Die Entgasung durch Ultraschallkavitation sorgt bei Zink, Magnesium, Kupfer und Messing für eine um 20 % höhere Effizienz, eine 6-fache Reduzierung der Einschlüsse und eine gleichzeitige Kornverfeinerung – und das mit einer einzigen Plattform, die im Temperaturbereich von 450 °C bis über 1.150 °C arbeitet.
8. August 2026 · 12 Minuten Lesezeit
TL;DR
Die Ultraschall-Schmelzbehandlung für Nichteisenmetalle hat sich bei allen Nichteisenmetallen als deutlich überlegen gegenüber der herkömmlichen Rotationsentgasung erwiesen – sie bietet eine um 20 % höhere Entgasungseffizienz, eine 6-fache Verringerung der Oxideinschlüsse und eine gleichzeitige Kornverfeinerung. Jedes Metall stellt ganz eigene Herausforderungen dar: Zink bindet Bleieinschlüsse und bildet Oxidschichten, die gegenüber der Standard-Flotation resistent sind; die Entflammbarkeit von Magnesium erfordert eine schnellere und kühlere Verarbeitung; Kupfer und Messing nehmen während der gesamten Schmelzphase Sauerstoff und Wasserstoff auf; bei Bronze kommt es zu einer Zinnseparation, die sich nicht allein durch Entgasung beheben lässt. Das NIMA-System von Sialon Ceramics mit Keramik-Sonotroden, das in Zusammenarbeit mit Aktive Arc Ultrasonics – Spezialisten für die Entwicklung von Hochleistungs-Ultraschallsystemen – entwickelt wurde, arbeitet auf einzigartige Weise über das gesamte Temperaturspektrum hinweg – von der Zinkbehandlung bei ~450 °C bis hin zu Kupfer und Messing bei 1.100 °C und darüber hinaus – mit einer einzigen Plattform. Dabei geht es nicht nur darum, Wasserstoff schneller zu entfernen; es geht darum, dort zu arbeiten, wo rotierende Entgasungsanlagen versagen, Ergebnisse zu erzielen, die mit rotierenden Verfahren nicht erreicht werden können, und dies ohne die Umweltbelastung durch den Verbrauch von Inertgas.
Warum die Ultraschallbehandlung von geschmolzenen Nichteisenmetallen einen anderen Ansatz erfordert
Die Entgasung von Aluminium hat sich als etabliertes Anwendungsgebiet für die Ultraschallkavitation durchgesetzt. Der Einsatz bei Zink-, Magnesium-, Kupfer-, Messing- und Bronzelegierungen macht jedoch deutlich, warum herkömmliche Rotationsverfahren und die Inertgasinjektion für diese Metalle nie die richtige Lösung waren. Graphitrotoren verbrennen bei Temperaturen über 1.000 °C. Die Inertgasinjektion führt bei brennbaren Metallen zu Verunreinigungen. Systeme mit fester Frequenz können die mehrphasige Oxidausscheidung nicht bewältigen. Was Sialon Ceramics in Zusammenarbeit mit Aktive Arc Ultrasonics entwickelt hat – das NIMA-System mit Keramik-Sonotroden – ist kein auf andere Metalle ausgeweitetes Aluminium-Verfahren. Es handelt sich um eine einheitliche Plattform, die für den Einsatz von Zink bei 450 °C bis hin zu Kupfer und Messing bei über 1.100 °C ausgelegt ist – und das mit einem einzigen Sonotroden-Typ und einer einheitlichen Generatorarchitektur. Der Unterschied ist nicht unerheblich: Anlagen, die 250–400 Zyklen überstehen, im Gegensatz zu Graphit, das im Hochtemperaturbetrieb bereits nach 2–3 Zyklen versagt.
Ultraschallbehandlung zur Entgasung von Zinklegierungen
Das Zinkgießen zählt zu den anspruchsvollsten metallurgischen Verfahren. Die Affinität des Metalls zu Blei – das aus Tiegelauskleidungen, Schrottcharge und Messingverunreinigungen aufgenommen wird – führt zur Bildung von Bleieinschlüssen, die schlecht aufschwimmen und dem Aufbrechen des Oxidfilms widerstehen. Selbst bei aggressiver Rotationsentgasung bleiben Blei und seine Oxide in der Schmelze eingeschlossen und lagern sich im Guss ab, was zu Segregation, Versprödung und mechanischem Versagen in druckdichten Anwendungen führt.
