Metallschmelze-Hybrid-Filtersystem für hochreine Metalle

Gießen Metallschmelze-Hybrid-Filtersystem für hochreine Metalle

02.03.2020Redakteur: Juliana Pfeiffer

Um hochreine und fehlerfreie Metalle für leichte, aber extrem belastbare Bauteile zu erhalten, muss im Herstellungsprozess die Metallschmelze von Verunreinigungen gefiltert werden. Ein an der TU Bergakadmie Freiberg neu entwickeltes Hybrid-Filtersystem arbeitet hier hochgenau.

Firmen zum Thema

TU Bergakademie Freiberg

Oswald Elektromotoren GmbH

Materialise GmbH Niederlassung Bremen

Rund 5 Millionen Tonnen Metall werden pro Jahr von deutschen Gießereien verarbeitet. Dabei ist die Nachfrage nach leistungsfähigen Werkstoffen besonders hoch.
(Bild: TU Bergakademie Freiberg, SFB 920)

Im Sonderforschungsbereich 920 haben Wissenschaftler der TU Bergakademie Freiberg ein neues Verfahren zur Herstellung von Metallschmelze-Hybrid-Filtern entwickelt. Mit der patentierte Technologie lassen sich unterschiedliche Verunreinigungen und nichtmetallische Einschlüsse aus Metallschmelzen entfernen. Daraus gegossene Bauteile werden sicherer und widerstandsfähiger.

Bildergalerie

Computertomographische Aufnahme eines Metallschmelze-Hybrid-Filters mit flammgespritzter, funktionaler Al2O3-C-Beschichtung.

Schema vom Querschnitt eines keramischen Metallschmelze-Hybrid-Filters (1) aus zwei porösen Filtern (2, 3), einer aktiven Filtrationsschicht (4) und einer Fügeschicht (5).

Lichtmikroskopische Aufnahme einer aktiven Filtrationsschicht aus Magnesiumborat-Fasern (Electrospinning).

Beim Herstellungsprozess von metallischen Gusswerkstoffen befinden sich viele verschiedene Verunreinigungen in der Schmelze, die metallurgisch schwer oder gar nicht entfernt werden können. Die Größe, Art und Verteilung solcher nichtmetallischen Einschlüsse können die mechanischen Eigenschaften der Metalle deutlich beeinflussen. Doch wie können diese Einschlüsse aus der Metallschmelze entfernt werden? Eine Möglichkeit sind intelligente keramische Filterwerkstoffe bzw. Filtersysteme. Dabei werden die Einschlüsse auf der Filteroberfläche zurückgehalten oder scheiden sich im Inneren des Filters ab.

Der Sonderforschungsbereich 920

Im Sonderforschungsbereich 920 „Multifunktionale Filter für die Metallschmelzefiltration – ein Beitrag zu Zero Defect Materials“ entwickeln die Wissenschaftler der TU Bergakademie Freiberg neuartige intelligente Filterwerkstoffe und Filtersysteme sowie neuartige modellunterstützte Filterdesigns für reinere Metallschmelzen.

Reinigungseffizienz von bis zu 95 Prozent

Die Materialwissenschaftler der TU Bergakademie Freiberg haben nun eine Hybrid-Filtersystem entwickelt, das die Filtrationseffizienz steigern und künftig auch Einschlüsse mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung aus Metallschmelzen entfernen soll. Bei dem patentierten Verfahren filtern mindestens zwei keramisch, unterschiedlich beschichtete Filtermaterialien die Metallschmelze effizienter. Bisher lag die Filtrationseffizienz bisher bei weniger als 90 Prozent für Einschlusspartikel im Größenbereich 1 bis 100 µm.

Beim Hybrid-Filtersystem kommt die Metallschmelze erst in Kontakt mit reaktiven Filtern, die in situ Gasblasen in der Metallschmelze generieren bzw. Gasblasen an den Einschlüssen aktivieren und zu einer Art Flotation der Einschlüsse beitragen. Durch die hohe Reaktivität und aufgrund der Gasblasen wird die Agglomeration der feinen Einschlüsse gefördert, so dass sich die größeren Cluster von Einschlüssen entweder durch Auftriebskräfte in Richtung Schlackenoberfläche der Schmelze bewegen oder an aktiven, nicht gasbildenden, aktiven Filtern mit funktionalisierten Filteroberflächen – mit ähnlicher Chemie wie die der Einschlüsse – durch Filtrationsprozesse entfernen lassen.

Damit kann eine hohe Reinigungseffizienz größer 95 Prozent erreicht werden. Mit dem neuen Verfahren wird die Schmelze reiner und die Qualität und Widerstandsfähigkeit daraus gegossener Bauteile gesteigert. Damit werden seitens der Anwender und Weiterverarbeiter die Ausschussraten reduziert und es ergeben sich zusätzlich neue Möglichkeiten für das Recycling von Metallen.

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