Ziel des Projekts ist es, Aluminiumbleche oder -profile direkt im Druckgussprozess stoffschlüssig mit Gussstrukturen zu verbinden. „Der Ansatz ist nicht neu – aber es gibt bis heute keinen serienfähigen Prozess für Aluminium-Aluminium-Verbindungen im Druckguss“, erklärt Projektleiter Christoph Pille vom Fraunhofer IFAM. Gleichzeitig sieht er weiterhin Potenzial: „Das stoffschlüssige Verbundgießen wurde vielerorts schon als unmöglich abgestempelt. Wir sehen das anders – und der Bedarf ist unverändert da. Deshalb gehen wir das Thema noch einmal gezielt an und suchen nach neuen Ansätzen.“
Oxidschicht wirkt als Sperrschicht
Der Stand der Technik ist klar: Formschlüssige Verbindungen lassen sich im Druckguss etablieren, etwa durch mechanisches Verklammern oder gezielte Oberflächenrauigkeit. Ein echter stoffschlüssiger Verbund – also eine metallische Verbindung ohne Trennschicht – bleibt dagegen die Ausnahme. Der zentrale Grund liegt im Werkstoff selbst: Aluminium bildet unmittelbar eine Oxidschicht, die als stabile Sperrschicht wirkt und den Kontakt zwischen Schmelze und Blech verhindert.
Das Fraunhofer-Team verfolgt deshalb einen Ansatz, der Werkstoff, Oberfläche und Prozess gemeinsam adressiert. Im Fokus stehen zwei technologische Routen: Zum einen wird die Oxidschicht gezielt entfernt und anschließend die Oberfläche durch temporäre Schutzschichten vor erneuter Oxidation bewahrt. Zum anderen werden metallische Zwischenschichten untersucht, die als verbindungsbildende Phase wirken können. Ziel ist es, während des Gießens eine möglichst reaktive Aluminiumoberfläche bereitzustellen, an der sich ein gemeinsames Gefüge zwischen Gussteil und Blech ausbilden kann.
Sensibles Zusammenspiel
Neben der Oberfläche spielt die Temperatur eine entscheidende Rolle. Das Blech muss lokal so stark erwärmt werden, dass es in den Bereich seiner Solidustemperatur gelangt und damit diffusionsfähig wird. Gleichzeitig müssen Blech und Schmelze gemeinsam so erstarren, dass Spannungen in der Verbundzone vermieden werden. Die bisher durchgeführten Versuche zeigen, wie sensibel dieses Zusammenspiel ist: Bereits die Einbausituation des Blechs im Werkzeug – ob einseitig angegossen oder vollständig umgossen – beeinflusst die Temperaturverteilung und damit die Verbindungsbildung maßgeblich.
Erste Ergebnisse zeigen, dass belastbare stoffschlüssige Übergänge grundsätzlich erreichbar sind. Metallographische Untersuchungen belegen Zonen, in denen Guss und Blech ohne erkennbare Trennlinie ineinander übergehen. Gleichzeitig wird deutlich, dass diese Verbindung bislang nicht flächig entsteht. Stattdessen bilden sich lokale Kontaktbereiche, die sich mechanisch noch wie eine „Perforation“ verhalten – mit entsprechend begrenzter Festigkeit.
Wärmebehandelte Bleche verlieren an Festigkeit
Ein wesentlicher Einflussfaktor ist die Werkstoffwahl. Bleche der 5xxx-Serie behalten ihre Eigenschaften im Prozess weitgehend bei, während wärmebehandelte 6xxx-Legierungen durch die thermische Belastung deutlich an Festigkeit verlieren. In Versuchen führte dies dazu, dass nicht die Verbindung versagte, sondern das Blech selbst – allerdings bei deutlich reduzierten Festigkeitswerten. „Wir greifen mit dem Prozess massiv in die Werkstoffeigenschaften ein – das muss berücksichtigt werden“, ordnet Pille ein.
Die erreichten Verbundfestigkeiten liegen aktuell noch unter denen von klassischen Klebeverbindungen. Gleichzeitig zeigen die Ergebnisse, dass das Potenzial größer ist, als die gemessenen Werte vermuten lassen: Die Verbindung entsteht bereits heute lokal sehr stabil – die Herausforderung besteht darin, diese Bereiche auszudehnen.
Technologie mit Potenzial
Vor diesem Hintergrund ist fusionCASTING kein fertiges Verfahren, sondern ein systemischer Ansatz. Er verschiebt den Fokus von der reinen Prozessführung hin zum Zusammenspiel von Oberfläche, Temperatur und Legierung. Genau darin liegt auch das Potenzial: Gelingt es, diese Parameter zu beherrschen, könnten künftig hybride Strukturen entstehen, die die Vorteile von Guss und Blech in einem Prozess vereinen.
Welche offenen Fragen dabei im Mittelpunkt stehen und welche nächsten Schritte das Projekt vorsieht, erläutert Christoph Pille im folgenden Gespräch.