Bleieinschlüsse und Oxidschichten
Bleioxide bilden eine beständige Doppelschicht: Ein äußerer Magnesia-Film (MgO) verbindet sich mit Bleioxid (PbO), woraufhin die gesamte Struktur eine hydrophobe Beschichtung bildet, die das Aufschwimmen verhindert. Rotationsrührwerke können diesen Verbundfilm mechanisch nicht aufbrechen. Bei der herkömmlichen Inertgasinjektion reichen die Blasen-Dichte und die Verweildauer nicht aus, um die Kapillarbarriere zu überwinden. Die Schmelze muss weitaus länger auf Temperatur gehalten werden, als wünschenswert wäre – andernfalls verbleibt das Blei.
Die Ultraschallkavitation löst dieses Problem durch die schiere Geschwindigkeit der Blasenbildung. Bei 1 × 10¹¹ Kavitationsblasen pro Kubikmeter erzeugen die kollabierenden Blasenstrahlen lokale Drücke von über 1.000 bar – ausreichend, um den zweischichtigen Oxidfilm aufzubrechen und den Austritt von Bleioxidpartikeln zu ermöglichen. Die kurze Zykluszeit (3 Minuten gegenüber mehr als 10 Minuten beim Rotationsverfahren) verringert zudem die Zeitspanne, in der Blei von den Tiegelwänden wieder resorbiert werden kann.
Industrielle Anwendungen von Zink
Gießereien, die Zinkdruckgusslegierungen mit NIMA-Ultraschallsystemen von Sialon Ceramics behandeln, berichten (laut der CastMan-Industriestudie von 2025 und einer Peer-Review-Studie von Springer aus dem Jahr 2026):
- Effizienz der Bleientfernung: Reduzierung der Bleieinschlüsse um 85–92 %, verglichen mit 35–50 % bei der Rotationsentgasung bei gleicher Verweilzeit
- Geringere Reoxidation: Der schnelle Zyklus begrenzt das erneute Eindringen von Sauerstoff, was angesichts der hohen Sauerstoffaffinität von Zink bei Gießtemperatur von entscheidender Bedeutung ist.
- Bonus durch Kornverfeinerung: Durch Kavitation induzierte heterogene Keimbildung verfeinert die Zinkkornstruktur und verringert die Anfälligkeit für Heißrisse bei dünnwandigen Gussteilen
- Verbesserung der mechanischen Eigenschaften: Die Zugdehnung steigt um 4–6 %, was für druckdichte Druckgussteile von entscheidender Bedeutung ist
Ultraschallbehandlung von Magnesiumlegierungen: Entflammbarkeit als prozessbestimmender Faktor
Magnesium liegt in einem völlig anderen Temperaturbereich. Sein Liquidus liegt bei 650 °C, sein Legierungsbereich erstreckt sich von 700 bis 750 °C, und bei 1.200 °C entzündet sich das Metall an der Luft spontan. Dieser enge, hohe Verarbeitungsbereich schließt viele Entgasungstechnologien von vornherein aus.
Rotierende Laufräder, die unter hoher Scherbeanspruchung laufen, erzeugen so viel Reibungswärme, dass Magnesium um den Rotor herum schmilzt und sich entzündet. Bei der herkömmlichen Inertgas-Durchperlung werden selbst bei Verwendung von Argon oder handelsüblichem Stickstoff Feuchtigkeit und Sauerstoff aus dem Schutzgassystem mitgeführt – wodurch Verunreinigungen schneller eingetragen werden, als sie durch die Rotationsbewegung entfernt werden können. Die Folge: Gießereien verzichten oft gänzlich auf die Entgasung und nehmen die damit einhergehenden Wasserstoffporosität und Segregationsfehler in Kauf.
Oxidschicht und Wasserstoffaufnahme
Magnesiumhydride (MgH₂) sind bei Gießtemperatur thermodynamisch instabil – sie zersetzen sich zu Wasserstoffgas, das sich in der Schmelze löst. Aufgrund der extrem hohen Affinität von Magnesium zu Sauerstoff bleibt der Wasserstoff jedoch in einem Magnesia (MgO)-Film eingeschlossen, der so schützend wirkt, dass herkömmliche Flotationsverfahren ihn nicht durchdringen können. Gelangt dieser Wasserstoff zurück in den Guss, führt er zu Porosität; das Oxid wird zu einem Einschluss, der Ermüdungsrisse auslöst.
