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Produktionsschrott wird zum Werkstoff

10.06.2016

Am RWTH-Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling wird an kostengünstigen und effizienten Verfahren zur Herstellung und zum Recycling von Titanaluminid geforscht.

„Das ist das Ergebnis unserer Arbeit!“, sagt Janik Brenk vom Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling, kurz IME genannt, geleitet von Professor Bernd Friedrich. Der Doktorand zeigt auf einen etwa 1,50 Meter hohen stabförmigen Körper, der neben einem Stahlträger in der großen Werkhalle steht. Er besteht aus Titan, dem Basismaterial für Turbinenschaufeln in Flugzeugtriebwerken. Ein begehrter Werkstoff, leicht, sehr robust und resistent gegen die hohen Temperaturen, die beim Turbinenbetrieb entstehen.


Janik Brenk und Lilian Peters entnehmen im IME eine Kokille, die mit einer Titanaluminid-Legierung gefüllt ist.

Peter Winandy

In der RWTH werden schon seit längerem kostengünstige und effiziente Verfahren zur Herstellung und zum Recycling von Titanaluminid entwickelt. Denn bei der Herstellung von Turbinenschaufeln werden nur zehn Prozent des Materials verwendet, die restlichen 90 Prozent sind Abfall. Im Einsatz halten Turbinenschaufeln zwischen 10.000 und 20.000 Flugstunden. Danach werden sie ersetzt.

Materialnachschub für die Laborversuche in der Intzestraße gibt es also genügend. Zur Verfügung gestellt wird es von Access, einem An-Institut der RWTH. Brenk arbeitet mit dem dort beschäftigten Christoph Vonderstein zusammen. „Wir verfolgen bei unserer Arbeit zwei Ansätze – die Primärherstellung von Titanlegierungen und das Recycling“, erläutert Brenk.

Kaiserpfalz-Preis für RWTH-Metallurgen

Bei beiden Verfahren verfügt die RWTH inzwischen über langjährige Erfahrungen und herausragendes Know-how, das auch entsprechende Anerkennung findet. So wurde in diesem Jahr der mit 50.000 Euro dotierte Kaiserpfalz-Preis der deutschen Wirtschaftsvereinigung Metalle WVM zum bereits dritten Mal dem IME verliehen. Ausgezeichnet wurde damit das Gesamtkonzept zur Kostenminimierung bei der Herstellung von Titanlegierungen. Dieses hat die RWTH inzwischen so perfektioniert, dass im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren mehrere Arbeitsschritte eingespart und die Herstellungskosten deutlich reduziert werden können.

„Unsere Verfahren sind vom Grundsatz her nicht ganz neu“, so Brenk. „Wir sind aber besonders gut bei den Rezepturen und der Prozessführung.“ Titan ist ein Stoff, der schwer zu verarbeiten ist – er oxidiert, sobald er mit Sauerstoff in Berührung kommt. Deshalb kann Titan nur unter Schutzgas oder Vakuum verarbeitet werden. Das geschieht in einem großen Induktionsofen, in dem der Produktionsschrott zunächst bei 1.600 Grad Celsius eingeschmolzen und dann zu stabförmigen Körpern vergossen wird. Der in den Guss-Stücken gebundene Sauerstoff wird mit Hilfe von Calcium zu Kalk, der in der Schmelzmasse obenauf schwimmt und abgeschöpft werden kann. Damit das Material möglichst rein ist, folgt im Vakuum-Lichtbogenofen ein weiterer Prozessschritt. Darin wird es umgeschmolzen, um auch die letzten Reste des Calciums und alle gasförmigen Verunreinigungen zu entfernen. Hieraus können nun Turbinenschaufeln hergestellt werden, die nur halb so schwer sind wie herkömmliche mit Nickellegierungen.

Aachener Recycling bald marktreif

Das Aachener Recycling-Verfahren ist jetzt in einer entscheidenden Phase vor der Markteinführung. Mit Industriepartnern wird derzeit die Anwendung im größeren Maßstab vorbereitet. „In fünf bis zehn Jahren könnte das Verfahren marktreif sein“, meint Brenk. Interessant sind sowohl das Primär- als auch das Recycling-Verfahren hauptsächlich für die Flugzeugindustrie, weil dort sehr viel Material anfällt. Aber denkbar wäre auch eine Anwendung in der Fahrzeugindustrie, etwa für Turbolader.

Sebastian Dreher | idw - Informationsdienst Wissenschaft

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