TU Wien entwickelt Spritzgussverfahren für Aluminium

Durch einen Trick konnten sie Hürden überwinden, die ein Zusammenbacken dieser metallhaltigen Pulver zu festen Werkstücken bisher verhindert haben. Das eröffne neue Einsatzfelder überall dort, wo Gewicht gespart werden soll. Komplex geformte Bauteile, etwa für Flugzeuge, Autos oder in der Raumfahrttechnik, werden oft im Metallpulver-Spritzgussverfahren hergestellt. Beim „Sintern“ werden vor allem Pulver mit Stahl- oder Titan-Anteilen mit Kunststoff versetzt, in die gewünschte Form gepresst und unter großer Hitze zusammengebacken.

Mit Kunststoff vermischt

Die feinen Metallpartikel reagieren aber mit dem Sauerstoff der Luft und sind daher meistens mit einer dünnen Oxidschicht überzogen, erklärte der Chemiker Christian Gierl-Mayer am Dienstag in einer Aussendung der TU Wien. Um das Metallpulver formbar zu machen, wird es zunächst mit einer Trägersubstanz aus Kunststoff vermischt und danach in eine vorgefertigte Form gespritzt. So entsteht ein Rohwerkstück, das dann in Spezialöfen erhitzt wird. Dort wird die Trägersubstanz entfernt und die Oxidschicht abgebaut. So können sich die Metallkörnchen zu einem festen Körper verbinden.

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.

Sauerstoffreiche Atmosphäre

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 ersetzen sie den Sauerstoff durch Stickstoff und erhöhen die Temperatur weiter. 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.