TY - THES

T1 - Nachhaltige recyclingbezogene Aluminium-Legierungen

AU - Krall, Patrick

N1 - gesperrt bis null

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Mit einer Jahresweltproduktion von ca. 90 Mio. t rangiert Aluminium nach Eisen an zweiter Stelle aller Metalle. Die niedrige Dichte, der geringe Preis sowie die hervorragende Korrosionsbeständigkeit führen zu einem breiten Einsatzgebiet für Aluminium-Legierungen. Dazu zählen sowohl der Transport-, Bau- und Verpackungssektor sowie die Elektrotechnik. Die Herstellung von Aluminium aus primären Rohstoffen ist sehr energieintensiv. Recycling ermöglicht eine Verringerung des Energiebedarfs um 90 bis 95 %. Problematisch für langlebige Produkte, z.B. Automobile, ist ein Ungleichgewicht zwischen Schrottverfügbarkeit und Schrottnachfrage. Eine vollständige Abtrennung von Aluminium-Legierungen sowie die Separation von Knet- und Gusslegierungen bei der Schrottaufbereitung scheitert derzeit oft an der Wirtschaftlichkeit. Aufgrund des unedlen Charakters von Aluminium ist zudem eine Entfernung von Fremdelementen thermodynamisch und wirtschaftlich häufig nicht möglich. Diese Gründe führen zu den derzeit häufig angewandten Strategien des Verdünnens mit Primäraluminium und des Downcyclings. Bei letzterem stellt das Produkt des gemeinsamen Schmelzvorganges von Knet- und Gusslegierungen wiederum eine Gusslegierung dar, deren Haupteinsatzgebiet im Verbrennungsmotor liegt. Steigende Marktanteile von Elektrofahrzeugen lassen den Markt für diese Gusslegierungen schrumpfen. Aus diesem Grund untersucht diese Arbeit das große Einsatzgebiet des Automobilsektors. Es erfolgen Berechnungen der Zusammensetzungen von Schmelzen von drei typischen Automobiltypen auf Basis von Literaturdaten sowie einem „educated guess“. Dies sind ein durchschnittliches Fahrzeug aus EU-Produktion, der Pickup Ford F150 sowie der Tesla Modell 3. Ebenfalls Betrachtung finden verschiedene Demontageszenarien, welche von „ohne Demontage“ bis hin zu „theoretisch möglicher Demontage“ reichen. Jede der resultierenden Legierungen wird im Labormaßstab hergestellt, homogenisiert und zu Zugproben ausgewalzt. Den Abschluss der Versuche bilden Untersuchungen mittels Rasterelektronenmikroskop (REM). Zusammenfassend erwiesen sich alle Legierungen im Versuch als hervorragend zu Blech kaltwalzbar. Bei REM-Untersuchungen zeigten sich Anreicherungen der Elemente Mg, Si, Fe und Mn an den Korngrenzen. Zn lag in allen Proben regellos verteilt vor, bei Cu traten beide der Verteilungen auf. Weitere Forschung sollte sich auf die Wärmebehandlung der Legierungen konzentrieren. Ebenfalls ist ein Fokus auf die Beschaffung von zuverlässigen Daten zu legen, um den Einfluss des „educated guess“ zu reduzieren.

AB - Mit einer Jahresweltproduktion von ca. 90 Mio. t rangiert Aluminium nach Eisen an zweiter Stelle aller Metalle. Die niedrige Dichte, der geringe Preis sowie die hervorragende Korrosionsbeständigkeit führen zu einem breiten Einsatzgebiet für Aluminium-Legierungen. Dazu zählen sowohl der Transport-, Bau- und Verpackungssektor sowie die Elektrotechnik. Die Herstellung von Aluminium aus primären Rohstoffen ist sehr energieintensiv. Recycling ermöglicht eine Verringerung des Energiebedarfs um 90 bis 95 %. Problematisch für langlebige Produkte, z.B. Automobile, ist ein Ungleichgewicht zwischen Schrottverfügbarkeit und Schrottnachfrage. Eine vollständige Abtrennung von Aluminium-Legierungen sowie die Separation von Knet- und Gusslegierungen bei der Schrottaufbereitung scheitert derzeit oft an der Wirtschaftlichkeit. Aufgrund des unedlen Charakters von Aluminium ist zudem eine Entfernung von Fremdelementen thermodynamisch und wirtschaftlich häufig nicht möglich. Diese Gründe führen zu den derzeit häufig angewandten Strategien des Verdünnens mit Primäraluminium und des Downcyclings. Bei letzterem stellt das Produkt des gemeinsamen Schmelzvorganges von Knet- und Gusslegierungen wiederum eine Gusslegierung dar, deren Haupteinsatzgebiet im Verbrennungsmotor liegt. Steigende Marktanteile von Elektrofahrzeugen lassen den Markt für diese Gusslegierungen schrumpfen. Aus diesem Grund untersucht diese Arbeit das große Einsatzgebiet des Automobilsektors. Es erfolgen Berechnungen der Zusammensetzungen von Schmelzen von drei typischen Automobiltypen auf Basis von Literaturdaten sowie einem „educated guess“. Dies sind ein durchschnittliches Fahrzeug aus EU-Produktion, der Pickup Ford F150 sowie der Tesla Modell 3. Ebenfalls Betrachtung finden verschiedene Demontageszenarien, welche von „ohne Demontage“ bis hin zu „theoretisch möglicher Demontage“ reichen. Jede der resultierenden Legierungen wird im Labormaßstab hergestellt, homogenisiert und zu Zugproben ausgewalzt. Den Abschluss der Versuche bilden Untersuchungen mittels Rasterelektronenmikroskop (REM). Zusammenfassend erwiesen sich alle Legierungen im Versuch als hervorragend zu Blech kaltwalzbar. Bei REM-Untersuchungen zeigten sich Anreicherungen der Elemente Mg, Si, Fe und Mn an den Korngrenzen. Zn lag in allen Proben regellos verteilt vor, bei Cu traten beide der Verteilungen auf. Weitere Forschung sollte sich auf die Wärmebehandlung der Legierungen konzentrieren. Ebenfalls ist ein Fokus auf die Beschaffung von zuverlässigen Daten zu legen, um den Einfluss des „educated guess“ zu reduzieren.

KW - Knetlegierungen

KW - Gusslegierungen

KW - Schrottaufbereitung

KW - Verdünnen

KW - Downcycling

KW - Automobilsektor

KW - Demontage

KW - Kaltwalzen

KW - wrought alloys

KW - cast alloys

KW - scrap processing

KW - dilution

KW - downcycling

KW - automotive sector

KW - dismantling

KW - cold-rolling

M3 - Masterarbeit

ER -