Formgebung

Sintern von Aluminium-Legierungen

| Redakteur: Dorothee Quitter

Das Sinterverfahren lässt sich durch einen technischen Trick nun auch für Aluminium nutzen.
Das Sinterverfahren lässt sich durch einen technischen Trick nun auch für Aluminium nutzen. (Bild: TU Wien)

Die TU Wien hat ein pulvermetallurgisches Verfahren für Aluminium entwickelt, mit dem sich auf materialsparende Weise komplex geformte Bauteile herstellen lassen.

Am Institut für Chemische Technologien und Analytik der TU Wien forscht man seit vielen Jahren an Sinter-Technologien und arbeitet 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 ein Rohwerkstück, der sogenannte „Grünling“, den man dann in Spezialöfen erhitzt. 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.

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Sintern von Aluminium

Wenn man dabei allerdings Aluminium verwendet, hat man ein Problem: Die Oxidschicht um die Aluminiumpartikel lässt sich nämlich erst bei sehr hohen Temperaturen entfernen. Gleichzeitig hat das Aluminium aber einen relativ niedrigen Schmelzpunkt, der die maximale Sintertemperatur begrenzt. Es ist daher unmöglich; die Oxidschicht zu entfernen, bevor das gesamte Metallstück geschmolzen ist.

Auch die Trägersubstanz, in der das Metallpulver gebunden ist, wird durch thermische Prozesse entfernt, die erst bei erhöhten Temperaturen ablaufen. Durch das Überlappen der Temperaturbereiche der Binderentfernung mit dem Sintern werden Rückstände des Bindemittels in das gesinterte Werkstück mit eingebaut, wenn man Aluminium mit derselben Technik verarbeitet wie andere Metalle.

Richtige Atmosphäre beim Sintern entscheidend

An der TU Wien gelang es nun, eine Lösung für dieses Problem zu finden: Entscheidend ist, im Sinterofen die richtige Atmosphäre zu schaffen. Normalerweise verwendet man eine sauerstoffarme Umgebung, um das vollständige Oxidieren eines Metallpulvers zu verhindern. Bei Aluminium hingegen ist eine sauerstoffreiche Atmosphäre nützlich: „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“, erklärt Gierl-Mayer.

Nach diesem ersten Schritt ersetzt man die Sauerstoffatmosphäre durch Stickstoff und erhöht die Temperatur weiter. Mit Hilfe von Magnesium wird die Aluminiumoxidschicht schließlich aufgebrochen, eine flüssige Phase entsteht und die Aluminiumpartikel werden zu einem soliden Metallstück gesintert.

Das pulvermetallurgische Verfahren erlaubt es, komplizierte Formen herzustellen, die auf andere Weise gar nicht oder nur mit großem Aufwand realisierbar sind. Das pulverförmige Ausgangsmaterial ist relativ billig, dadurch kann man bei überschaubaren Kosten auch relativ große Bauteile produzieren. In der Massenproduktion werden damit im Vergleich zur üblichen Fertigung erhebliche Material- und Gewichtseinsparungen von bis über 50% möglich.

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