Sprühkompaktieren

Sprühkompaktieren ist ein Fertigungsverfahren aus der Gruppe der Urformverfahren. Dabei wird zur Herstellung von endkonturnahen Bauteilen oder von Halbzeugen (Blöcke, Bolzen, Scheiben, Bleche, Rohre) eine flüssige Metallschmelze durch eine Düse versprüht. Der Sprühstrahl ist auf ein Substrat oder eine Auffangfläche gerichtet, wo die flüssigen oder in der Erstarrung befindlichen Schmelztröpfchen zu einem festen Körper "kompaktiert" werden. Versetzt man die Auffangfläche in eine langsame Rotation und zieht sie sukzessive nach unten weg, dann "wächst" im Gegenzug ein bolzenförmiger Körper herauf.

Ursprung

Als einer der Pioniere der Sprühkompaktierung gilt Professor Singer, der in den 1970er Jahren an der Universität Swansea in Wales neue Wege zur Urformung von Stahl suchte. Ausgehend vom Versprühen metallischer Schmelzen, welches bereits aus der Pulvermetallurgie bekannt war, ließ man aber die versprühten Schmelztröpfchen nicht zu Metallpulver erstarren, sondern der Sprühstrahl wurde direkt zu dem gewünschten festen Körper "kompaktiert". Der Umweg der Pulvermetallurgie, nämlich das Pressen des Pulvers in eine Form und das Sintern wird so vermieden.

Vorteile

Die Vorteile des Sprühkompaktierens entstehen aus der hohen Abkühlungsgeschwindigkeit. Diese liegt mit 1000 bis 10000 K/s nur leicht unter den Abkühlungsgeschwindigkeiten der Pulvermetallurgie, aber mehrere Größenordnungen über den Abkühlungsgeschwindigkeiten von klassischen Gießverfahren. Dadurch werden die Möglichkeiten der Metallurgie gegenüber den Gießverfahren erheblich erweitert. Durch das Sprühkompaktieren lassen sich Legierungen herstellen, die man weder mit der Gießereitechnik noch mit der Umformtechnik herstellen könnte. Sprühkompaktierte Stähle haben ein besonders homogenes Werkstoffgefüge, Seigerungen lassen sich weitgehend vermeiden. Spezielle Gefügebestandteile, die man zum Erreichen besonderer Werkstoffeigenschaften benötigt, wie z.B. Mangansulfide oder Carbide lassen sich beim Sprühkompaktieren wesentlich feinkörniger herstellen, als bei der Gießtechnik. In der Folge werden Festigkeit und Zähigkeit verbessert. Auch bei Aluminium- und Magnesiumlegierungen lassen sich durch das Sprühkompaktieren besonders leistungsfähige Legierungen mit hohen Festigkeiten und Temperaturfestigkeiten herstellen.

Nachteile

Ein Nachteil des Sprühkompaktierens besteht in den Sprühverlusten (overspray). Wie in der Lackiertechnik ist es unvermeidlich, dass ein gewisser Anteil des Sprühstrahls sein Ziel verfehlt. Ein weiterer potenzieller Nachteil besteht darin, dass sich ein 100 % porenfreier Werkstoff mit dem Sprühkompaktieren normalerweise nicht herstellen lässt.

Varianten

  • Die Verdüsung der Schmelze kann durch einen Gasstrahl oder durch Zentrifugalkräfte erfolgen.
  • Eine Gasdüse kann man mit einem Inertgas oder mit einem Reaktionsgas betreiben.
  • Zusätzlich zum Schmelzsprühstrahl kann man mit einem Pulverstrahl feste Partikel zuführen.
  • Man kann mehrere Schmelzsprühstrahlen gleichzeitig verwenden.
  • Das Substrat lässt sich auf vielfältige Art linear und rotatorisch bewegen.

Diese Artikel könnten dir auch gefallen

Die letzten News aus den Naturwissenschaften

01.04.2021
Teilchenphysik
Myon g-2: Kleines Teilchen mit großer Wirkung
Das Myon g-2-Experiment des Fermilab in den USA steht vor einem Sensationsmoment, der die Geschichte der Teilchenphysik neu schreiben könnte.
01.04.2021
Planeten - Elektrodynamik - Strömungsmechanik
Zwei merkwürdige Planeten
Uranus und Neptun habe beide ein völlig schiefes Magnetfeld.
30.03.2021
Kometen_und_Asteroiden
Der erste interstellare Komet könnte der ursprünglichste sein, der je gefunden wurde
Neue Beobachtungen mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) deuten darauf hin, dass der abtrünnige Komet 2I/Borisov einer der ursprünglichsten ist, die je beobachtet wurden.
25.04.2021
Raumfahrt - Astrophysik - Teilchenphysik
Erstmals Atominterferometer im Weltraum demonstriert
Atominterferometer erlauben hochpräzise Messungen, indem sie den Wellencharakter von Atomen nutzen.
25.03.2021
Quantenoptik
Sendungsverfolgung für eine Quantenpost
Quantenkommunikation ist abhörsicher, aber bislang nicht besonders effizient.
24.03.2021
Schwarze_Löcher - Elektrodynamik
Astronomen bilden Magnetfelder am Rand des Schwarzen Lochs von M 87 ab
Ein neuer Blick auf das massereiche Objekt im Zentrum der Galaxie M 87 zeigt das Erscheinungsbild in polarisierter Radiostrahlung.
24.03.2021
Astrophysik
Die frühesten Strukturen des Universums
Das extrem junge Universum kann nicht direkt beobachtet werden, lässt sich aber mithilfe mathematischer Theorien rekonstruieren.
23.03.2021
Supernovae - Teilchenphysik
Können Sternhaufen Teilchen höher beschleunigen als Supernovae?
Ein internationales Forschungsteam hat zum ersten Mal gezeigt, dass hochenergetische kosmische Strahlung in der Umgebung massereicher Sterne erzeugt wird. Neue Hinweise gefunden, wie kosmische Strahlung entsteht.
23.03.2021
Teilchenphysik
Neue Resultate stellen physikalische Gesetze in Frage
Forschende der UZH und des CERN haben neue verblüffende Ergebnisse veröffentlicht.
19.03.2021
Festkörperphysik - Teilchenphysik
Elektronen eingegipst
Eine scheinbar einfache Wechselwirkung zwischen Elektronen kann in einem extremen Vielteilchenproblem zu verblüffenden Korrelationen führen.