Mechanische Eigenschaften und Wasserstoffbeständigkeit von partikelverstärkten CCA hergestellt durch additive Fertigung (MarioCCArt)

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard Dehm; Dr.-Ing. Nils Ellendt, seit 7/2022; Professor Dr. Eric A. Jägle
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388738622

In der erste Förderphase wurde die Prozesskette zur Erzeugung von partikelverstärkten HEA/CCA (High Entropy Alloys / Compositionally Complex Alloys) über die Teilschritte der Erzeugung von gasverdüsten Pulvern und einem L-PBF Prozess (Laser-Powder Bed Fusion) am Beispiel der Legierungsbasis CoCrFeNi (-Al, -Mn) etabliert und hinsichtlich der Verfestigungsmechanismen durch spinodale Entmischung, Nitride und Oxide untersucht. Auf der Basis dieser Erkenntnisse werden im Folgeprojekt die erfolgreichsten Legierungen (rissfreie Herstellung, einphasige Matrix) für anwendungsorientierte Fragestellungen weiterverfolgt. Es werden zwei Legierungen (beide einphasig A1 (fcc)) untersucht, eine Hochentropielegierung und zum Vergleich eine konventionelle Legierung. Diese Legierungen werden mit Partikeln unterschiedlicher Zusammensetzung und Größe verstärkt. Die Verarbeitbarkeit der verschiedenen Partikelarten und -größen auf verschiedenen in-situ und ex-situ Prozessrouten im L-PBF-Verfahren wird untersucht und die mechanischen Eigenschaften der resultierenden partikelverstärkten CCA werden ermittelt (Festigkeit, Bruchzähigkeit und Ermüdungsfestigkeit). Zudem wird der Einfluss von Wasserstoff und tiefen Temperaturen auf die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur untersucht. Das wesentliche Ziel dieser Untersuchungen ist es, einen bei niedrigen Temperaturen festen, bruchzähen, ermüdungsresistenten und wasserstofftoleranten Werkstoff zu erzeugen. Dazu werden die mechanischen Eigenschaften und die Mechanismen der plastischen Verformung vor und nach einer gasfärmigen Wasserstoffbehandlung bei Raumtemperatur und bei tiefen Temperaturen untersucht. Um die Versagensmechanismen zu verstehen wird zusätzlich mit einem Nanoindenter, der eine elektrochemische Zelle zur Wasserstoffbeladung nutzt, der Einfluss des Wasserstoffs auf die Versetzungsplastizität ermittelt. Die Ergebnisse sollen die Grundlagen für die Nutzung von partikelverstärkten CCA in der Wasserstoffwirtschaft legen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2006: Legierungen mit komplexer Zusammensetzung - Hochentropielegierungen (CCA - HEA)
• Ehemaliger Antragsteller: Dr.-Ing. Volker Uhlenwinkel, bis 7/2022