Keramikverstärkte Aluminiumwerkstoffe für das pulverbettbasierte selektive Laserschmelzen

Beschreibung

In der europäischen Union (EU) sollen ab 2045 u. a. innovative gewichtsreduzierte Flugzeugtypen klimaneutral betrieben werden. Im Fokus der vorliegenden Arbeit steht die rissfreie Verarbeitung von neuen hochfesten Aluminium-Leichtbauwerkstoffen ohne das als kritisch von der EU eingestufte Element Scandium, die mittels pulverbettbasiertem selektiven Laserschmelzen (PBF-LB) verarbeitet werden können. Die Mischung von 6 µm B4C-Partikeln mit AlSi10Mg-Pulver ist dazu ein Ansatz. Eine neu entwickelte Breitbandultraschallanregung der Beschichtungsgeometrie ermöglicht Feedstocks mit bis zu 20 Vol% B4C und in Kombination mit einer TiC-Nanopartikel-beschichtung bis zu 25 Vol% B4C fehlerfrei aufzurakeln. Mit steigender Zugabe der B4C-Partikel nehmen die Eigenspannungen in der Matrix zu und sind ab 10 Vol% B4C höher als die Festigkeit der Matrix. Zusätzlich wird beobachtet, dass Konturprozessstellgrößen nicht angepasst werden müssen und sich die Rauheit um 50 % gegenüber reinem AlSi10Mg reduziert, ohne dass oberflächennahe Poren entstehen. Durch diese Arbeit sind Grundlagen geschaffen, Feedstocks zu mischen, im PBF-LB-Prozess aufzurakeln und aufzubauen. Eine Festigkeitssteigerung tritt nicht ein, weil die Schmelze im PBF-LB-Prozess erstarrt, bevor eine stoffschlüssige Reaktion stattfindet. Dem folgend ist die zukünftige Entwicklung eines heißisostatischen Pressprozesses notwendig, durch den eine stoffschlüssige Reaktion unterhalb der Schmelztemperatur von AlSi10Mg ausgelöst wird. T6-Wärmebehandlungen und Direktauslagern sind nicht geeignet.

Autor*in

Victor Lubkowitz

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Additive Fertigung PBF-LB AlSi10Mg B4C TiC Nanopartikel Leichtbau Ultraschallbeschichtung

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