Magnesium ist mit einer Dichte von 1,74 kg/dm3 bekannt als leichtester metallischer Konstruktionswerk stoff und vielseitig z.B. im Automobilbau im Bereich dünnwandiger Strukturbauteile oder auch als Motorkomponenten einsetzbar. Durch die positiven Eigenschaften von Mg-Gusslegierungen, wie die hervorragende Vergießbarkeit, die hohe spezifische Festigkeit, das hohe Dämpfungsvermögen, die gute Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit der "high-purity"- Legierungen und der hohen elektrisches Abschirmwirkung, besonders im Vergleich zu Kunststoffen, gewinnt Magnesium zunehmend als Leichtbauwerkstoff an Bedeutung.
Die Schwierigkeit bei der Verarbeitung von Magnesiumlegierungen liegt in der hohen Reaktivität mit dem Luftsauerstoff sowie mit Wasser; Ölen und Fetten im schmelzflüssigen Zustand. Aufgrund des Verhältnisses des molares Volumens des Oxids bezogen auf das des Metalls mit "kleiner 1", entstehen im Magnesiumoxid auf der Schmelzbadoberfläche Zugspannungen, wodurch die Oxidschicht immer wieder aufreißt und das Magnesium somit freigelegt wird. Um das damit verbundene hohe Reaktionspotential zu minimieren, wird industriell immer unter Einsatz von Schutzgas oder unter einer Salzschicht geschmolzen.
Als Schutzgas wurde in der Vergangenheit überwiegend das toxische Schwefeldioxid (SO2) oder das stark umweltschädigende Schwefelhexafluorid (SF6) verwendet. Im Kyoto-Protokoll wurde 1997 beschlossen, dass Schwefelhexafluorid ab dem 1.1.2008 bei einem Verbrauch von mehr ais 850 kg pro Jahr als Schutzgas im Magnesiumdruckguss nicht mehr eingesetzt werden darf.
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Als Alternativa zu SF6 setzt die Fa. Pierburg daher seit einigen Monaten in einer Pilotanlage das Schutzgas R134a (Tetrafluorethan) ein. Hierbei handelt es sich um ein Kältemittel, welches bislang überwiegend in Klimaanlagen zum Einsatz kam. Dieses Gas hat ein um den Faktor 17 niedrigeres Treibhauspotential als Schwefelhexafluorid. Zeitgleich wurden die Schleusen zum Beschicken der Öfen mit Masseln durch Mg-Konverter (siehe Bild oben) ersetzt, da es unter Einsatz einer Schleuse mit R134a zum Entzünden der Oberfläche kommen kann.
Die Konverter sind bauartbedingt dichter gegenüber der Umgebungsatmosphäre und werden zudem unabhängig von der Schmelz- und Entnahmekammer begast. Weiterhin führt der Umstieg auf Mg-Konverter durch Zurückhalten der Massel im oberen Teil des Ofens zu einer homogeneren Temperaturverteilung, was wiederum zu geringerer Oxidbildung und weniger Seigerungen und somit weniger Abbrand führt. Aus dem Umstieg resultiert also auch eine signifikante Verringerung des Materialverlustes.
Unter Einsatz eines Konverters mit Schutzgasbeaufschlagung von R134a zeigt die Badoberfläche (siehe nachstehende Bilder) eine hervorragende Schutzwirkung. Es tritt kein Entzünden der Oberfläche und keine Rauchentwicklung auf. Außerdem führt der Umstieg auf R134a zu keiner verstärkten Krätzebildung.
Aufnahmen der Oberflächen unter 0,17% SF6 + N2 | ||
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Aufnahmen der Oberflächen unter 0,2% R134a + N2 | ||
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Konverteroberfläche | Schmelzkammer | Entnahmekammer |
R134a ist im Einsatz als Schutzgas im Magnesiumguss patentiert. Patentinhaber ist die australische Firma „Advanced Magnesium Technologies" (AMT). Dadurch werden für Nutzer Lizenzkosten in Höhe von 10€ pro Tonne erzeugtem Produkt fällig. Da jedoch R134a im Vergleich zu Schwefelhexafluorid nur ca. 20-30 % der Kosten verursacht und kein höherer Verbrauch entsteht, ergibt sich hier eine entsprechende Kostensenkung.
Die Umstellung auf R134a leistet einen wichtigen Beitrag zu einem deutlich verbesserten Schutz der Umwelt innerhalb der Produktion einer Mg-Druckgießerei. Ausgenommen von umweltfreundlicherem aber toxischem Schwefeldioxid existieren bislang kaum prozesssichere und kostengünstige Alternativen zu R134a. Da der technische Aufwand der Umrüstung von SF6 auf R134a relativ gering und eine Kostenersparnis vorhanden ist, rechnet sich für die Fa. Pierburg eine Umstellung mit entsprechend positivem Umwelteffekt.
Große Gießereitechnische Tagung 2008 Aachen
