Die Bayrische Metallwerke GmbH, die zur Gesellschaft für Wolfram- Industrie gehört, hat das neue Verfahren Anfang 2021 patentieren lassen. Es stellt die mehrphasige Mischkristall-Legierung in Pulverform her.
„Aufgrund seiner Beständigkeit gegen Korrosion und Erosion von Metallschmelzen sowie der hervorragenden thermischen Leitfähigkeit ist Wolfram das Material erster Wahl im Bereich Aluminiumguss“, so Nabil Gdoura, Forschungs- und Entwicklungsingenieur bei der Bayerische Metallwerke GmbH. „Die sehr hohe Dichte von 19,25 g/cm3 in der Reinform macht es aber auch zu einer guten Alternative zum gesundheitsschädlichen Blei, das beispielsweise in der Medizin nach wie vor zur Strahlenabschirmung verwendet wird.“
Kühlkanäle aus Wolfram für den Aluminiumguss
Das neue Verfahren bringt neue Möglichkeiten für den Kokillenguss von Aluminium. Die dünnen und mitunter konische geformten Kühlkanäle der Kokillen waren bislang aus Warmarbeitsstahl gefertigt, der mittels additiver Fertigung in nahezu jede gewünschte Form gebracht werden kann. Werden die Kühlkanäle aus Wolfram gefertigt, hat das den Vorteil einer hohen Korrosions- und Erosionsbeständigkeit sowie einer höheren thermischen Leitfähigkeit.
„Die Besonderheit an unserer Wolfram-Nickel-Eisen-Legierung ist, dass wir sie in Form eines vorlegierten Pulvers gewinnen“, erläutert Dr.-Ing. Hany Gobran, Forschungs- und Entwicklungsmanager bei den Bayerischen Metallwerken sowie Erfinder der Herstellungstechnik.
Nickel und Eisen verdampfen nicht mehr
Um Bauteile mit komplexen Geometrien aus Wolfram zu fertigen, wurden bislang Pulvermischungen verwendet, die den Nachteil haben, dass Wolfram Nickel und Eisen sehr unterschiedliche Schmelzpunkte haben. Der Schmelzpunkt von Wolfram liegt bei rund 3.400 °C, der von Eisen und Nickel schon bei etwa 1.400 °C und deren Siedepunkt bei 2.700 bzw. 3.000 °C, sodass ein Großteil des Eisens und Nickels beim Schmelzen der Mischung verdampft.
Gobran verwendet in seinem entwickelten Verfahren eine Vorlegierung, in der jeder Pulverpartikel der drei Materialien als mehrphasiges Material verbunden ist. Aufgrund dessen kann ihre Zusammensetzung und Verteilung kontrolliert werden und die Bindermetalle verdampfen nicht. Mit der neuen Legierung kann ein Dichte von 17 bis 18,8 g/cm3 erreicht werden.
„Je höher der Anteil von Wolfram im Endprodukt ist, desto beständiger verhält es sich gegenüber Aluminiumschmelze und desto besser gestaltet sich auch seine thermische Leitfähigkeit“, führt Gobran aus. „Spielt dagegen eine gute Duktilität sowie die mechanische Bearbeitbarkeit eine größere Rolle, kann der Wolframanteil in der Legierung auch entsprechend gesenkt werden. Die Zusammensetzung ist also stets an die konkrete Anwendung und die jeweilige Formkomplexität anpassbar.“