Schwefelhaltige metallische Massivgläser auf Ti-Basis für das Pulverbett-basierte Schmelzen von Metallen mittels Laser

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Busch; Dr.-Ing. Stefan Kleszczynski
• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503259970

Die Verarbeitung von metallischen Gläsern (engl. Bulk Metallic Glases – BMG) durch Additive Fertigungsverfahren hat sich in letzter Zeit als zielführende Methode erwiesen. Insbesondere das Laser-Pulver-Bett-Schmelzen (PBF-LB/M) hat sich als vielversprechende Technologie zur Überwindung der Größen- und Komplexitätsbeschränkungen bei der Verarbeitung von BMGs etabliert. Im Vergleich zu kristallinen Legierungen zeichnen sich BMGs durch eine außergewöhnlich hohe Elastizitätsgrenze von etwa 2 % in Kombination mit hoher Festigkeit und Härte aus. Ihr Eigenschaftsprofil macht sie zu potenziellen Kandidaten für die Substitution von Werkstoffen in hochbelasteten Anwendungen. Die kürzlich entdeckten schwefelhaltigen TiZrCuS-Legierungen bieten eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine fast doppelt so hohe Festigkeit wie Ti6Al4V. Ihre geringe kritische Gussdicke von etwa 1 mm liegt jedoch am Rande der Definition eines massiven metallischen Glases (1 mm oder mehr). Dies disqualifiziert herkömmliche Gussverfahren für diese Legierung als funktionelle Fertigungsmethode für ein breites Spektrum von Anwendungen. TiZrCuS-Legierungen weisen jedoch bei niedrigen Temperaturen eine beachtliche thermische Stabilität gegen Kristallisation im Bereich der unterkühlten Flüssigkeit auf. Dies macht das System robust gegen Kristallisation unter zyklischer thermischer Belastung, wie sie beim PBF-LB/M-Verfahren auftritt. Hohe Sauerstoffverunreinigungen und begrenzte Kenntnisse über die thermische Materialhistorie stellen jedoch eine Herausforderung für die amorphe Erstarrung während des PBF-LB/M-Prozesses dar. In diesem Zusammenhang zielt das Vorhaben darauf ab, die Laser-Material-Wechselwirkung während der PBF-LB/M-Verarbeitung von Ti60Zr15Cu17S8 zu untersuchen. Hierzu werden grundlegende Untersuchungen der thermischen Zyklen der transienten Laser-Material-Wechselwirkung mittels Hochgeschwindigkeitsbildgebung, Quotientenpyrometrie und FEM-Simulationen durchgeführt und im Hinblick auf die resultierenden thermodynamischen, strukturellen und technologischen Eigenschaften der hergestellten Proben analysiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen