Autor: Susanne Freund

Keramische Lösungen für die Gießereitechnik – HMI#1

3.4.2018

#1 der Reihe: Schmelzen, Gießen, Metallveredelung und Qualitätssicherung mit zerstörungsfreien Prüfverfahren.

Die Gießereiindustrie besitzt eine Schlüsselrolle als Zulieferbranche vor allem für Unternehmen aus dem Fahrzeug- und Anlagenbau, der Luftfahrtindustrie, dem Schiffsbau oder der Energietechnik. Die Anforderungen an die Herstellung von Gussteilen hinsichtlich Qualität, Preisgefüge, Zuverlässigkeit und Formenvielfalt steigen stetig. Das Fraunhofer IKTS entwickelt keramische Hochleistungswerkstoffe, die einen entscheidenden Beitrag leisten, um diesen Ansprüchen gerecht zu werden.

Keramische Schutzplatten für langzeitstabile Krätzeschilder

Moderne Gießereianlagen zeichnen sich durch höhere Energieeffizienz, verbesserte Steuer- und Regelmechanismen und zuverlässige Anlagenkomponenten aus. Eine Schwachstelle bisheriger Anlagen sind jedoch die sogenannten Krätzeschilder. Diese werden genutzt, um von der Oberfläche der metallischen Schmelze Schlackerückstände und Oxide abzustreifen und um die Schmelzwanne nach Entleerung grob zu reinigen. Krätzeschilder sind aus Stahl gefertigt und werden einerseits korrosiv von der geschmolzenen Gusslegierung abgetragen und anderseits während des Reinigungsprozesses mechanisch stark belastet. Insbesondere die korrosive Belastung beim Verarbeitungsprozess der Gusslegierung führt zu einem rasanten Verschleiß der Schilder, so dass sie in kurzen Zeitabständen ausgetauscht werden müssen.

© Fraunhofer IKTS

Korrosionsstabiles Krätzeschild mit Schutzplatten aus Siliciumnitrid.

Um die Lebensdauer zu erhöhen und die Instandhaltungskosten zu reduzieren, hat das Fraunhofer IKTS in Kooperation mit der Rackwitz Industrieanlagen GmbH keramische Schutzplatten zur Verkleidung der Metalloberfläche der Krätzeschilder entwickelt. Aufgrund seiner herausragenden mechanischen und korrosiven Eigenschaften, wurde Siliziumnitrid als keramischer Werkstoff ausgewählt und gezielt auf die Anwendung in Aluminiumschmelzen modifiziert und bewertet. Der neue Werkstoff weist bis über 800°C eine sehr hohe Bruchzähigkeit und Festigkeit auf. Untersuchungen bezüglich der Wechselwirkungen zwischen Aluminium und Keramik zeigten, dass kein schädigender Einfluss an der Keramikoberfläche auftritt. Zudem haftet die Aluminiumschmelze nach dem Erstarren kaum oder nur leicht an der Keramik und lässt sich einfach ablösen.

Darüber hinaus hat das Fraunhofer IKTS ein Fügekonzept entwickelt, um die keramischen Schutzplatten auf dem Krätzeschild zu befestigen. Die Verbindung ist dabei so ausgelegt, dass thermisch bedingte Dehnungsunterschiede nicht zum Eintrag von möglicherweise schädigenden Zugspannungen in die Keramik führen. Die Klebeverbindung zwischen den keramischen Platten verbindet die Platten untereinander und führt so zu einer stabilen Fixierung auf dem Schild. Weiterhin verhindert sie ein Eindringen der Aluminiumschmelze hinter die Platten. Durch die schwache Anbindung des Klebstoffes am Metall ist das Herauslösen einzelner Platten manuell mittels Hammerschlägen machbar und ermöglicht einen Austausch im Falle einer lokalen Beschädigung.