25.10.2011

Ruhr-Universität Bochum

Blitzschnell verschleißfeste Bauteile

Starker Stromschlag verdichtet Pulver „kalt“
Energieeffizient Werkstoffe herstellen

Forscher am RUB-Lehrstuhl Werkstofftechnik arbeiten an einem neuartigen Verfahren, das es erlaubt, verschleißfeste Stahlbauteile innerhalb von wenigen Millisekunden herzustellen. Dazu wird elektrische Energie in Kondensatoren gespeichert und dann impulsartig in eine Metallpulvermischung entladen. Die entstehende Hitze verdichtet das Pulver blitzschnell zu festen Bauteilen. Die Methode ist energieeffizienter als herkömmliche Verfahren und erlaubt die Herstellung neuer Materialien mit speziellen Eigenschaften.



Über ihre Methode berichten sie in RUBIN Werkstoff-Engineering, der aktuellen Sonderausgabe des RUB-Wissenschaftsmagazins.

Stundenlang im herkömmlichen Ofen

Bauteile, die starkem Verschleiß ausgesetzt sind, werden häufig in sehr hohen Stückzahlen hergestellt, etwa Schneidplättchen für Bandsägen. Oft fertigt man sie aus Stahlpulvern, dank denen man den Werkstoff maßschneidern kann. Grobe, harte Partikel werden in die weichere Stahlmatrix eingebettet, so dass sie sich Furchen entgegenstellen, während die weiche Matrix Risse verhindert. Herkömmliche Herstellungsverfahren sind aber sehr aufwändig und teuer: Das Pulver muss bei über 1000°C und über 1000 bar Druck über mehrere Stunden in einem Ofen verdichtet werden. Die lange Dauer des Prozesses ermöglicht außerdem unerwünschte Prozesse im Material. Manche Hartstoffe lösen sich dabei auf und können nicht verwendet werden, obwohl sie für die spätere Anwendung optimale Eigenschaften bieten würden.

Blitzartige Verdichtung erlaubt ganz neue Zusammensetzungen

Die Bochumer Forscher um Dipl.-Ing. Philipp Schütte setzen daher auf eine neue Methode: die Spark Plasma Consolidation. Funken sprühen dabei zwar nicht, aber Kern der Methode ist eine blitzartige Entladung von bis zu 80.000 Wattsekunden. Das zu verdichtende Pulver wird dabei zwischen zwei Stempel aus einer Kupferlegierung gepresst, die gleichzeitig die Kontakte für die Stromentladung darstellen. Da die gesamte Energie durch das Pulver geleitet wird, ist die Methode sehr effizient – im Gegensatz zum Ofen, wo viel Energie als Wärme verloren geht. Das fertig verdichtete Werkstück lässt sich nach der Entladung per Hand aus der Anlage nehmen. Was genau im Werkstoff bei der Entladung passiert, haben die Forscher untersucht: Die Partikelränder schmelzen, die Schmelze wird in die Zwischenräume gepresst und erstarrt dort. Für Auflösungsprozesse bleibt keine Zeit. Das erlaubt auch die Verwendung von Materialien, die sich bei herkömmlichen Herstellungsprozessen auflösen würden. Sogar Diamanten lassen sich mit der Methode einbinden.

Weitere Themen in RUBIN Werkstoff-Engineering

Im RUBIN Werkstoff-Engineering finden Sie außerdem folgen Themen: Widerstandsfähig gegen Rost und Reibung: Pumpenzentrum kümmert sich um das allgegenwärtige Stiefkind der Forschung; Dem Zufall auf die Sprünge helfen: Entwicklung neuer Werkstoffe durch Hochdurchsatzexperimente mit Materialbibliotheken; Die Sonne Wasser spalten lassen; Wenn Superlegierungen versetzt werden; Zerreißprobe: Wie Hitze die Mikrostruktur von Stahl durcheinanderbringt; Geflochtene Implantate; Bei extremer Kälte dem Magnetfeld widerstehen; Leichter abheben; Heißer ist besser: Kraftwerke umweltschonender machen; Wie eine lebende Haut: Neue Korrosionsschutzschichten sollen Defekte selbstständig heilen; … und wenn sich der Wasserstoff nicht nur im Tank befindet?: Ingenieure untersuchen Gefahren durch Wasserstoff in hochfesten Stählen; Vom Atom zum Werkstoff: Interdisziplinäre Materialsimulation zu leichten Elementen in Eisen und Stahl. RUBIN ist in der Stabsstelle Strategische PR und Markenbildung zum Preis von 5 Euro erhältlich und online unter http://www.rub.de/rubin

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