Das Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP aus Saarbrücken hat mit »AloX« ein Messsystem entwickelt, das die schnelle, dauerhafte und präzise Bestimmung des Grades nichtmetallischer Einschlüsse in Aluminiumschmelzen erlaubt. Das System wurde mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis ausgezeichnet und adressiert ein zentrales Problem beim Aluminiumguss: Nichtmetallische Einschlüsse beeinflussen die Qualität der späteren Bauteile maßgeblich, wobei der zunehmende Einsatz von Sekundäraluminium diese Problematik weiter verstärkt.
In Zeiten knapper Ressourcen und strenger Klimaziele gewinnt der Werkstoff Aluminium zunehmend an Bedeutung. Er ist mit kleinem Energieaufwand recyclebar und verfügt mit seinem geringen Gewicht bei gleichzeitig guter Festigkeit über eine Kombination an Eigenschaften, die ihn für viele Anwendungsfelder wie den Leichtbau unverzichtbar macht.
Entscheidend für den sicheren und nachhaltigen Einsatz ist eine ausreichend gute Materialqualität. Aluminiumschmelze sollte möglichst rein sein, da sich Fremdstoffe in Form von Partikeln später negativ auf die Bauteileigenschaften auswirken. Diese meist nichtmetallischen Einschlüsse setzen die mechanischen Eigenschaften herab, da sie im Bauteil wie Kerben oder Anrisse wirken. Gerade in der Automobilindustrie sowie der Luft- und Raumfahrt können daraus resultierende Materialschäden gravierende Folgen haben. Eine frühzeitige Bestimmung von Einschlüssen in der Schmelze verhindert, dass diese in das spätere Bauteil gelangen. Bisherige Ansätze zum Nachweis von Partikeln in Schmelzen waren entweder zu zeitaufwendig, zu teuer, ungenau, nicht reproduzierbar oder nur von Experten durchführbar.
Ultraschallrückstreuung als methodischer Ansatz
Das Messsystem AloX basiert auf einem ultraschallbasierten Ansatz und erkennt Verunreinigungen bereits während der Herstellung in der Aluminiumschmelze. Hierfür wird auf das Prinzip der Ultraschallrückstreuung zurückgegriffen: In die Aluminiumschmelze wird Ultraschall eingekoppelt und die reflektierten Ultraschallanteile detektiert. So lassen sich Anzahl, Größe und Verteilung der Einschlüsse qualifizieren.
AloX ist flexibel einsetzbar und kann sowohl in der Rinne als auch im Tiegel messen. Auch in schwierigen Messpositionen ist das System nutzbar, wodurch eine lückenlose Überwachung der Schmelzequalität möglich wird. Die Bedienung erfordert kein Expertenwissen, sodass die Messung von Mitarbeitenden im Gießereibetrieb durchgeführt werden kann.
Perspektiven für weitere Schmelzen
Als nächsten Schritt planen die Forschenden den Technologieausbau des Messsystems. »Was in Aluminiumschmelzen funktioniert, könnte auch in anderen Schmelzen funktionieren. Vorerst haben wir in erster Linie niedrig schmelzende Legierungen ins Auge gefasst, allen voran Magnesium, Zinn und Zink, die alle auch in dem Bereich kleiner als 600°C liegen. Langfristig könnte man jedoch auch Stahl als Zielschmelze in Betracht ziehen«, erläutern Dr. Thomas Waschkies und Andrea Mroß.
