Machines uit metaalmist

Van ijzererts maakt men niet zomaar staal. Ruwijzer dat in hoogovens uit ijzerhoudend erts wordt gesmolten, moet worden afgetapt, gezuiverd en waar nodig worden bijgemengd met toeslagstoffen. Via continu-gietinstallaties worden eerst stalen plakken en knuppels gegoten die daarna in een warm- of koudbandwalserij tot de vereiste dikte worden uitgewalst. Voor sommige staalprodukten zijn wel zestien produktiestappen nodig en dan nog heeft het metaal lang niet altijd de gewenste eigenschappen.

Metaalfabrikanten krijgen daarom steeds meer belangstelling voor een nieuwe metaalverwerkingstechniek. In de Angelsaksische landen spreekt men van spray metal, de enige juiste Nederlandse benaming is 'sproei-depositie'. Gesmolten metaal wordt in een smeltkroes gegoten en terwijl het daar weer uitlekt verstoven met een gas, meestal stikstof of argon. Hierdoor vormt zich een conische bundel van zeer fijne druppeltjes staal, die als een zeer fijne mist neerslaat op een substraat. Mooier kan het bijna niet, want de kristalstructuur van het metaal blijft zeer homogeen, al blijft nabewerking (afdraaien, polijsten) noodzakelijk.

Sproei-depositie is met name geschikt voor het vervaardigen van hoogwaardige materialen voor machine-onderdelen zoals turbineschijven van straal- of turbinemotoren. Om die reden investeren steeds meer bedrijven in deze technologie, het Amerikaanse concern General Electric zelfs voor 2 miljoen dollar per jaar. Chaparral Steel uit Texas bouwt op dit moment voor 6 miljoen dollar een proeffabriek en de Amerikaanse marine gebruikt de technologie sinds kort voor het maken van onderdelen voor onderzeeboten.

Het oorspronkelijke procede is al in 1910 ontwikkeld door de Zwitser dr. M. U. Schoop en in 1970 geperfectioneerd door A. R. E. Singer van de Universiteit van Swansea. Uit de groep van Singer is later het bedrijf Osprey Metals voortgekomen, dat zich op het gebied van sproei-depositie een monopoliepositie heeft verworven. Het Zweedse staalconcern Sandvik kocht in 1980 de licensierechten van Osprey en nam het bedrijf vijf jaar later zelfs over.

Sindsdien hebben aluminiumproducenten als Alcan en Lockheed het bedrijf benaderd met het verzoek om sproei depositie-machines te ontwikkelen voor de verwerking van aluminium. Ook wordt het procede sinds enige tijd gebruikt voor koperlegeringen. Licenties op dit gebied zijn verstrekt aan het Zwitserse Boillat, het Duitse Wieland-Werke en het Nederlandse Billiton Research, onderdeel van de metalensector van de Koninklijke Shell Groep.

Osprey Metals zegt dat door het beperken van het aantal processtappen de produktiekosten aanzienlijk kunnen worden teruggebracht. Met sproei-depositie wordt een ton staal 100 tot 140 gulden goedkoper. Er kan gemiddeld 100 gulden worden bespaard op het staal dat in auto's wordt verwerkt en ongeveer 10 gulden op het staal dat voor wasmachines wordt gebruikt. Voor de luchtvaartindustrie zouden de besparingen nog groter zijn: tot dertig procent.

Ook zijn er belangrijke metallurgische voordelen. Aluminium bijvoorbeeld kan superelastisch en door bijmenging van andere stoffen zelfs magnetisch worden gemaakt. Osprey ziet ook mogelijkheden voor allerlei legeringen en staalsoorten die met waterstof worden versterkt. Een recente ontwikkeling is dat men keramische deeltjes kan toevoegen, waardoor bepaalde metaaleigenschappen (met name elasticiteit en geleidbaarheid) aanzienlijk kunnen worden verbeterd.

Toch zitten aan de technologie nog veel haken en ogen. 'Het is een zeer gecompliceerde techniek met tamelijk hoge operationele kosten', zegt J. Schade van Westrum van Billiton Research in Arnhem, het enige bedrijf in Nederland dat over een Osprey-machine beschikt. 'Bij het verstuiven gaat nogal wat metaal verloren. Een ouderwetse palengieter heeft een gietrendement van 95 procent. Een vergelijkbare sproei-depositie machine komt tot 70 a 80%.'

Operationele beperkingen zijn er de oorzaak van dat het proces nog nergens commercieel wordt toegepast. Zeker bij Sandvik staat de technologie niet hoog op de prioriteitenlijst. Dat de interesse voor de technologie desondanks is toegenomen komt doordat niemand de boot wil missen. 'Voor sommige toepassingen is de techniek erg geschikt', zegt Schade van Westrum. 'Je kunt er legeringen van hoge kwaliteit mee maken.' Voor massaproduktie zullen de machines eerst moeten worden aangepast. Pas wanneer zonder veel problemen 100 ton staal per uur kan worden geproduceerd, wordt de techniek interessant voor grotere metaalfabrikanten.

Staalproducent Hoogovens is voorlopig niet van plan om in deze technologie te investeren. Schade van Westrum: 'Geef ze eens ongelijk. De bestaande technologie heeft zo'n hoge graad van perfectie bereikt, dat men niet zo snel op andere methoden zal overschakelen. In de staalindustrie is dat niet anders. Continugieten werd ontwikkeld in 1850, maar kwam pas na 1970 van de grond.'

tekening: Het principe van sproeidepositie van metaal. Op den duur kan dit procede wasmachines en auto's goedkoper maken

    • Jan Libbenga Karel Knip