Industrielle Anwendungen von Magnesium
Die NIMA-Ultraschallbehandlung, die mit einer geringeren Generatorleistung arbeitet und bei der die Keramik-Sonotroden während des Betriebs kühl bleiben, bietet folgende Vorteile:
- Safe processing: No friction-induced heating; sonotrode temperature remains <100°C above melt, eliminating ignition risk
- Wasserstoffentfernung: Wirkungsgrad von 18–22 % (im Vergleich zu 8–12 % bei der handelsüblichen Stickstoffinjektion), gemessen im Unterdrucktest
- Oxidentfernung: 4-fache Verringerung der Magnesia-Einschlüsse; Kavitationsblasen zerreißen Oxidschichten mechanisch, ohne dass es zu einer erneuten Oxidation der Schmelze kommt
- Korngröße: Durch Kavitation induzierte Keimbildung führt zu feinen, gleichachsigen Körnern, wie sie für die Behandlung mit Rotations- und Kornverfeinerern typisch sind, jedoch ohne den separaten Verarbeitungsschritt
- Verarbeitungsgeschwindigkeit: Einmaliger Durchlauf von 3 Minuten, keine Nachbehandlung erforderlich
Ultraschallbehandlung von Kupfer- und Messinglegierungen: Die Herausforderung der Sauerstoff- und Wasserstoffaufnahme
Kupfer und Messing gehen erst bei weitaus höheren Temperaturen in den geschmolzenen Zustand über – bei reinem Kupfer bei 1.050 °C, bei Messing je nach Zinkgehalt bei bis zu 1.100 °C und mehr. Bei diesen Temperaturen beschleunigt sich die Aufnahme von Sauerstoff und Wasserstoff durch das Metall stark.
Reines Kupfer ist in hohem Maße sauerstofflöslich (bis zu 0,08 Gewichtsprozent bei Gießtemperatur). Wenn die Schmelze abkühlt, wandert dieser gelöste Sauerstoff zu den Korngrenzen und scheidet als Cu₂O (Kupfer(I)-oxid) aus, wodurch ein Netzwerk aus spröden, rot brechenden Einschlüssen entsteht, die die Duktilität und die elektrische Leitfähigkeit beeinträchtigen. Die Wasserstoffaufnahme folgt dem gleichen Muster: Gelöster Wasserstoff entweicht während der Erstarrung in Form von Blasen und verursacht Porosität sowie Schrumpfhohlräume.
Probleme der Mehrphaseneinschlüsse und -segregation
Messing verkompliziert die Sache zusätzlich: Zink oxidiert bevorzugt (unter Bildung von ZnO), das schlecht schwimmt, da sich auf Zinkoxiden hydrophobe Schichten bilden. Kupferoxide, die eine höhere Dichte aufweisen, setzen sich am Boden des Tiegels ab und lösen sich wieder in der Schmelze auf, sofern sie nicht aktiv entfernt werden. Dadurch entsteht eine mehrphasige Schlackeschicht, die mit herkömmlichen Entgasungsverfahren – die für Einmetallsysteme ausgelegt sind – nicht sauber abgetrennt werden kann.
Bronze (Kupfer-Zinn) führt zu einer Zinnausscheidung: Zinnoxide bilden eine eigenständige Phase mit anderen Flotationseigenschaften als Kupferoxide und sind widerstandsfähig gegen mechanische Zerkleinerung durch Rotationsrührwerke.
Warum die Rotationsentgasung bei hohen Temperaturen nicht ausreicht
Herkömmliche Rotationssysteme weisen im Einsatz mit Kupfer und Messing katastrophale Verschleißerscheinungen auf:
- Oxidation des Graphitrotors: Bei Temperaturen über 1.000 °C oxidieren die Rotorblätter aus Graphit und zerfallen innerhalb von 2–3 Gusszyklen
- Temperaturwechsel: Die schnelle Abkühlung nach der Entgasung (Standardverfahren zur Verhinderung weiterer Wasserstoffaufnahme) setzt den Graphit einem Temperaturschock aus, was zu einem Sprödbruch führt
- Wartungsausfallzeiten: Der Austausch des Graphitrotors wird zu einem wöchentlichen oder zweimal wöchentlichen Ritual und nicht mehr zu einer vierteljährlichen Wartungsmaßnahme.
Industrielle Anwendungen von Kupfer und Messing
Die Keramik-Sonotroden von NIMA, die aus Sialon-Keramik mit einem Elastizitätsmodul von >300 GPa und einer Oxidationsbeständigkeit bis 1.600 °C gefertigt sind, arbeiten in diesem Bereich zuverlässig:
- Sauerstoffentfernungseffizienz: 24–28 % gegenüber 12–16 % beim Rotationsverfahren bei gleicher Dauer, nachgewiesen durch Unterdruckprüfung
- Wasserstoffentfernung: 19–24 % (Rotationsverfahren: 9–14 %), entscheidend für die Erhaltung der elektrischen Eigenschaften
- Lebensdauer der Ausrüstung: Keramik-Sonotroden halten 250–400 Gießzyklen, bevor sie ausgetauscht werden müssen (im Vergleich zu 2–3 Zyklen bei Graphit).
- Gleichzeitige Kornverfeinerung: Die Ultraschallkavitation löst eine heterogene Keimbildung und dendritische Fragmentierung aus, wodurch feinere und gleichmäßigere Kornstrukturen entstehen als bei der reinen Rotationsbearbeitung.
- Keine Reoxidation während des Abkühlens: Das kurze Behandlungsfenster von 3 Minuten minimiert die Phase der Sauerstoffreabsorption während der Schmelzhaltung
Ultraschallbehandlung von Bronze: Zinnausscheidung und Entfernung von Mehrphaseneinschlüssen
Bronzelegierungen (Kupfer-Zinn-Legierungen) stehen vor einer vielschichtigen Herausforderung: Zinn oxidiert bevorzugt (SnO₂) vor Kupfer (Bildung von Cu₂O), wodurch eine zweiphasige Oxidschicht entsteht. Beim Gießen steigen die Zinnoxide nach oben, schmelzen jedoch häufig wieder in die Masse ein, während sich die Kupferoxide absetzen. Dies führt zu einer starken Entmischung: Zinnreiche Einschlüsse sammeln sich in der Nähe des Formbodens an, wodurch den äußeren Bereichen des Gussteils Zinn entzogen wird.
Die auf eine einzige Mischfrequenz festgelegte Rotationsentgasung kann nicht beide Oxidtypen gleichzeitig behandeln – sie zersetzt selektiv die stärker oxidierte Phase, während die andere intakt bleibt.
Akustisches Streaming und Mehrfrequenz-Kavitation
Die Mehrfrequenz-Sonotrode von NIMA (25 kHz Primärfrequenz mit sekundären Oberwellen) erzeugt akustische Strömungsmuster, die vorrangig auf Zinnoxidschichten einwirken und gleichzeitig Kupferoxid-Agglomerate aufbrechen. Der kombinierte Mechanismus – der direkte Zusammenbruch von Kavitationsblasen sowie durch akustische Strömungen angetriebene Sekundärströmungen – sorgt für eine vollständigere Phasentrennung, als dies mit Einfrequenzsystemen möglich ist.
Die Geschäftsergebnisse zeigen:
- Reduzierung der Zinnsegregation: Rückgang der Zinnoxid-Clusterbildung um 70–78 %, was zu gleichmäßigeren mechanischen Eigenschaften im gesamten Gussstück führt
- Gesamtverringerung der Einschlüsse: 8-fach im Vergleich zu unbehandeltem Material, 3-fach im Vergleich zur alleinigen Rotationsentgasung
- Zugfestigkeitsgleichmäßigkeit: Die Streuung der Streckgrenze innerhalb des Gussteils verringerte sich von ±40 MPa (Rotationsverfahren) auf ±8 MPa (Ultraschallverfahren)
Kavitationsphysik: So funktioniert die Ultraschallbehandlung bei allen Metallen
Der grundlegende Mechanismus ist der Zusammenbruch von Kavitationsblasen. Wenn eine Keramik-Sonotrode mit 25 kHz schwingt, erzeugt sie eine Spannungswelle, die die Zugfestigkeit des geschmolzenen Metalls an der Stelle der Blasenbildung übersteigt. Es bilden sich Blasen, die zusammenbrechen und Sekundärphänomene auslösen, durch die mehrere Arten von Einschlüssen gleichzeitig beseitigt werden.
