Wärmetauscher (engl. exchangers) sind Komponenten, die Wärme zwischen zwei oder mehreren Medien bei im Allgemeinen getrennten Strömungswegen übertragen. Aus werkstoffwissenschaftlicher Sicht sind sie hochgradig multikriterielle Systeme, in denen thermische Leistungsfähigkeit, Strömungsmechanik, Korrosions- und Ermüdungsbeständigkeit sowie Fertigbarkeit in einem engen Zielkonflikt stehen.

Grundlegende Bauarten sind Rohrbündelwärmetauscher, Platten- und Lamellenwärmetauscher. Letztere nutzen dünnwandige Strukturen mit hoher spezifischer Oberfläche, um den Wärmeübergangskoeffizienten zu maximieren. Dies führt zu geringen Wanddicken, kleinen charakteristischen Längen und damit zu hohen Anforderungen an die Werkstoffqualität (Porenfreiheit, Homogenität, Maß- und Formstabilität) und an Fügeverfahren wie Löten oder Schweißen.

Für die Werkstoffwahl sind neben Wärmeleitfähigkeit und Festigkeit vor allem Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit, Kriechverhalten, Thermoschock- und Ermüdungsresistenz relevant. Typische Werkstoffe sind aushärtbare Aluminiumlegierungen für Lamellenwärmetauscher, austenitische und duplextische rostfreie Stähle sowie Nickelbasislegierungen für Hochtemperaturanwendungen, zunehmend auch Polymere und Faserverbundwerkstoffe für korrosive oder gewichtsensitive Systeme.

Werkstofftechnische Herausforderungen umfassen interkristalline Korrosion, Spannungsrisskorrosion, Erosion durch Partikel, Fouling-induzierte Degradation und Diffusionsprozesse an Löt- und Schweißnähten. Moderne Entwicklungen fokussieren auf additive Fertigung komplexer Exchanger-Geometrien, gradienten Werkstoffe, integrierte Funktionsschichten (z. B. anti-fouling, anti-korrosiv) und lebensdauergestützte Auslegung auf Basis gekoppelter thermo-mechanischer Simulationsmodelle.