Porositätsabdichtung

Die Porositätsabdichtung erfolgt durch Vakuumimprägnierung. Dieses Verfahren ist bei Erstausrüstern (OEMs) weit verbreitet und dient der Abdichtung von Porosität und Leckagen in Metallgussteilen, Sintermetallteilen und Elektrogussteilen, die während des Gieß- oder Formprozesses entstehen. Die Vakuumimprägnierung verhindert die Porosität des Gussteils (ein Phänomen, das beim Druckgussverfahren auftritt und es Herstellern ermöglicht, Teile zu verwenden, die andernfalls Ausschuss wären). ^{[ 1 ]}

Porosität ist ein natürliches Phänomen und kommt in den meisten Werkstoffen vor. Bei Metallgussteilen versteht man unter Porosität üblicherweise alle Hohlräume im Gussstück. Gussporosität kann durch Gasbildung oder Erstarrung beim Übergang des Metalls vom flüssigen in den festen Zustand entstehen. Die Größe dieser Poren kann je nach Gussteil variieren, von submikrometergroßen Hohlräumen bis hin zu über 10 mm Durchmesser.

Gussfehler aufgrund von Porosität können die strukturelle Integrität des Bauteils beeinträchtigen und eine Schwachstelle darstellen. Porosität kann außerdem die Druckdichtheit des Bauteils verhindern. Dies wirkt sich negativ auf die Leistung aus, wenn das Bauteil für die Aufnahme von Gasen oder Flüssigkeiten ausgelegt ist. ^{[ 2 ]}

Die Vakuumimprägnierung unterliegt den Militärstandards MIL-I-17563C und MIL-STD-276A sowie zahlreichen firmeneigenen und kundenspezifischen Vorgaben. MIL-I-17563 prüft das Imprägniermittel . MIL-I-17563C weist nach, dass ein Imprägniermittel mit der Anwendung kompatibel ist und sich während der Lebensdauer des Bauteils nicht zersetzt oder versagt. MIL-STD-276A prüft den Imprägnierungsprozess. MIL-STD-276A definiert die Standards für die Verarbeitung zum Abdichten von Bauteilen und die Prüfung der Prozesseffektivität. ^{[ 3 ]}

Das Vakuumimprägnierungsverfahren dichtet interne Leckstellen ab und macht das Gussteil dicht und einsatzbereit. Im Zuge der Abdichtung gegen Porosität durchlaufen die Gussteile die folgenden vier Stationen:

1. Imprägnierkammer: Der Bediener verschließt die Kammer und erzeugt ein Vakuum. Dadurch wird die Luft aus den Poren und Leckstellen in der Gusswand entfernt. Anschließend werden die Teile mit Dichtmittel bedeckt und ein Überdruck angelegt. Zum Eindringen des Dichtmittels in die Poren ist mehr Energie erforderlich als zum Absaugen der Luft. Der Bediener lässt dann den Druck ab und entleert die Kammer.
2. Überschüssiges Dichtmittel entfernen: Der Bediener entfernt überschüssiges Dichtmittel durch Schwerkraft, Rotation oder Zentrifugalkraft .
3. Wasch-/Spülstation: Der Bediener wäscht Dichtungsreste aus den inneren Kanälen, Anschlüssen, Vertiefungen und Merkmalen des Bauteils.
4. Aushärtungsstation: Der Bediener polymerisiert das imprägnierte Dichtmittel im Leckagebereich. ^{[ 4 ]}

Die Vakuumimprägnierung sollte vor der Endmontage erfolgen. Insbesondere bei Metallgussteilen sollte die Vakuumimprägnierung nach der Endbearbeitung durchgeführt werden. Durch die Endbearbeitung können Poren freigelegt werden, wodurch Leckagepfade entstehen. Über diese Pfade können Flüssigkeiten und Gase aus dem Gussteil austreten, was zu dessen Nichtkonformität und Unbrauchbarkeit führt. ^{[ 5 ]}

Porosität ist den meisten Fertigungsprozessen inhärent. Sie gilt jedoch nur dann als Defekt, wenn sie miteinander verbunden ist und einen Leckagepfad bildet, der die strukturelle Integrität und die Leistungsfähigkeit des Bauteils beeinträchtigen kann. Vakuumimprägnierung dichtet Porosität und Leckagepfade aus folgenden Gründen ab.

Dies ist der Hauptgrund, warum die Vakuumimprägnierung bei allen Materialien – Druckguss, Sintermetall, Kunststoff und Kabelbäumen – eingesetzt wird. Durch das Abdichten von Poren und potenziellen Leckstellen wird das Austreten von Flüssigkeiten oder Gasen verhindert. Sind die Leckstellen nicht abgedichtet, können Flüssigkeiten oder Gase aus dem Bauteil austreten.

Die Imprägnierung dient der Verbesserung der Zerspanbarkeit von pulvermetallurgischen Werkstoffen . Nachfolgende Bearbeitungsschritte wie Bohren, Gewindeschneiden oder Schneiden sind nur bedingt erfolgreich, da Hohlräume zwischen den Partikeln Werkzeugschwingungen verursachen, was die Werkzeugstandzeit verringert und die Oberflächenqualität beeinträchtigt. Die Vakuumimprägnierung stabilisiert und stützt die einzelnen Metallpulverkörner während der Bearbeitung. Dadurch wird die Zerspanbarkeit effizienter, Werkzeugschwingungen werden vermieden und die Oberflächengüte verbessert.

Beim Galvanisieren werden die Teile in Säurelösungen getaucht. Die restliche Säure kann in die Poren eindringen und Korrosion verursachen. Durch das Versiegeln der Bauteile vor dem Galvanisieren wird Korrosion verhindert.

