Ni-Ti-Hf-Zr Legierungen für die Hochtemperaturaktorik – Von der Materialbibliothek zu Hochleistungsfunktionswerkstoffen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Niendorf
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398899207

In der ersten Förderphase war das vorrangige Ziel, die Zusammenhänge von additivem Verarbeitungsprozess, mikrostruktureller Entwicklung und resultierenden funktionalen bzw. mechanischen Eigenschaften von Ni-Ti-Hf Hochtemperaturformgedächtnislegierungen (HT-FGL) zu erforschen. Eine zentrale Herausforderung war es in diesem Zusammenhang, Prozessparameter für die erstmalige Prozessierung von Ni-Ti-Hf HT-FGL (Ni50,5Ti34,5Hf15) über den Pulverbett-Elektronenstrahlprozess (PBF-EB/M – powder bed fusion - electron beam) zu identifizieren, zu etablieren und schließlich über eine Variation dieser gezielt die Mikrostruktur im Prozess einzustellen. Aufgrund des extrem hohen Hafnium-Preises erscheint eine Erhöhung der Umwandlungstemperaturen über höhere Hf-Gehalte in diesem Legierungssystem aktuell ökonomisch nicht zielführend. In der zweiten Förderphase soll aus diesem Grund über einen neuartigen Ansatz das Element Zirkonium in definierten Anteilen zu der Basislegierung gemischt werden, um die Umwandlungstemperaturen und zugleich die funktionale Performanz zu erhöhen. In diesem Projekt soll über einen innovativen Ansatz mittels einer Laserauftragsschweißanlage (Hochdurchsatz Materialcharakterisierung unter Nutzung additiver Laserauftragschweißprozesse kombiniert mit in situ Röntgenanalyse und weitergehender Instrumentierung ein Legierungsscreening unter Verwendung der Basislegierung und elementaren Pulvern durchgeführt werden. Ziel des vorgeschlagenen Legierungsdesigns ist es über einen Hochdurchsatzansatz eine Vielzahl additiv gefertigter Vollmaterialprobekörper unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung zu charakterisieren und dabei vor allem die Umwandlungstemperaturen im quaternären Ni-Ti-Hf-Zr System deutlich, und wesentlich kostengünstiger, zu erhöhen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen