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Benetzung durch Legierungen

Messung des Kontaktwinkels und der Oberflächenspannung von Metallschmelzen

Bei der Metallherstellung und ‑verarbeitung kommt die Oberfläche geschmolzener Legierungen mit anderen Oberflächen wie Ofenwandungen, Gussformen oder Lötverbindungsstellen in Kontakt. Dabei sind je nach Anwendung unterschiedliche Grade der Benetzung erwünscht.

Kennzeichnend für das Benetzungsverhalten von Metallschmelzen auf der festen Oberfläche sind die Oberflächenspannung und der Kontaktwinkel. Für die Messung dieser Größen haben wir Zubehör und Messinstrumente für die Tropfenkonturanalyse bei hohen Temperaturen bis zu 1750 °C entwickelt. Unsere Messtechnik bietet außerdem Optionen für Messungen im Vakuum oder unter Sauerstoffausschluss. So können tatsächliche Prozessbedingungen nachgebildet werden, um Legierungen und deren Benetzung zu optimieren.

Benetzung bei der Metallgewinnung und Herstellung von Legierungen

Bei Gewinnung von Metallen und Legierungen ist eine möglichst geringe Benetzung der Ofenwand erforderlich. An der Wandung haftende Schmelzen verschlechtern den Wärmetransport und verringern die Ausbeute. Die Messung des Kontaktwinkels zwischen Metallschmelze und Wandmaterial gibt Aufschluss über das Benetzungsverhalten. Bei zu starker Benetzung kann durch geeignete Prozessführung gegengesteuert werden, um die Ofenwand frei zu halten.

Benetzung in Lötprozessen

Die Benetzung des Lots spielt bei der Verbindung von Werkstücken oder bei der Herstellung elektronischer Baugruppen eine wichtige Rolle. Das Lot muss die Lötstelle benetzen und auf der Platine verbleiben, darf aber nicht großflächig verlaufen. Den tatsächlichen Grad der Benetzung gibt der Kontaktwinkel wieder. Durch dessen Messung können teure Herstellungsfehler vermieden und Ausschuss reduziert werden.

Benetzung und Oberflächenspannung beim Gießen

Gussformen müssen perfekt durch das Metall benetzt werden, damit der Formhohlraum durch die erstarrte Schmelze exakt abgebildet wird. Daher liefert der Kontaktwinkel zwischen Schmelze und Gussform wichtige Informationen.

Die sehr hohe Oberflächenspannung von Metallen kann beim Formguss einen Fließstillstand bewirken, so dass die Form nicht gänzlich gefüllt wird und nach der Erstarrung kein formtreues Werkstück entsteht. Da die Oberflächenspannung und die Benetzung stark von der Temperatur abhängen, kann der Formguss durch geeignete Prozessführung optimiert werden. Dafür ist eine automatische Messung der temperaturabhängigen Oberflächenspannung während einer Heizrampe mit dem Drop Shape Analyzer – DSAHT hilfreich. Anhand der gewonnenen Messkurve kann die geeignete Prozesstemperatur ermittelt oder die Zusammensetzung der Legierung angepasst werden.

Oberflächenspannung als Hinweis auf metallische Bindungskräfte

Für die Ausbildung der Oberflächenspannung sind interatomare Kräfte in der Schmelze verantwortlich. Daher erlaubt die Messung der Oberflächenspannung Rückschlüsse auf die Bindungskräfte in Legierungen. Als metallurgische Methode hilft die Messung der Oberflächenspannung, gezielt auf die Festigkeit von Legierungen einzuwirken.

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