Drei sich ergänzende Mechanismen
1. Direktes Strahlverfahren durch Blasenkollaps
Wenn eine Blase asymmetrisch kollabiert (in der Nähe einer Oberfläche oder einer anderen Blase), bildet sich ein Mikrostrahl – ein gerichteter Flüssigkeitsstrom, der Geschwindigkeiten von >100 m/s und lokale Drücke von >1.000 bar erreicht. Diese Strahlen durchbrechen schützende Oxidschichten um Einschlüsse herum und setzen diese der Flotation aus.
2. Akustisches Streaming
Das stationäre Schalldruckfeld erzeugt Strömungen – zirkuläre Strömungen in der Schmelze –, die Oxidschichten und Einschlüsse kontinuierlich zur Schmelzoberfläche transportieren. Die Strömungsgeschwindigkeit ist proportional zum Quadrat der Schallamplitude, sodass Systeme mit höherer Leistung einen schnelleren und kräftigeren Transport der Verunreinigungen nach außen bewirken.
3. Bjerknes-Kraft und Blasenkoaleszenz
Kavitationsblasen unterliegen einer sekundären Bjerknes-Kraft, die proportional zur Blasengröße und zum Schalldruck ist. Kleinere Blasen wandern in Richtung von Hochdruckbereichen; größere Blasen wandern in Richtung von Niederdruckbereichen. Diese räumliche Sortierung verbessert die Flotationseffizienz – größere Blasen (geringere Dichte) erreichen die Oberfläche schneller und nehmen dabei eingeschlossene Oxide mit.
Diese drei Mechanismen wirken parallel, weshalb bei der Ultraschallbehandlung alle Arten von Einschlüssen – Bleioxid, Wasserstoffgas, sauerstoffhaltige Oxide und Zinnsegregation – in einem einzigen, drei Minuten dauernden Durchlauf gleichzeitig entfernt werden. Die Rotationsentgasung dient lediglich der mechanischen Durchmischung; sie verfügt über kein Äquivalent zur akustischen Strömung oder zur durch die Bjerknes-Kraft angetriebenen Flotation.
Warum das NIMA-System von Sialon Ceramics über den gesamten Temperaturbereich hinweg funktioniert
Das entscheidende Unterscheidungsmerkmal ist das Material der Sonotrode. Graphitrotoren funktionieren beim Aluminiumdruckguss (700–750 °C), versagen jedoch katastrophal bei Zink ( Temperaturwechsel bei 450 °C führen zu Versprödung) und Kupfer (Temperaturen über 1.000 °C verursachen oxidativen Abbau). Titan- und Niob-Legierungen überstehen die thermischen Extreme zwar, weisen jedoch eine schlechte akustische Dämpfung auf – sie absorbieren zu viel Schwingungsenergie in Form von Wärme, was die Ultraschalleffizienz einschränkt.
Sialon-Keramiken – Silizium-Aluminium-Oxynitrid (Si₃Al₃O₃N₅) – nehmen eine einzigartige Stellung ein:
- Elastizitätsmodul: >300 GPa, was eine effiziente Energieübertragung bei Ultraschallfrequenzen ermöglicht (im Vergleich zu Graphit mit ~12 GPa, das Schwingungen stark dämpft)
- Wärmeleitfähigkeit: ~13 W/(m·K), was eine schnelle Abkühlung der Sonotrodenoberfläche nach jedem Behandlungszyklus ermöglicht – entscheidend für Gießereien, die Chargen direkt nacheinander produzieren
- Oxidationsbeständigkeit: Stabil bis 1.600 °C an der Luft; kein Abbau selbst bei wiederholten Temperaturschocks durch Abschrecken von 1.150 °C auf Raumtemperatur
- Nichtbenetzbarkeit: Geschmolzene Metalle haften nicht an der Sialon-Oberfläche, wodurch ein „Anhaften“ der Schmelze an der Sonotrode verhindert wird – eine katastrophale Ausfallart bei Systemen auf Graphitbasis
- Mechanische Zähigkeit: Im Gegensatz zu sprödem Graphit kann Sialon Stößen durch in der Schmelze wieder aufgewirbelte Keramikeinschlüsse standhalten, ohne zu brechen
Betriebsfenster
Die Keramik-Sonotroden von NIMA ermöglichen:
- Zinkverarbeitung bei 450 °C: Der Betrieb erfolgt deutlich unterhalb der Schwelle zur Graphitversprödung; Temperaturwechselbeanspruchungen führen zu keiner Beeinträchtigung der Sonotrode
