Schmelzmetallurgisch hergestellte, interpenetrierende Verbunde basierend auf metallischem Glas – Herstellung, Charakterisierung und Modellierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Kay A. Weidenmann
• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409809887

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ziel des Projektvorhabens war die Herstellung eines Metall-Matrix-Durchdringungsverbundes mit einer Verstärkungsphase aus metallischem Glas (MG) der Legierung Ni60Nb20Ta20 und einer eutektischen AlSi12-Matrix. Bei der Herstellung der Preform wurde von dem ursprünglich geplanten Sinterprozess abgewichen, da dieser nicht zu einer stabilen, infiltrierbaren Preform führte. Stattdessen wurde die Preform erfolgreich durch pulverbettbasiertes Laserstrahlschmelzen hergestellt, was zusätzliche Vorteile bot. Anschließend wurde die Preform mittels Gasdruckinfiltration erfolgreich mit der AlSi12-Matrix infiltriert. Dabei konnte die amorphe Struktur des MG weitestgehend erhalten werden. Aufgrund des Herstellungsprozesses weist die Preform eine anisotrope gitterartige Struktur auf, was in der durchgeführten strukturellen, mechanischen und thermischen Charakterisierung berücksichtigt wurde. Die mechanische in-situ und ex-situ Charakterisierung zeigt, dass der Verbund in Herstellungsrichtung eine deutlich höhere Druckfestigkeit aufweist als quer zur Herstellungsrichtung und dass unterschiedliche Schädigungsmechanismen wirken. Die Grenzflächenuntersuchungen zeigen eine gute mechanische Anbindung. Die experimentellen Ergebnisse der elastischen Kennwerte und des thermischen Ausdehnungsverhaltens sowie der mechanischen Festigkeit konnten mit den entsprechenden Modellen validiert werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Preparation of interpenetrating metal matrix composite based on metallic glass foams produced by gas pressure infiltration. 23rd ICCS, University of Porto, Portugal, 2020 (Vortrag)
  Dittmann, K.; Trauth, A. & Weidenmann, K. A.
  
• Preparation of interpenetrating metal matrix composite based on 3D-printed metallic glass foams produced by gas pressure infiltration. 24th ICCS, University of Porto, Portugal, 2021 (Vortrag)
  Dittmann, K.; Trauth, A. & Weidenmann, K. A.
  
• In-Situ Investigation and Numerical Simulation of a Metal Matrix Composite based on Metallic Glass (Ni60Nb20Ta20). 26th ICCS, University of Porto, Portugal, 2023 (Vortrag)
  Dittmann, K.; Trauth, A. & Weidenmann, K. A.
  
• In-situ investigation of damage behaviour of an interpenetrating metal matrix composite based on metallic glass (Ni60Nb20Ta20). 25th ICCS, University of Porto, Portugal, 2022 (Posterbeitrag)
  Dittmann, K.; Trauth, A. & Weidenmann, K. A.
  
• Investigation and Characterization of Thermal Properties of a Metal Matrix Composite reinforced with a Metallic Glass Foam (Ni60Nb20Ta20). Proceedings of the 20th ECCM, (pp. 298–305), Lausanne, Schweiz.
  Dittmann, K.; Trauth, A. & Weidenmann, K. A.
  
• Laser-Based Additive Manufacturing and Characterization of an Open-Porous Ni-Based Metallic Glass Lattice Structure (Ni60Nb20Ta20). 3D Printing and Additive Manufacturing, 11(2), e537-e547.
  Dittmann, Kerstin; Czink, Steffen; Dietrich, Stefan; Trauth, Anna & Weidenmann, Kay André
  
• Manufacturing and characterization of an interpenetrating metal matrix composite reinforced with a 3D-printed metallic glass lattice structure (Ni60Nb20Ta20). Composite Structures, 327, 117697.
  Dittmann, Kerstin; Trauth, Anna & André, Weidenmann Kay