Druckgussanlage

© Foto: Universität des Saarlandes

Herstellung metallischer Massivgläser

Mit dem Kooperationsprojekt „Druckgussanlage“ setzen sich das Unternehmen EMG Engineering + Maschinenbau GmbH sowie die Universität des Saarlandes (Lehrstuhl für Metallische Werkstoffe) zum Ziel, eine industrielle Druckgussanlage zur Herstellung von Bauteilen aus metallischen Massivgläsern zu entwickeln. Das Projekt wird über zwei Jahre aus Mitteln des Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) gefördert und hat ein Fördervolumen von 360.000 Euro. Ein entsprechender Antrag wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Juni 2016 bewilligt.

Aus speziellen Metalllegierungen lassen sich unter besonderen Voraussetzungen sogenannte „metallische Gläser“ herstellen. Darunter versteht man Legierungen, die nicht in kristalliner, sondern in amorpher Struktur vorliegen und diesen Zustand über einen kinetischen Übergang (den sogenannten „Glasübergang“) erreichen. Dazu ist es notwendig, die Kristallisation beim raschen Abkühlen der Schmelze zu verhindern.

Bauteile aus metallischen Gläsern sind sehr hart und hochfest und zeigen gleichzeitig herausragende elastische Eigenschaften. Aufgrund der Kombination aus Elastizität und Festigkeit ergibt sich ein sehr gutes mechanisches Rückstellverhalten. Die Festigkeiten können dabei die von Stahl erreichen und sogar übersteigen, sodass metallische Gläser ideale Eigenschaften als Konstruktions- und Federwerkstoffe besitzen. Neben den herausragenden mechanischen Eigenschaften zeichnen sich die Materialien durch ihr geringes Gewicht und eine exzellente Korrosionsbeständigkeit aus. Dieses Eigenschaftsspektrum prädestiniert die Legierungen für den Einsatz in mechanisch hoch beanspruchten Präzisionsbauteilen und für Leichtbauanwendungen, da sich Dank der ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften des Materials auch mit geringen Wanddicken sehr robuste Bauteile realisieren lassen.

Die Herstellung metallischer Gläser als dünne Folien aus Legierungsschmelzen ist bereits seit Ende der 1950er Jahre bekannt. Die Weiterentwicklung der Legierungen zu sogenannten massivglasbildenden Legierungen und die Weiterentwicklung der Fertigungstechnologie ermöglicht heute die Fertigung von amorphen Bauteilen mit Dicken im Bereich von mehreren Zentimetern. Dennoch stellen derzeitige auf dem Markt verfügbare Herstellungsprozesse für Bauteile aus metallischen Gläsern, aufgrund der geringen Stückzahlen und damit hohen Stückkosten, noch keine Konkurrenz zu den heute verbreiteten Fertigungsprozessen (Feinguss, Metall-Spritzguss) kristalliner Metalle dar, obwohl die Bauteilqualitäten herausragend sind. Um in Zukunft größere Bauteile, sowie höhere Stückzahlen aus metallischen Gläsern wirtschaftlich herstellen zu können, bedarf es neben kontinuierlichen Fortschritten in der Legierungszusammensetzung auch eine Weiterentwicklung der komplexen Prozesstechnologien. Nur mit einer auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmten Legierungszusammensetzung und einer kontrollierten Prozessführung, kann diese sehr zukunftsweisende Technologie langfristig ihr großes Potential in einer Vielzahl von Branchen und Anwendungsbereichen ausschöpfen.

Ziel dieses Forschungsprojektes ist daher die Entwicklung einer innovativen Druckgussanlage zur Herstellung von Bauteilen aus metallischen Massivgläsern in großen Stückzahlen. Hierzu soll ein vollständiger Fertigungsprozess zur Herstellung amorpher Kleinteile entwickelt und aufgebaut werden, mit dem es ermöglicht wird, amorphe Bauteile mit hoher Reproduzierbarkeit, in großer Stückzahl, kosteneffizient herzustellen, sodass die wirtschaftliche Konkurrenzfähigkeit im Vergleich zu anderen Herstellungsverfahren gewährleistet wird.

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