Metallische Gläser durch selektives Laserstrahlschmelzen (SLM): - Strukturierung, Oberflächenbehandlung und mechanische Eigenschaften

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Eberhard Kerscher; Dr.-Ing. Uta Kühn; Professor Dr.-Ing. Volker Schulze
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 248307555

Ziel des Vorhabens ist es, zwei Prozessketten für den Einsatz massiver metallischer Gläser (BMG) auf Eisen- und Zirkonbasis als Werkstoff zur Herstellung filigraner oder massiver Mikrobauteile zu entwickeln und diese materialwissenschaftlich unter den Gesichtspunkten der Auswirkungen von Strukturierungsprozessen und mechanischen Oberflächenbehandlungen auf die mechanischen Eigenschaften von lasergeschmolzenen oder gegossenen Proben auf Basis der im Werkstoff ablaufenden Vorgänge zu durchdringen. Metallische Gläser besitzen ein großes Potential für hohe Festigkeiten, elastische Verformbarkeit und Verschleißwiderstände bei kleinen Strukturabmessungen und sollten daher für den Einsatz in stark beanspruchten Bauteilen bestens geeignet sein. Ihre amorphe Struktur kann jedoch während der Herstellung und Strukturierung zerstört werden, wenn dabei zu große Temperaturen entstehen und es zur Kristallisation kommt. Daher soll unter Einschluss der Weiterentwicklung bekannter Zusammensetzungen eine neue Herstellroute für metallische Gläser durch schichtweisen Aufbau komplexer filigraner Geometrien mittels selektivem Laserstrahlschmelzen (SLM) entwickelt werden. Die Entfernung von Stützstrukturen und die Bearbeitung von Funktionsflächen in engen Toleranzen erfolgt in nachgeschalteten Strukturierungs- und Modifizierungsverfahren. Halbzeuge für massivere Bauteile aus BMG werden hingegen durch Gießen urgeformt und anschließend strukturiert. Bei den Strukturierungs- und Modifizierungsverfahren können Scherbänder in das metallische Glas eingebracht werden, welche sich meist positiv auf die erreichbaren Bruchdehnungen und die Ermüdungseigenschaften auswirken. Während des Förderungszeitraums werden die Verfahren Laserstrahlschmelzen mit anschließender Nachbearbeitung, sowie Guss mit anschließender Bearbeitung charakterisiert und verglichen. Für die Weiterbearbeitung sind Mikrofräsen, Mikrofunkenerosion und Mikrolaserabtragen vorgesehen. Durch Abrasiv- und Kugelstrahlen wird eine mechanische Oberflächenbehandlung und -verfestigung nachgeschaltet und ebenfalls untersucht. Die jeweilige Prozesskette wird von einer Charakterisierung und Prüfung der strukturellen, mechanischen und thermischen Eigenschaften der Proben begleitet. Ziel ist es dabei, die quasistatischen und zyklischen mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit der Parameter bei den einzelnen Fertigungsverfahren und deren Abfolge materialwissenschaftlich zu durchdringen. Durch den Einsatz verschiedener Messmethoden sollen die mechanischen Eigenschaften getrennt nach dem Einfluss der Mikrostruktur (Scherbandmorphologie) und der geometrischen Oberflächenstrukturen erfasst werden. Außerdem soll untersucht werden, ob die Mikrostruktur bei zyklischer Beanspruchung stabil bleibt, wozu mit physikalischen Messmethoden Veränderungen in der Mikrostruktur in situ gemessen werden. Alle Ergebnisse dienen letztendlich der Aufstellung von Zustands-Eigenschafts-Korrelationen für die eingesetzten Prozessketten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen