Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung, Herstellung und thermoplastisches Formen nickelfreier platinbasierter, biokompatibler metallischer Massivgläser

Pt-P-basierte MMG besitzen eine Vielzahl von Eigenschaften, die sie kristallinen Legierungen weit überlegen machen. Im Vergleich zu konventionellen, kristallinen Platinlegierungen verfügen Pt-basierte MMG über extrem niedrige Liquidustemperaturen. Die Handhabung dieser Legierungen in Gießprozessen ist dadurch wesentlich einfacher, da bereits bei moderaten Abgusstemperaturen (~ 800 – 1000 °C) eine ausgezeichnete Formfüllung erreicht werden kann. Übliche Gießtemperaturen von kristallinen Pt-Legierungen liegen zwischen 1850 und 2050 °C. Diese hohen Temperaturen der konventionellen kristallinen Metallschmelze bedeuten hohe Belastungen für Tiegelmaterial und Einbettmasse, die bei der Verwendung von Pt-MMG vermieden oder zumindest drastisch reduziert werden können. Die Gusshärte der Pt-MMG von ~450 - 500 HV1 wird nur von wenigen kristallinen Pt-Legierungen (z.B. Pt-Ni oder Pt-Ir Legierungen) nach Kaltverformung und/oder anschließender Wärmebehandlung erreicht, bei Pt-MMG liegt diese Härte direkt nach amorpher Erstarrung vor. Im Rahmen des hier beantragten Vorhabens sollen neue Pt-basierte Legierungen entwickelt werden, die amorph erstarren und marktrelevante Platingehalte aufweisen (500, 600 und 850 ‰). Teil des Projekts ist außerdem eine Studie zur Entwicklung von Vorlegierungen sowie eine Untersuchung zu Recyclingstrategien. Ausgesuchte Legierungen aus dem Projekt werden eingehend charakterisiert und die Ergebnisse auf Werkstoffdatenblättern zusammengefasst, so dass die Anwendung der neuen Legierungen in den Firmen erleichtert wird.

Der Nutzen für KMU ist insbesondere ein direkter Zugriff auf neue Legierungen mit überlegenen Eigenschaften, die sich besonders gut für dekorative Anwendungen eignen. Da es sich um eine Materialklasse handelt, die bisher kaum in der Anwendung etabliert ist, soll das hier beantragte Projekt die notwendige Entwicklungsarbeit leisten, die für KMU auf sich alleine gestellt einen zu großen Aufwand bedeuten würde.

Ergebniszusammenfassung:

Legierungen mit 850 ‰ und einer kritischen Dicke von mindestens 7 mm wurden erreicht. Diese stehen nur noch bis August 2021 unter Patentschutz. Ein Machbarkeitsnachweis zur Vorlegierungssynthese konnte durchgeführt werden. In einem beantragten Folgeprojekt wurde dieser Entwicklungsbedarf berücksichtigt, sodass geplante Arbeiten darauf abzielen die Ergebnisse aus diesem Projekt zu nutzen und mittelfristig auszubauen. Mit normierte Tests konnten eine Eignung der untersuchten Legierungen als Schmuckwerkstoff gezeigt werden. Die gemessenen Elementherauslösungen verifizieren ein unbedenkliches Tragen am Körper. Aus den ermittelten Eigenschaftsprofilen konnten Datenblätter erstellt werden, die dem Nutzer einen Überblick über deren Verarbeitungseigenschaften bieten und somit den Einstieg in die Prozessabläufe erleichtern. Des Weiteren konnten die Prozessparameter für eine außerordentliche thermoplastische Formbarkeit der Platingläser bestimmt werden. Dieses technologische know-how schafft dem Anwender den Zugang zu dem Umformprozess. Zudem konnte eine prinzipielle Machbarkeit des Feingießens von Platinglas mittels konventioneller Ausstattung, gezeigt werden. Außerdem konnte gezeigt werden, dass eine Rückgewinnung der Edelmetalle über einen konventionellen Scheideprozess, bei hinreichender Verdünnung, ohne Wertverluste realisiert werden kann. Die Ergebnisse bieten die Grundlage für die Entwicklungsarbeit der entsprechenden Prozesse auf einen höheren Technologie- Reifegrad, die Demonstration der Technologie in Einsatzumgebung.