- Magnesium at 700–750°C: Lower sonotrode temperature (<100°C above melt) due to superior thermal conductivity eliminates friction-heating hazards
- Aluminium bei 700–750 °C: Grundlegende Leistungsmerkmale, identisch mit denen von Graphit, jedoch mit einer 100-mal längeren Lebensdauer
- Messing bei 1.100–1.150 °C: Einsatzbereich, in dem Graphit völlig versagt; Keramik-Sonotroden bleiben nach >400 Zyklen mechanisch intakt
- Kupfer bei 1.050–1.150 °C: Das einzige Sonotrodenmaterial, das für diesen Bereich geeignet ist; ermöglicht eine Behandlung, die mit der Rotationsentgasung nicht erreicht werden kann
Industrielle Validierung und Ergebnisse
Die Vorteile der Ultraschallbehandlung der Schmelze sind nicht nur theoretischer Natur. Veröffentlichte, von Fachkollegen begutachtete Forschungsergebnisse (Springer International Journal of Metalcasting, 2026; Brunel University; CastMan-Industrieberichte, 2025) belegen diese Ergebnisse für verschiedene Metallsysteme:
| Metrisch | Ultraschall-Entgasung | Rotationsentgasung | Verbesserung |
|---|---|---|---|
| Behandlungsdauer | 3 Min. | 10+ Min. | 3,3-mal schneller |
| Entgasungswirkungsgrad | 20 % über dem Rotationswert | Ausgangswert | +20% |
| Reduzierung von Oxideinschlüssen | 6-fach im Vergleich zu unbehandelt | 3-fach im Vergleich zu unbehandelt | 2× wirksamer |
| Zunahme der Streckgrenze | +210 MPa | +180 MPa | +30 MPa (+1,7 %) |
| Bruchzugfestigkeit | +303 MPa | +288 MPa | +15 MPa (+0,5 %) |
| Verbesserung der Dehnung | +6% | +3% | 2-fache Steigerung der Duktilität |
| Schlacke-Generation | 245 g/Waschgang | 1.300 g/Waschgang | 81 % niedriger |
| Inertgasverbrauch | 0 | Unverzichtbar | 100-prozentige Reduzierung |
| Lebensdauer der Sonotrode | 250–400 Zyklen | 2–3 Zyklen (Graphit) | 100–200-mal länger (Keramik) |
Eine einzige Plattform für die Aufbereitung von Nichteisenmetallschmelzen
Für die Ultraschall-Schmelzbehandlung von Nichteisenmetallen ist kein spezieller Werkzeugsatz erforderlich. Sialon Ceramics hat NIMA als ein einziges Ultraschallsystem mit austauschbaren Keramik-Sonotroden entwickelt, das für folgende Anwendungen geeignet ist:
- Gießereibetriebe, die mehrere Legierungen verarbeiten – Ein Generator, eine Steuereinheit, Wechsel der Sonotrode zwischen Zink- (450 °C), Magnesium- (700 °C) und Messing- (1.100 °C) Chargen ohne Neukonfiguration der Anlage oder Abkühlzyklen
- Gießereien mit chargenkritischen Prozessen – Die Durchlaufzeit sinkt um 67 % (von über 10 Minuten auf 3 Minuten pro Charge), wodurch sich der Durchsatz bei bestehender Schmelzkapazität um das 3- bis 4-Fache erhöht
- Qualitätsorientierte Hersteller – Durch die gleichzeitige Entgasung und Kornverfeinerung entfällt der Einsatz separater chemischer Hilfsstoffe zur Kornverfeinerung, wodurch sich die Komplexität des Prozesses und die Kosten reduzieren lassen
- Hochtemperatur-Speziallegierungen – Hersteller von Kupfer, Messing und Bronze erhalten Zugang zu einer Entgasungstechnologie, die es im Bereich der Rotationsverfahren bisher nicht gab – buchstäblich die einzige Entgasungsmöglichkeit bei Betriebstemperaturen >1.000 °C
Probieren Sie das NIMA-System von Sialon Ceramics aus
Wenn Ihre Gießerei mit Wasserstoffporosität, Bleieinschlüssen oder Oxidausscheidungen in Zink-, Magnesium-, Kupfer- oder Messinglegierungen zu kämpfen hat – und insbesondere, wenn Sie Rotationsentgasungsanlagen betreiben, die bei Ihren Gusstemperaturen nur mit Mühe den Betrieb aufrechterhalten können –, stellt das NIMA-System eine sprunghafte Verbesserung dar: Es ist schneller, sauberer, langlebiger und einsetzbar dort, wo herkömmliche Entgasungsanlagen schlichtweg ausbrennen.
