Karbid-Additivierung von Warmarbeitsstahlpulver durch ein optimiertes Satelliting-Verfahren mit Pektinbinder

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christoph Broeckmann; Professor Dr. Andrij Pich
• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539485538

Das sog. "Satelliting" wurde in der Vergangenheit für einige exemplarische Werkstoffe vorgestellt. Das Satelliting erlaubt die Verarbeitung von Mehrkomponenten-Materialien, die ansonsten bei der additiven Fertigung zu Entmischung neigen. Dabei werden kleine Partikel mittels Polymerbindern an größere Partikel gebunden. Die Machbarkeit der Verwendung von Polysacharid Pektin als Bindemittel anstelle des synthetischen Polymers PVA im Satelliting-Verfahren für die PBF-LB/M-Verarbeitung von Werkzeugstahl wurde im Vorgängerprojekt nachgewiesen. Die Ergebnisse zeigen eine verbesserte chemische Homogenität bei Verwendung der Satelliting-Methode mit einer Bindemittelmenge von 2 %. Das resultierende Legierungsgefüge zeigte nach der Wärmebehandlung ein vielversprechendes martensitisches Gefüge. Zu den offenen Fragen gehören jedoch das Potenzial verschiedener Pektinarten für verbesserte Eigenschaften, die Verringerung der Kohlenstoffaufnahme aus dem Bindemittel und der Einfluss der Legierungszusammensetzung sowie der Verarbeitung auf das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften. Das Projekt hat zwei Hauptziele: Das erste Ziel besteht darin, zu untersuchen, wie die chemische Struktur und das Molekulargewicht verschiedener Pektine ihre Bindungswirkung an verschiedene Oberflächen beeinflussen. Außerdem soll das am besten geeignete Trocknungsverfahren für Pulverpartikel mit adhäsiven Polymeren ermittelt werden. Sowohl die Sprühtrocknung als auch das Wirbelschichtverfahren werden anhand der ausgewählten Pektine bewertet. Das zweite Hauptziel ist es, zu verstehen, wie sich der optimierte Satelliting-Prozess auf die mechanischen Eigenschaften der mit PBF-LB/M verarbeiteten Legierungen auswirkt. Die Studie zielt darauf ab, die Kohlenstoffaufnahme mit dem Bindemittelgehalt, den verschobenen Martensitumwandlungstemperaturen und den Legierungseigenschaften zu verknüpfen. Um ein umfassendes Verständnis des Satelliting-Prozesses zu erlangen, ist ein direkter Vergleich mit vorlegierten, zerstäubten Werkzeugstählen derselben Zusammensetzung geplant, um den Einfluss des Binders auf die verarbeiteten Werkstoffe zu bewerten. Zusätzlich wird ein konventionell verarbeiteter Werkzeugstahl als zweite Referenz charakterisiert. Die statische Biegefestigkeit und Ermüdungsbeständigkeit von Referenzwerkstoffen und der additivierten Legierung werden charakterisiert. Diese Analyse wird Aufschluss über die mechanischen Eigenschaften, die Ermüdungsmechanismen und die Rissentstehung geben. Mit diesem umfassenden Ansatz zielt das Projekt darauf ab, die Effektivität des Satellitings zu verbessern, vom Verständnis der Oberflächenbindung über die Verbesserung der Verarbeitbarkeit bis hin zur Bewertung der resultierenden mechanischen Eigenschaften.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen