Entgasung

Metallurgie

Schmelzebehandlung zum Entfernen gelöster Gase aus dem flüssigen Metall. Unterschieden werden Reinigungsbehandlungen, die die gelösten Gase auf chemischem Wege binden, und Behandlungen auf physikalischem Wege, bei denen die gelösten Gase mechanisch durch Partialdrucksenkung ausgespült werden.

Nicht jedes Gas ist in einer Metallschmelze löslich. Jene Gase aber, die löslich sind, verursachen Porosität bei der Erstarrung des Gussstücks. Die Gaslöslichkeit nimmt mit steigender Temperatur zu; beim Übergang vom festen in den flüssigen Zustand erfolgt ein sprunghafter Anstieg der Löslichkeit. Mit steigender Überhitzung der Schmelze nimmt die Gaslöslichkeit weiterhin zu. Umgekehrt werden, wenn eine Schmelze gasgesättigt ist, gerade bei der Erstarrung große Gasmengen frei, die die Restschmelze mitunter aus der Form treiben: der Guss steigt.

Aluminiumlegierungen

Entgasungsbehandlungen erstrecken sich hier ausschließlich auf die Entfernung von Wasserstoff. Abgesehen davon, dass die Schmelzführung und Warmhaltung fachgerecht zur Vermeidung einer unzulässig hohen Gasaufnahme vorgenommen werden müssen, besteht dennoch oft die Notwendigkeit, vor dem Gießen beziehungsweise in entsprechenden Zeitabständen beim Warmhaltebetrieb eine Entgasungsbehandlung durchzuführen, weil die Höhe des Wasserstoffgehaltes auch stark von der Beheizungsart des Schmelzaggregates abhängt. Die Entgasung kann durch Tauchen chlorabgebender Entgasungsmittel geschehen, wobei sich Aluminiumchlorid bildet, das bei den üblichen Schmelzbadtemperaturen gasförmig ist und im flüssigen Metall aufsteigt. Hierbei nimmt es den gelösten Wasserstoff in den Blasen auf und spült ihn auf diese Weise mechanisch aus der Aluminiumschmelze aus.

Die Vakuumentgasung und auch die sog. Unterdruckentgasung sowie das Einleiten eines neutralen oder inerten Spülgases (zum Beispiel Stickstoff, Argon) werden angewandt. Bei diesen Spülgasbehandlungen ist es wichtig, dass die Spülgasblasen möglichst klein sind und einen Durchmesser unter 5 mm haben; nur so wird eine rasche, optimale Entgasung erzielt. Zur Erzeugung möglichst kleiner Blasen eignen sich Spülgasgeräte mit rotierender Düsenwelle, (Rotorentgasung). Ergänzend sei noch bemerkt, dass Entgasungsbehandlungen bei nicht zu hoher Badtemperatur durchgeführt werden sollten, da die Wasserstofflöslichkeit im flüssigen Metall mit steigender Temperatur steil zunimmt und deshalb die zu entgasende Schmelze bei starker Überhitzung sehr viel mehr Wasserstoff enthalten kann als bei nur mäßiger Badtemperatur, (Gaslöslichkeit).

Kupfer und Kupferlegierungen

Auch hier zielt die Entgasungsbehandlung auf die Wasserstoffentfernung ab. Sie kann in gleicher Weise durch Einleiten eines Spülgases, zum Beispiel Stickstoff, vorgenommen werden, doch ist es einfacher, stickstoffabgebende Tabletten in das Schmelzbad zu tauchen.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, den gelösten Wasserstoff durch Anreicherung der Schmelze mit Sauerstoff zu oxidieren. Auf diese Weise wird das Wasserstoff-Sauerstoff-Gleichgewicht nach der Sauerstoffseite hin verlagert, das heißt die Wasserstofflöslichkeit wird beträchtlich gesenkt. Das dabei entstehende Oxidationsprodukt (Wasserdampf) ist in der Schmelze unlöslich und entweicht ins Freie. Die erforderliche Sauerstoffaufladung wird durch eine luftüberschüssige Brennereinstellung erzielt; sollte sie nicht ausreichen, können auch sauerstoffabgebende Reinigungsmittel auf das Schmelzbad gegeben werden. Dieses oxidierende Schmelzen zum Zwecke einer weitgehenden Wasserstoffentfernung bedarf jedoch einer ausreichend bemessenen Desoxidation, bevor das Metall vergossen wird; auch sind nicht alle Kupferwerkstoffe für eine oxidierende Schmelzebehandlung geeignet.

Stahlguss

Unberuhigter Stahl neigt zur Bildung von Gaseinschlüssen bei der Erstarrung. Die Beseitigung dieser sog. Wasserstoffunruhe geschieht durch eine entsprechend bemessene Desoxidation, die eigentlich auf die Entfernung noch vorhandener FeO- Reste abzielt. Eisen-(II)-oxid reagiert mit dem Kohlenstoff im Stahl und bildet Kohlenmonoxid beziehungsweise Kohlendioxid. Darüber hinaus werden aber auch Entgasungsverfahren speziell zur Wasserstoffentfernung angewandt, und zwar hauptsächlich auf vakuummetallurgischer Grundlage. Es gibt hier zahlreiche Systeme (Pfannenstandentgasung, Abstichentgasung, Durchlaufentgasung, das Vakuumheber-Verfahren, Umlaufverfahren). Allen ist gemeinsam, dass der flüssige Stahl eine gewisse Zeit unter Vakuum gehalten wird, wobei sich die gelösten Gase, vor allem Wasserstoff, von selbst ausscheiden. Außerdem werden auch Induktions-Vakuumöfen als geschlossene Schmelz- und Behandlungseinheiten verwendet, (Vakuumschmelzofen).

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