Mechanismenbasierte Untersuchung additiv gefertigter Aluminium-Matrix-Verbundwerkstoffe für erhöhte mechanische Festigkeit

• Antragsteller: Dr.-Ing. Philipp Imgrund, seit 9/2020; Professor Dr.-Ing. Guntram Wagner; Professor Dr.-Ing. Frank Walther
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 425479688

Die Verarbeitung von Pulver aus einem Aluminium-Matrix-Verbundwerkstoff (eng. AMC) mittels additiver Fertigungsverfahren ermöglicht die Herstellung bedarfsoptimierter AMC-Bauteile. Dafür ist eine detaillierte Untersuchung der chemischen Reaktionen, der Zusammensetzung und der Phasenumwandlungen während der Pulverherstellung mittels Hochenergiekugelmahlen (eng. HEBM) und während des selektiven Laserschmelzverfahrens (eng. SLM) notwendig. Der Schwerpunkt liegt auf mit SiC-Partikeln verstärktem AlSi10Mg-Pulver. Folgende wissenschaftliche Fragestellungen müssen hierbei beantwortet werden: Wie beeinflusst die Partikelform des Pulvers die Verarbeitbarkeit im SLM-Verfahren und wie kann diese durch neue Verfahren, falls notwendig, verändert werden? Welche Rolle spielen Verunreinigungen während des SLM-Prozesses? Welchen Einfluss übt die mittels HEBM erzeugte Mikrostruktur des Pulvers auf die Verarbeitbarkeit durch SLM aus? Welche Art von Defekten entsteht während der SLM-Verarbeitung von mittels HEBM hergestelltem AMC-Pulver? Wie beeinflusst die Mikrostruktur von SLM gefertigten Strukturen die mechanischen Eigenschaften? Das Ermüdungsverhalten ist von besonderem Interesse für Strukturbauteile. Die spezifische Mikrostruktur und die prozessbedingte Porosität wird komplexe zyklische Schädigungsvorgänge zur Folge haben. Es wird erwartet, dass die im Werkstoff vorliegenden Verstärkungsphasen zu einer veränderten Wechselwirkung mit Gefügebestandteilen unter zyklischer Beanspruchung führen. An den Grenzflächen der Verstärkungsphasen und an den Phasengrenzen wird es voraussichtlich zur Einleitung von vielen Schädigungs- und Versagensorten kommen. Aufgrund dieser Herausforderungen ist ein Verständnis der skalenübergreifenden Festigkeitsmerkmale auf makro- und mikrostruktureller Ebene der Strukturen zwingend erforderlich. Die Ergebnisse der mechanischen Versuche und der mikrostrukturellen Untersuchungen werden dazu verwendet, um die gegenseitige Wechselwirkung von Herstellung und Eigenschaften skalenübergreifend zu verstehen und folgende Fragenstellungen zu untersuchen: Was sind die dominierenden Prozessparameter? Wie beeinflussen die Prozessschritte die mechanischen Eigenschaften (Ermüdungsverhalten, Formtoleranzen)? Durch ein grundlegendes Verständnis der Verformungsmechanismen in der SLM-AMC Prozesskette wird die weitere effektive Nutzung der additiven Fertigungsverfahren in Industrie und Strukturanwendungen vorangetrieben und tiefergehende Forschungsschwerpunkte herausgearbeitet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Claus Emmelmann, bis 9/2020