Gasblase

Gasblasen in Stahlguss

Gasblasen sind vor allem in drei Bereichen von Bedeutung:

• wenn Gase in einer Flüssigkeit gelöst sind und der Umgebungsdruck sinkt,
• in der Geologie bei Abkühlung einer Gesteinsschmelze (siehe Geode) oder beim Austrocknen eines Sedimentgesteins (siehe Porosität)
• als Gussfehler, z. B. beim Stahlguss und beim Glasguss.

Als Luftblasen haben sie unzählige Anwendungen in der Technik gefunden. Einige Beispiele sind

• Geräte zum Horizontieren, beispielsweise Wasserwaage und Röhrenlibelle
• Drucksteuerungen wie in Sprinkleranlagen, bei kleinen Pumpen oder Windkesseln
• Innerhalb von Flüssigkeiten als Linsen negativer Brechkraft.

Dekompression bei gelösten Gasen

Flüssigkeiten enthalten meist auch gelöste Gase, wobei deren Löslichkeit stark vom herrschenden Umgebungsdruck abhängt. Bei Druckentlastung wird es frei und kann drastische Phänomene bewirken – vom Sekt und Mineralwasser bis zur Taucherkrankheit und zu heftigen Gasexplosionen oder heißen Asche­strömen bei manchen Vulkan­arten.

Vom Sekt zur Taucherkrankheit

Wenn man eine Sekt- oder Mineralwasser­flasche öffnet, perlt das zuvor unter hohem Druck gelöste Gas (hier Kohlendioxid) empor und entweicht aus der Flasche. Je rascher die Flasche geöffnet wird (oder je heftiger der Sektkorken knallt), desto schneller entweicht das Gas und kann umso mehr Flüssigkeit mitreißen.

Ähnlich wirkt die Dekompression beim zu raschen Emporsteigen eines Sporttauchers. Der im Blut gelöste Stickstoff bildet bei Druckentlastung zunächst kleine, dann immer größere Gasblasen, was schließlich zur Embolie und zum Tod führen kann – siehe Dekompressionskrankheit. Einziges Gegenmittel (abgesehen von der Taucherglocke) ist ein langsames, von Pausen unterbrochenes Aufsteigen, welches Zeit zum Entgasen gibt.

Anders als beim Druck sinkt die Löslichkeit von Gasen geringfügig, wenn die Wassertemperatur steigt. Im normalen Leitungswasser ist Luft im Prozentbereich gelöst. Wenn man daher ein Glas kühles Wasser stehen lässt, sammeln sich durch die Erwärmung allmählich kleine Bläschen innen am Glas.

Gasexplosionen im Vulkanismus

Sehr drastisch wirkt die Dekompression bei manchen geologischen Prozessen, z. B. im Vulkanismus. Je mehr Gase die aus der Tiefe aufsteigende Gesteinsschmelze (das Magma) enthält, desto schneller werden sie bei Druckentlastung frei, was den Aufstieg des Magmas beschleunigt und schon im Vulkanschlot zu Gasexplosionen führen kann. Oft entsteht bei Vulkanausbrüchen mit großem Asche-Anteil ein Gas-Partikel-Gemisch, das als heißer pyroklastischer Strom die Hänge des Vulkankegels hinunterrast und viele Menschenleben kosten kann.

Gasblasen im Metallguss

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Auch beim Gießen entstehen Gasblasen im Metall, allerdings teilweise aus anderen Gründen. Es sind glattwandige, kugelförmige Hohlräume, deren Durchmesser 2 bis 3 mm übersteigen kann.

Arten der Bläschen

Die im Metallguss auftretenden Gasblasen lassen sich folgendermaßen charakterisieren:

• glänzende Blasen,
• oxidierte Blasen,
• blau gefärbte Blasen,
• geschlossene Luftblasen,
• Poren und
• pin-holes.

Jede dieser Erscheinungen stellt eine Unterbrechung der metallischen Grundmasse dar und mindert daher die Festigkeit des gegossenen Werkstoffes.

Poren sind die Hohlräume, die kleiner als 2 mm sind und nestartig auftreten.

Pinholes (Nadelstichporosität) sind längliche Hohlräume, die senkrecht zur Oberfläche angeordnet sind. Sie treten in bestimmten Bereichen von Gussstücken auf, die im Nassgussverfahren hergestellt worden sind.

Geschlossene Luftblasen sind rundliche Hohlräume, die vereinzelt im oberen Teil von Gussteilen auftreten, meist dicht unter der Oberfläche. Ihre Wände können als metallisch glänzend beschrieben werden.

Weitere Hohlräume, die durch Schrumpfung des Gußstücks beim Erstarren entstehen können, werden Lunker genannt. Sie lassen sich teilweise durch gießereitechnische Methoden verringern.

Ursachen der Blasenbildung

• Das Metall hat die Form nicht vollständig ausfüllen können, weil ein Gasgegendruck den ferrostatischen Druck ausgeglichen hat.
• Bildung unlöslicher Reaktionsgase in der Metallschmelze oder bereits vorhandene gelöste Gase.
• Der Formstoff hat ungenügende Gasdurchlässigkeit.
• Ungenügende Steiger- (Speiser-)höhe.
• Zu langsames oder zu kaltes Gießen.

Literatur

• Wilhelm Westphal: Physik. Ein Lehrbuch. 24. Auflage. Springer, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1963, Kapitel III, VI und VII.
• Dieter Richter: Allgemeine Geologie. 3. Auflage. De Gruyter, Berlin 1985, ISBN 3-110-10416-4.