Scherunterstützte Verarbeitung und Extrusion

Pacific Northwest National Laboratory, Richland, Washington

Die scherunterstützte Verarbeitung und Extrusion (ShAPE™) ermöglicht die Herstellung von Draht-, Stangen- und Rohrextrusionen, die eine deutliche Verbesserung der Materialeigenschaften aufweisen. Beispielsweise wurden Magnesium-Strangpressteile mit beispielloser Duktilität (wie weit kann sich das Material dehnen, bevor es bricht) und Energieabsorption (wie viel Energie kann beim Komprimieren eines rohrförmigen Strangpressteils absorbiert werden) im Vergleich zu herkömmlichen Methoden hergestellt.

Die Technologie ist Teil der Solid Phase Processing (SPP)-Suite von PNNL, einem Ansatz zur Metallherstellung, der besser, billiger und umweltfreundlicher sein kann als schmelzbasierte Methoden, die normalerweise mit der Metallherstellung verbunden sind.

Bei ShAPE wird ein Kanister mit Ausgangsmaterial – wie Metallpulver, Flocken oder Knüppel – in eine rotierende Matrize gedrückt. An der Grenzfläche zwischen dem Ausgangsmaterial und der Düse wird eine Reibungserwärmung erzeugt, die nur das zu extrudierende Material erweicht und die Notwendigkeit einer Vorwärmung des Ausgangsmaterials oder der Anwendung externer Wärme wie bei der herkömmlichen Extrusion überflüssig macht. Spiralnuten auf der Düsenfläche führen das Material nach innen zur Extrusionsöffnung, wodurch die beim Extrudieren erforderliche Kraft erheblich reduziert wird.

Beispielsweise kann mit ShAPE nanostrukturiertes Aluminiumpulver mit 50-mal weniger Kraftaufwand und deutlich geringerem Energieverbrauch als beim herkömmlichen Extrudieren direkt zu runden Stäben extrudiert werden, wobei gleichzeitig eine doppelt so hohe Duktilität erreicht wird. Kostspielige und zeitaufwändige Schritte, die bei der herkömmlichen Pulververarbeitung erforderlich sind, entfallen vollständig. Die geringere Kraft und Leistung ermöglicht wesentlich kleinere Produktionsmaschinen.

Mit einem für Magnesium nachgewiesenen Extrusionsverhältnis von 200:1 erreicht ShAPE in einem einzigen Durchgang, was bei herkömmlicher Extrusion mehrere Durchgänge erfordern würde. Die Technologie ermöglicht eine Kontrolle über die Kornverfeinerung und Mikrostrukturausrichtung bei Extrusionen, was mit anderen Extrusionsprozessen nicht möglich ist. Darüber hinaus erfordern die von ShAPE hergestellten Magnesium-Strangpressteile keine teuren Seltenerdelemente, um Strangpressteile mit ausreichender Duktilität und Energieabsorption für den Einsatz in einigen strukturellen Automobilanwendungen (z. B. Autostoßstangen) herzustellen, was eine erschwinglichere Massenproduktion ermöglicht.

ShAPE könnte eine praktikable Methode zur Herstellung von kriechfesten Stählen sein, die für Wärmetauscher in der Elektrizitätsindustrie verwendet werden könnten, sowie von hochleitfähigem Kupfer und fortschrittlichen Magneten für den Einsatz in Elektromotoren. Es wurde auch zur Herstellung hochfester Aluminiumstäbe für die Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet. In einer weiteren potenziellen Anwendung erweist sich ShAPE als vielversprechende Methode zur Herstellung halbleitender thermoelektrischer Materialien.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an Sara Hunt, Technology Commercialization Manager, unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt. Sie müssen JavaScript aktivieren, damit Sie es sehen können.

Dieser Artikel erschien erstmals in der Juli-Ausgabe 2019 des Tech Briefs Magazine.

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