Materialalterung

Materialalterung bezeichnet die zeitabhängige Veränderung von Materialeigenschaften durch innere Prozesse oder äußere Umweltbedingungen. Sie betrifft Werkstoffe wie Metalle, Kunststoffe, Keramiken und Verbundwerkstoffe und kann zu Änderungen der Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Chemikalienbeständigkeit, Maß- und Formstabilität sowie optischer Eigenschaften führen. Die Alterung beeinflusst Leistung, Zuverlässigkeit und die verbleibende Nutzungsdauer von Bauteilen in Maschinen, Infrastruktur, Fahrzeugen und Konsumgütern.

Ursachen und Mechanismen lassen sich in chemische, thermische, physikalische und mechanische Alterung unterteilen. Chemische Alterung umfasst Oxidation, Korrosion und Hydrolyse; thermische Alterung Reaktionen oder Strukturveränderungen durch hohe Temperaturen; physikalische Alterung schließt UV-Schäden und Freisetzungsprozesse ein; mechanische Alterung entsteht durch zyklische Belastung, Ermüdung oder Belastungskontakt. In der Praxis treten Überschneidungen auf, besonders bei Kunststoffen und Verbundwerkstoffen.

Je nach Werkstoff werden unterschiedliche Eigenschaften beeinträchtigt: Metalle können Korrosion oder Kristallisationsprozesse zeigen, Kunststoffe können Abbau der mechanischen Eigenschaften durch Chain scission oder Vernetzung erfahren, Keramiken können spröder werden, Verbundwerkstoffe verlieren Haftung zwischen den Schichten. Die Alterung lässt sich durch Labor- und Feldtests untersuchen; gängige Methoden sind Zug- oder Drucktests, Härtemessungen, Riss- und Delaminationsprüfungen sowie nicht destructive testing (NDT) wie Ultraschall, Thermografie oder Korrosionsprüfungen.

Zur Bewertung der Nutzungsdauer werden Lebensdauerkennwerte, Restnutzungsdauer und Sicherheitsfaktoren herangezogen. Beschleunigte Alterungstests sowie Zeit-Temperatur- oder Aktivierungsmodelle dienen der Prognose. In der Praxis wird Materialalterung durch regelmäßige Zustandserfassung und vorbeugende Wartung gemanagt.