Die Plattform zur Ultraschall-Schmelzbehandlung von Sialon Ceramics ersetzt rotierende Entgasungsanlagen vollständig, bietet eine um 20 % höhere Entgasungseffizienz bei gleichzeitiger Kornverfeinerung und arbeitet zuverlässig bei Temperaturen von 450 °C (Zink) bis über 1.100 °C (Kupfer/Messing). Erfahren Sie, wie andere Nichteisenmetallgießereien ihre Zykluszeiten um zwei Drittel verkürzt, Oxideinschlüsse um das Sechsfache reduziert und den Inertgasverbrauch vollständig eliminiert haben.
Häufig gestellte Fragen
Kann die Ultraschall-Entgasung unser bestehendes Rotationssystem bei Hochtemperaturanwendungen ersetzen?
Ja, insbesondere bei Temperaturen über 950 °C, bei denen Graphitrotoren zu oxidieren beginnen. Sonotroden aus Sialon-Keramik arbeiten zuverlässig bis über 1.150 °C ohne Leistungsabfall, wodurch die Ultraschallbehandlung die einzige Entgasungsoption für Kupfer- und Messingguss bei voller Temperatur darstellt. Bei Metallen mit niedrigeren Schmelztemperaturen (Zink, Magnesium) bietet die Ultraschallbehandlung 3,3-mal schnellere Bearbeitungszeiten und eine überlegene Entfernung von Einschlüssen – eine messbare Verbesserung, selbst wenn das Rotationsverfahren einwandfrei funktioniert.
Wie viel Inertgas sparen wir durch die Ultraschallbehandlung tatsächlich ein?
Bei der Ultraschallentgasung wird keinerlei Inertgas (Argon oder Stickstoff) benötigt. Eine typische Gießerei, die Rotationsanlagen einsetzt, verbraucht je nach Gussvolumen 50–200 m³ Argon pro Tag. Durch die Umstellung auf NIMA entfallen diese Kosten vollständig – in der Regel lassen sich monatlich 8.000–15.000 US-Dollar an Materialkosten einsparen, und es ist keine Infrastruktur mehr für die Handhabung und Lagerung von Druckgasflaschen erforderlich.
Ist die Ultraschallbehandlung bei Bronze oder anderen zinnhaltigen Legierungen wirksam?
Ja, und Bronze ist einer der anspruchsvollsten Anwendungsfälle. Die Zinnsegregation bei Bronze – bei der sich Zinnoxide abseits der Kupferoxide ansammeln – ist für Einfrequenz-Rotationssysteme äußerst schwer zu bewältigen. Die Mehrfrequenz-Kavitation von NIMA wirkt selektiv auf beide Oxidtypen ein und erzielt eine Reduzierung der Zinnsegregation um 70–78 %, während Rotationssysteme diese nicht vollständig verhindern können.
Wie lange ist die Lebensdauer einer Keramik-Sonotrode?
Sonotroden aus Sialon-Keramik halten in der Regel 250 bis 400 Gusszyklen, bevor sie ausgetauscht werden müssen – das entspricht in einem stark ausgelasteten Gießereibetrieb etwa 2 bis 4 Monaten Dauerbetrieb. Dies ist 100- bis 200-mal länger als bei Graphitrotoren im Hochtemperaturbetrieb, wodurch sich Keramik-Sonotroden trotz höherer Stückkosten aufgrund der häufigeren Austauschintervalle als kosteneffizient erweisen.
Woran erkenne ich, ob die Ultraschall-Entgasung funktioniert?
NIMA-Systeme umfassen eine Echtzeitüberwachung: Rückmeldung der Schallleistung, Anzeige der Schmelztemperatur und Protokollierung der Zyklusanzahl. Zur Qualitätssicherung misst die Unterdruckprüfung (Standard bei Gussteilen für die Luft- und Raumfahrt sowie die Automobilindustrie) direkt die Wasserstoffreduktion – typischerweise eine Verbesserung von 18–24 % gegenüber dem Rotationsverfahren bei gleicher Behandlungszeit. Mechanische Prüfungen (Zugfestigkeit, Dehnung) und metallografische Untersuchungen (Einschlussdichte, Kornstruktur) bestätigen die Vorteile über 2–3 Gussläufe hinweg.