Duitse onderzoekers werken aan ‘zuurstofarme’ productie

In Duitsland is €9,5 miljoen beschikbaar gesteld voor onderzoek naar ‘zuurstofarme’ productieconcepten. Het IFW in Hannover doet met twee projecten, beide gericht op de verspaning, mee. Het elimineren van zuurstof moet onder andere leiden tot een veel geringere slijtage van gereedschappen, terwijl bij andere toepassingen recycling kan verbeteren.

Twee deelprojecten gericht op de verspaning om nieuwe coatings te ontwikkelen

Veel bewerkingsprocessen gebruiken zuurstof, maar het is vaak een wezenlijke stoorzender. Bij 3D metaalprinten probeert men daarom met beschermgas het zuurstofgehalte zo laag als mogelijk te houden. Bij lassen probeert men hetzelfde te doen. “Overal waar in de productietechniek twee metalen direct met elkaar in contact komen, botsen eigenlijk niet metaalionen op elkaar maar de oxidelagen die zich op het oppervlak bevinden”, legt professor Hans Jürgen Maier uit, directeur van het Instituts für Werkstoffkunde bij het Produktionstechnischen Zentrum Hannover. Maier is op 1 januari aan de slag gegaan bij het Sonderforschungsbereich (SFB) 1368 Sauerstofffreie Produktion, dat in Hannover het onderzoek gaat uitvoeren.

Oxidelaag in veel processen een hinderpaal

De oxidelagen zijn in veel processen een belemmering. Ze maken een lasverbinding bijvoorbeeld moeilijk te realiseren. De oxidelagen dragen ook bij aan de gereedschapslijtage bij het verspanen. “Ook de slijtage van de gereedschappen tijdens het bewerken en vormen kan door de afwezigheid van zuurstof aanzienlijk worden verminderd”, zegt Hans Jürgen Maier over de verwachtingen van het project. De wetenschappers van de SFB kiezen voor een innovatieve aanpak om voor het eerst productieprocessen onder volledig zuurstofvrije omstandigheden te realiseren: “We zullen een kleine hoeveelheid silaan aan het argon toevoegen”, legt Sebastian Herbst, wetenschapper aan het Institute of Materials Science en toekomstig algemeen directeur van de SFB, uit. “Silaan, of SiH4, is uiterst effectief: het silicium reageert met de zuurstof in het milieu om siliciumdioxide en water te vormen. Op deze manier creëren we een zuurstofvrije omgeving die overeenkomt met die in de interstellaire ruimte.”

Enorm potentieel

In eerste instantie gaat een team van 40 onderzoekers aan de slag met de vraag wat er nu precies gebeurt in een zuurstofvrije omgeving. Daarna wil men concrete processen ontwikkelen voor zuurstofvrij omvormen, lassen, snijden, coaten et cetera. Bij de gereedschappen wil men bijvoorbeeld volledig oxidevrije oppervlaktelagen ontwikkelen. Dat moet een positieve invloed hebben op de wisselwerking tussen materiaal en gereedschap. Prof. Berend Denkena, directeur van het IFW: “Zuurstofvrije productie biedt een enorm potentieel voor de ontwikkeling van nieuwe technologieën en verhoogt de recycleerbaarheid van zuurstofrijke materialen. Bewerking zonder zuurstof beïnvloedt de interactie tussen gereedschap en werkstuk. Het maakt bijvoorbeeld het genereren van zuivere, oxidevrije oppervlakken mogelijk.