Die gezielte Veränderung der Eigenschaften von Materialien wird für die Technik immer wichtiger.
WIEN. Nicht nur, wo gehobelt wird, fallen Späne. Die "spanende" Formgebung - also etwa Bohren, Fräsen oder Drehen - ist eine der wichtigsten Umformungstechniken in der Metallverarbeitung oder bei der Herstellung von Gussformen für Kunststoffteile.
Materialien, die Metallen derart stark zusetzen können, müssen klarerweise härter sein als die Werkstoffe. Seit gut 30 Jahren werden dazu aus Metallpulver durch Erhitzen ("Sintern") hergestellte Hartmetalle mit speziellen Beschichtungen gehärtet. Ein gebräuchliches Verfahren: Titancarbonitrid (TiCN) wird verdampft und auf der Werkzeug-Oberfläche niedergeschlagen und verfestigt.
Das Verfahren hat aber zwei Nachteile: Die Produktion ist teuer, weil die Beschichtung in einem separaten Prozess durchgeführt wird - dieser Arbeitsgang macht ein Viertel der Gesamtkosten aus. Und: Die aufgedampften Schichten haften nicht perfekt und können sich durch die hohen Belastungen beim Fräsen etc. ablösen.
Eine Forschergruppe an der TU Wien hat einen völlig anderen Weg zur Oberflächenvergütung beschritten, der beide Probleme lösen kann: Die Wissenschaftler legen nicht eine separate Härtungsschicht auf die Hartmetall-Unterlage, sondern verändern die Eigenschaften des Materials kontinuierlich: außen hart, je weiter innen desto zäher. Forscher sprechen dabei wegen der fließenden Änderung der Eigenschaften von einem "Funktions-Gradienten".
Beim neuen Prozess - dessen erste Produkte nun von der deutschen Kennametal-Widia vermarktet werden - wird während des Sinterns die Gas-Zusammensetzung im Ofen verändert. Dabei diffundiert Stickstoff in das Metall und verändert je nach Eindringtiefe die Eigenschaften des Metalls. Dadurch entfällt der ansonsten nötige zweite Bearbeitungsschritt, und es gibt keine scharfe Grenzfläche, an der sich die Außenschicht ablösen kann.
Beim Prozess des Sintern selbst gewinnt in letzter Zeit die Nanotechnologie immer mehr an Bedeutung: Denn je feiner das Pulver ist, aus dem ein Werkstück gepresst und gesintert wird, desto besser kann man die Material-Eigenschaften steuern. In einem neuen EU-Projekt namens "TransNanoPowder" sind auch zwei österreichische Partner beteiligt: die Austrian Research Centers Seibersdorf und die Hartmetall-Tochter der Tiroler Plansee, Ceratizit.
Im Zentrum des Projekts steht ein Verfahren, das Chemiker der Universität Riga entwickelt haben. Sie können durch einen Plasmaprozess aus verschiedensten Materialien ein extrem feines Pulver herstellen, bei dem die einzelnen Körnchen einen Durchmesser von 100 Nanometer - einem Zehntausendstel Millimeter - haben.