Mineralisch gebundene und mehrfach verwendbare Formwerkstoffe für die gießtechnische Herstellung von Aluminiumbauteilen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sebastian Müller; Dr. Alexander Wetzel
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 557137947

Mineralisch gebundene Formwerkstoffe bieten bei der Verarbeitung von Metallschmelzen im Gießverfahren aufgrund ihrer geringeren Reaktionsneigung und niedrigeren thermischen Leitfähigkeit das Potenzial, die Nachteile herkömmlicher Metallgussverfahren zu überwinden und neue Anwendungsmöglichkeiten in Gießprozessen zu erschließen. Das Vorhaben widmet sich daher der Erforschung mineralisch gebundener Formwerkstoffe für die Herstellung von Aluminiumgussbauteilen. Diese Formwerkstoffe sollen als wiederverwendbare Formen (Dauerformen) in Gießprozessen eingesetzt werden. Damit schlägt das Vorhaben erstmalig die Brücke zwischen den bekannten Sandgussverfahren und auf metallischen Dauerformen basierenden Kokillengießverfahren. Ein Schwerpunkt der Untersuchungen liegt auf der Korrelation der Phasenzusammensetzung der Bindemittelmatrix in Abhängigkeit von den Ausgangsstoffen. Untersucht wird, wie sich diese Zusammensetzung durch zyklische thermische Belastung verändert und welche Auswirkungen dies auf die thermische Beständigkeit hat. Durch umfassende mikrostrukturelle und phasenanalytische Untersuchungen wird der Einfluss der spezifischen thermischen Belastung auf das Bindemittelsystem von alkalisch-aktivierten Materialien grundlegend erforscht, und die Eignung dieser modifizierten Formwerkstoffe für den Einsatz in Gießprozessen bewertet. Weiterhin liegt der Fokus auf Untersuchungen zu Gesteinskörnungen und Fasern, um die thermische Stabilität weiter zu verbessern. Dabei werden verschiedene Materialien wie Basalt und Blähglas eingesetzt, um die Wärmeleitfähigkeit zu modifizieren und die Abkühlgeschwindigkeit des Gussmaterials gezielt zu beeinflussen. Bedingt durch abweichende Eigenschaften in Bezug auf thermische Leitfähigkeit, Oberfläche und Festigkeit sowie Form- und Lagetoleranzen der Betonformen ist ebenfalls grundlegendes Wissen zu einer geeigneten Form- und Gießprozessauslegung sowie resultierenden Gussbauteileigenschaften zu erarbeiten. Die Formfülleigenschaften der Aluminiumschmelzen in Betonformen werden unter verschiedenen Randbedingungen bezüglich Prozess und Geometrie untersucht. Außerdem werden die Lebensdauer der Betonformen sowie die dimensionalen Eigenschaften der Gussbauteile bei variierenden Geometrien analysiert. Numerische Simulationen vertiefen das Verständnis der Formfüllung und thermomechanischen Belastungen und helfen, geeignete Methoden zur Auslegung von Betonformen im Gießverfahren zu erarbeiten. Weiterhin wird der Einfluss des Gießprozesses auf die metallurgischen Eigenschaften der beiden Aluminiumlegierungen AlSi7Mg0,3 und AlMg10 untersucht. Diese Arbeiten umfassen unter anderem die Charakterisierung der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften unter den spezifischen Bedingungen des neuen Gießverfahrens. Insbesondere wird der Einfluss von Kornfeinern wie AlB3 und AlB3V3 analysiert, um die Korngröße zu reduzieren und dadurch die mechanischen Eigenschaften der resultierenden Bauteile zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen