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Das Ausgangsprodukt ist feines Pulver, Aluminiumstaub wird mit einer Trägersubstanz vermischt und dann gepresst. Am Ende wird das Teil bei hoher Temperatur gesintert.

TU Wien kriegt Aluminium gebacken

09.03.2016

Mit einem Trick ist es der an der Technischen Universität Wien gelungen, das Sinterverfahren auch für Aluminium zu nutzen.

TU-Chemiker Christian Gierl-Mayer mit dem so genannten „Grünling“ (links) und dem gesinterten Aluminium-Werkstück (re.).

Komplizierte Metallteile stellt man heute gerne in Metallpulver-Spritzgussverfahren her: Dabei wird Metallpulver mit Kunststoff versetzt, in Form gepresst und bei hohen Temperaturen zu einem soliden Metallwerkstück zusammengebacken. Diesen Prozess bezeichnet man als „Sintern“, und bei Stahl oder Titan funktioniert das schon lange sehr gut — für Aluminium war diese Technik bisher allerdings nicht geeignet. Nun wurde an der TU Wien ein pulvermetallurgisches Verfahren für Aluminium entwickelt, mit dem sich auf materialsparende Weise komplex geformte Bauteile herstellen lassen. Besonders interessant ist das für Branchen, in denen Gewichteinsparung eine Rolle spielt – von der Automobilindustrie bis zur Weltraumtechnik.

Vom Pulver zum soliden Werkstück

Am Institut für Chemische Technologien und Analytik der TU Wien forscht man seit vielen Jahren an Sinter-Technologien und arbeitet dabei mit einigen der weltweit führenden Firmen auf diesem Gebiet zusammen. „Das Ausgangsmaterial sind feine Metallpartikel, die mit dem Sauerstoff der Luft reagieren und daher meist mit einer dünnen Oxidschicht überzogen sind“, erklärt der Chemiker Christian Gierl-Mayer. Um das Metallpulver fluide und formbar zu machen, wird es zunächst mit einer Trägersubstanz aus Kunststoff vermischt und in eine vorgefertigte Form gespritzt. So entsteht der sogenannte „Grünling“ — ein Rohwerkstück, das dann im Spezialofen erhitzt wird. Dabei wird die Trägersubstanz entfernt, und bei hoher Temperatur wird die Oxidschicht reduziert. Die Metallkörnchen kommen in direkten Kontakt und verbinden sich zu einem festen Metallkörper.

Spezialfall Aluminium

Für Aluminium war diese Technik bisher jedoch ungeeignet, da sich die Oxidschicht um die Aluminiumpartikel erst bei sehr großer Hitze entfernen lässt. Gleichzeitig liegt der Schmelzpunkt des Leichtmetalles aber relativ niedrig, was die maximale Sintertemperatur begrenzte. Die Oxidschicht konnte also nicht entfernt werden, bevor das Metallstück geschmolzen war. Auch die Trägersubstanz konnte erst bei höheren Temperaturen entfernt werden.

Die Forscher vom Institut für Chemische Technologien und Analytik der TU Wien konnten diese Probleme nun umgehen, indem sie im Sinterofen eine sauerstoffreiche Atmosphäre schufen. „Die Aluminiumoxidschicht der Partikel ist so dicht, dass sie die Partikel vor dem vollständigen Oxidieren schützt, gleichzeitig hilft der Sauerstoff beim Verbrennen der Kohlenstoffanteile des Bindematerials“, so Gierl-Mayer.

Nach diesem ersten Schritt wird der Sauerstoff durch Stickstoff ersetzt und die Temperatur weiter erhöht. Mit Hilfe von Magnesium wird die Aluminiumoxidschicht schließlich aufgebrochen, das Material verflüssigt sich und das Metallstück wird gesintert. Ihr Verfahren haben die Forscher bereits zum Patent angemeldet. [red/tuwien/apa]

Hinweis: Das Aluminium-Spritzgussverfahren wird erstmals auf der Hannover Messe (25.-29.4.2016) dem breiten Fachpublikum präsentiert: Halle 27, Stand L71.

Autor/in:
Redaktion Metall
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