Mit Titan lebt und fliegt“s sich leichter
Titan ist ein begehrtes Metall wegen seiner guten Verträglichkeit für den menschlichen Körper und der extremen mechanischen Belastbarkeit. Russische und US-Firmen teilen sich den Weltmarkt. Airbus z.B. bezieht ein Drittel seines Verbrauchs an Titanlegierungsprodukten kostengünstig aus Russland.
Eindeutig Hightech: Biegsame Brillengestelle aus Titan, medizinische Implantate, superleichte Golfschläger – teurer Titanschmuck und auch Raketentechnik. Als der deutsche Chemiker Martin Klaproth 1795 das Mineral Rutil untersuchte und dabei das Oxid eines unbekannten Elements entdeckte, ahnte er nicht, dass dieses Metall 200 Jahre später den Luftfahrzeugbau beflügeln würde. Denn damals gab es gerade mal die Mongolfiere. Die griechische Mythologie half Klaproth bei einen Namen, der ganz besonders heute passt. Er nannte das Element Titanium – nach den ersten Kindern der Götter von Himmel und Erde, den Titanen.
„Titan spielt in der Luftfahrt eine enorm wichtige Rolle, neue Produktionsverfahren und Fertigungsprozesse werden diesen Trend noch verstärken“, erklärte James R. Wood vom amerikanischen Titan-Marktführer Allvac in Monroe/North Carolina auf der Weltkonferenz „Titan 2003“ im Juli in Hamburg.
Wood, Direktor für Forschung und Entwicklung im Bereich Titan, erinnerte an die SR-71 Blackbird, lange Zeit schnellster Militärjet der Welt, die bereits 1966 einen Meilenstein für die Anwendung von Titan setzte. Diese Entwicklung findet ihren Höhepunkt derzeit in der F-22 Raptor der US-Airforce, die auf einen Bedarf von 36 t des Leichtmetalls kommt.
Insgesamt rund die Hälfte des besonderen Werkstoffs gehen alljährlich in den militärischen wie zivilen Flugzeugbau. Auf immerhin 9 Gew-% – das entspricht rund 25 t – bringt es Titan auch im neuen Airbus Megaliner A 380, von dem inzwischen 129 Stück vorbestellt sind.
Der Einsatz in Luft- und Raumfahrt ist wichtiger Bestandteil der Forschungsaktivitäten und war damit auch auf dem Treffen der 750 Fachleute gut vertreten, das alle vier Jahre stattfindet und von den sieben wichtigsten Ländern der Titan-Erzeugung bzw. -Verarbeitung im Wechsel organisiert wird es sind dies USA, Russland, Japan, Großbritannien, Frankreich, China und Deutschland.
Titan haftet immer noch etwas Luxuriöses und Seltenes an – weniger aufgrund der hohen Preise bei Schmuckanwendungen, sondern vielmehr wegen der Verwendung in den „Königsdisziplinen Luft- und Raumfahrt sowie Medizintechnik. Dabei ist das Element mit dem Kürzel Ti zu 0,6 % in der Erdrinde enthalten und damit das vierthäufigste Metall.
In der oxidischen Form (TiO2) ist Titan das wichtigste Weißpigment, wird als Füllmaterial und sogar in der Zahnpasta benutzt. Immer häufiger wird auch nanoskaliges Titandioxid in besonders effektiven Sonnenschutzmitteln eingesetzt, die nur 10 bis 15 nm (milliardstel Meter) großen Partikel sind in dieser Form transparent, aber undurchlässig für die schädliche UV-Strahlung.
Prof. Lothar Wagner von der TU Clausthal forscht für den japanischen Autokonzern Honda daran, Titan für Fahrwerkfedern zu nutzen. Basis dafür ist die Legierung LCB (Low Cost Beta), die von der US-Firma Timet entwickelt wurde. LCB eignet sich aufgrund der Kombination von hoher Dehngrenze, niedrigem Elastizitätsmodul und hoher Wechselfestigkeit. „Damit kann man 40 % des Gewichts gegenüber Stahlfedern sparen“, erklärt Wagner das Interesse des Automobilbauers, der 30 000 ! als Anschubfinanzierung zur Verfügung gestellt hat. Zudem muss die Oberfläche solcher Bauteile nicht geschützt werden, weil Titan im Kontakt mit Sauerstoff oder Wasser eine Oxidschicht bildet.
Wagner soll mit seinem Team den neuen Werkstoff für den Fahrzeugeinsatz weiter verbessern. „Wir werden die Federfunktion optimieren“. Zudem werden die Forscher an geeigneten Gefügen von LCB Ermüdungsversuche durchführen und die Werkstoffoberfläche durch Kugelstrahlen und Walzen zusätzlich verfestigen. Wagner ist sicher, dass Titan und Titanlegierungen zunehmend außer im Fahrwerksbereich auch bei Hochleistungsmotoren oder Abgasanlagen Anwendung finden werden. KLAUS JOPP/KÄM
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