Die Porosität kann Öle, Flüssigkeiten, Entgratungsflüssigkeiten, Vorbehandlungsmittel und Säuren aufnehmen. Werden diese Stellen nicht abgedichtet, können Gase oder Flüssigkeiten durch Ausgasen oder Ausbluten die Oberflächenbeschaffenheit beeinträchtigen. Durch das Abdichten der Leckstellen vor den nachfolgenden Oberflächenbehandlungen lassen sich jegliche Fehlerquellen vermeiden, die durch Ausgasen, chemische Unverträglichkeiten oder das Ausbluten von Vorbehandlungsmitteln entstehen könnten.

Die Vakuumimprägnierung kann zur Verbesserung der Festigkeit additiv gefertigter Bauteile eingesetzt werden. Additiv gefertigte Bauteile sind weniger dicht – und somit weniger fest – als Bauteile aus traditionellen Fertigungsverfahren. Durch Vakuumimprägnierung lässt sich das Material verstärken. Während das Imprägniermittel in den Perforationen aushärtet, entsteht eine Verbindung zwischen den Bauteilschichten. Dies erhöht die Dichte und verbessert so die Festigkeit des Bauteils.

Bauteile, die im additiven Fertigungsverfahren hergestellt werden , weisen dieselbe Porosität auf wie Bauteile, die mit traditionellen Methoden gefertigt werden. Die Porosität ist eine inhärente Eigenschaft des Materials und der Technologie. Die beiden wichtigsten Werkstoffe, die durch Vakuumimprägnierung versiegelt werden, sind Kunststoff und Sintermetall. ^{[ 6 ]}

Druckguss- und Kokillengussteile weisen häufig innere Porosität auf. Diese Porosität ist in der Regel auf die tiefsten Querschnitte des Bauteils beschränkt und reicht nicht bis zur Außenhaut. Wird das Bauteil jedoch zusätzlich bearbeitet, wird die innere Porosität freigelegt, und das Bauteil kann unter Druck undicht werden. Bearbeitete Druckgussteile, die Flüssigkeiten aufnehmen müssen (Ansaugkrümmer, Kühlmittelanschlüsse, Getriebegehäuse, Pumpengehäuse und Hydraulikkomponenten), werden routinemäßig mit Acrylharzen lebensdauerhaft abgedichtet. Da sich das Dichtmittel im Inneren des Bauteils befindet, bleiben dessen äußere Abmessungen und Aussehen unverändert.

In diesen Bauteilen sind Metallstifte und -drähte in das Kunststoffgehäuse eingebettet. Bei Erwärmung während der Fertigung oder im normalen Gebrauch dehnen sich Kunststoff und Metall unterschiedlich stark aus. Diese Ausdehnung erzeugt mikroskopisch kleine Hohlräume zwischen den Materialien. Obwohl diese Leckstellen unvermeidbar sind, können sie, wenn sie nicht abgedichtet sind, zu einem Ausfall im Feld führen. ^{[ 7 ]}

Pulvermetallurgische (PM) Bauteile werden aus vier Hauptgründen versiegelt.

Der erste Grund ist, dass PM-Teile abgedichtet werden, um das Austreten von Flüssigkeiten oder Gasen unter Druck zu verhindern. PM-Anwendungen für Druckluft, Kraftstoffförderung oder Hydraulikgehäuse sind weit verbreitet und effektiv; sie müssen jedoch zuvor abgedichtet werden. Andernfalls treten Flüssigkeiten oder Gase aus dem Teil aus. Durch die Abdichtung der Teile ändern sich weder die Abmessungen noch die Funktionseigenschaften der Komponente.

PM-Teile werden vor der Galvanisierung versiegelt , um innere Korrosion zu reduzieren . Galvanisierungsprozesse beinhalten typischerweise das Eintauchen der Teile in Säurelösungen. Nach der Galvanisierung kann verbleibende Säure im Inneren des Teils Korrosion fördern und/oder ein zufriedenstellendes Galvanisierungsergebnis verhindern. Die Lösung besteht darin, die inneren Hohlräume vor der Galvanisierung zu versiegeln. Wie bereits erwähnt, wird die Porenmasse mit Monomer gesättigt und anschließend vollständig von der Oberfläche abgespült. Das Harz härtet zu einem beständigen Polymer aus. So kann das freiliegende Oberflächenmetall galvanisiert werden, während die inneren Hohlräume trocken versiegelt bleiben.

Pulvermetall wird auch imprägniert, um die Wartungsfreundlichkeit zu verbessern. PM-Teile sind im Allgemeinen schwer zu bearbeiten, und manche Zusammensetzungen lassen sich möglicherweise nicht bearbeiten, ohne das Schneidwerkzeug zu beschädigen. Nachbearbeitungsschritte wie Bohren, Gewindeschneiden oder Schneiden werden beeinträchtigt, da die Hohlräume zwischen den Partikeln Werkzeugschwingungen verursachen, was die Werkzeugstandzeit verkürzt und die Oberflächenqualität verschlechtert. Die Vakuumimprägnierung stabilisiert und stützt die einzelnen Pulvermetallkörner während der Bearbeitung. Dies verbessert die Bearbeitbarkeit, indem es den Bearbeitungsprozess effizienter gestaltet, Werkzeugschwingungen beseitigt und die Oberflächengüte verbessert.

Die Porosität von Pulvermetallurgie absorbiert Öle, Flüssigkeiten, Entgratungsflüssigkeiten, Vorbehandlungsmittel und Säuren. Werden die Poren nicht versiegelt, können Flüssigkeiten austreten und die Oberflächenbeschaffenheit beeinträchtigen. Durch das Versiegeln der Poren vor der Weiterbehandlung werden mögliche Fehlerquellen aufgrund des Austretens von Vorbehandlungsmitteln vermieden. ^{[ 8 ]}