Spritzgussteile aus Aluminiumlegierung

Metallpulverspritzgießen (MIM) bedeutet, Pulver und Bindemittel gleichmäßig zu vermischen, die Mischung anschließend durch einen Granulator zu granulieren und danach in den Formhohlraum einzuspritzen, um die gewünschte Form zu erzeugen. Die erhitzte Schmelze weist eine gute Fließfähigkeit auf, was die Formgebung des Produkts beim Spritzgießen begünstigt und die Gleichmäßigkeit der Produktdichte gewährleistet. Die geformten Produkte müssen außerdem entfettet und anschließend zum Sintern in einen Sinterofen eingebracht werden. Einige Produkte benötigen zusätzlich eine Nachbearbeitung wie Gewindeschneiden, Polieren und Beschichten.

Bei der Verwendung von Aluminium treten jedoch Probleme auf, da die Oxidschicht um die Aluminiumpartikel nur bei extrem hohen Temperaturen entfernt werden kann. Gleichzeitig ist der Schmelzpunkt von Aluminium relativ niedrig, wodurch die maximale Sintertemperatur begrenzt wird. Daher ist es unmöglich, die Oxidschicht auf dem Aluminiumpulver zu entfernen, bevor das gesamte Metallstück geschmolzen ist.

Das Bindemittel, das die Metallpulver im MIM-Feedstock bindet, wird ebenfalls durch eine Wärmebehandlung entfernt, die erst bei steigender Temperatur erfolgt. Die sich überschneidenden Temperaturbereiche für die Bindemittelentfernung und das Sintern führen dazu, dass bei der Verarbeitung von Aluminium mit denselben Verfahren wie bei anderen Metallen Rückstände des Bindemittels in das gesinterte Werkstück eingebunden werden.

Für dieses Problem wurde nun erfolgreich eine Lösung gefunden. Entscheidend ist, die richtige Atmosphäre im Sinterofen zu erzeugen. Normalerweise wird eine sauerstoffarme Umgebung verwendet, um eine vollständige Oxidation der Metallpulver zu verhindern. Bei Aluminium hingegen ist eine sauerstoffreiche Atmosphäre vorteilhaft. Die Partikel verfügen über eine sehr dicke Aluminiumoxidschicht, die eine vollständige Oxidation der Partikel verhindert. Gleichzeitig hilft der Sauerstoff dabei, den Kohlenstoffanteil des Bindemittels zu verbrennen.

Nach dem ersten Schritt wird die Sauerstoffatmosphäre durch Stickstoff ersetzt und die Temperatur weiter erhöht. Mit zusätzlicher Unterstützung durch Magnesium wird die Aluminiumoxidschicht schließlich zerstört und reduziert. Es bildet sich eine flüssige Phase, und die Aluminiumpartikel werden zu festen Metallteilen gesintert. Dieses Verfahren ermöglicht die Trennung der beiden Verarbeitungsschritte: der Entfernung von Kohlenstoffrückständen und des Sinterns der Aluminiumpartikel. Dadurch können beide Schritte im ersten Durchlauf abgeschlossen werden.

Das Spritzgießverfahren für Aluminiumpulverlegierungen kann komplexe Formen erzeugen, die auf andere Weise entweder nicht realisierbar sind oder einen erheblichen Aufwand erfordern. Aluminiumpulver ist relativ kostengünstig, sodass selbst große Bauteile nach MIM-Standards zu angemessenen Kosten hergestellt werden können. Daher werden bei der Großserienproduktion im Vergleich zur konventionellen Fertigung Material- und Gewichtseinsparungen von bis zu 50 % erwartet.

Diese fortschrittliche Technologie eignet sich für die Herstellung großer Stückzahlen komplexer Teile, darunter auch äußerst komplexe dreidimensionale Formen. Die hergestellten Produkte erfordern keine mechanische Bearbeitung oder nur einen geringen Bearbeitungsaufwand, wodurch die Produktionskosten gesenkt und die Produktionseffizienz verbessert werden. Die Arbeitseffizienz wird erhöht.