstriche bei den Bauteileigenschaften zu machen“, sagt Prahl. Ergänzend untersuchte das Projektteam geeignete Oberflächenbeschichtungen zum Korrosionsschutz sowie angepasste Schweißverfahren. Mit dem eigens entwickelten CLEAN-Mag-CO₂-Rechner können Unternehmen zudem verschiedene Prozessketten vergleichen und deren Emissionen berechnen.
Gefördert wurde das Verbundprojekt CLEAN-Mag im Rahmen des Technologie-Transfer-Programms Leichtbau des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie. Ziel ist es, Magnesium künftig als leichten, wirtschaftlichen und klimafreundlicheren Werkstoff etwa im Fahrzeugbau, in der E-Mobilität, im Maschinenbau oder in der Medizintechnik breiter nutzbar zu machen.
Publikationen:
Kaden, C.; Kittner, K.; Ullmann, M.; Prahl, U. Twin-roll casting of wire of magnesium alloys. Frontiers in Metals and Alloys, 2025
Ullmann, M.; Kittner, K.; Prahl, U. Cold Formability of Twin-Roll Cast, Rolled and Annealed Mg Strips. Metals 2024, 14, 121.
