Gefügedesign von Pseudolegierungen auf Kupferbasis durch Powder-Bed-Fusion und selektiven Pulverauftrag

• Antragsteller: Dr.-Ing. Zongwen Fu
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569149068

Pseudolegierungen sind eine besondere Klasse von Metall-Metall-Verbundwerkstoffen aus verschiedenen Komponenten, die im festen Zustand nicht ineinander löslich sind. In Pseudolegierungen führen unterschiedliche Anteile, Größen und Morphologien der dispergierten Phasen zu einzigartigen mechanischen und physikalischen Eigenschaften. Zur Herstellung von Pseudolegierungen mit nanoskaligen dispersen Phasen werden die metallischen Bestandteile, die in flüssiger Form bei hohen Temperaturen mischbar, im festen Zustand bei tiefen Temperaturen jedoch nicht mischbar sind, gemeinsam aufgeschmolzen und abgeschreckt, so dass das Schmelzgemisch tief in die Mischungslücke unterkühlt wird, was zu einer binodalen oder spinodalen Entmischung und unterschiedlichen Gefügemorphologien führt. Bei Pseudolegierungen spielen die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials und die Abkühlgeschwindigkeit nach dem Aufschmelzen eine sehr wichtige Rolle für den Entmischungstyp und die resultierenden Gefügemorphologien. Die additive Fertigung auf Basis von Powder-Bed-Fusion (PBF) mittels Laser oder Elektronenstrahl, die gleichzeitig extrem hohe lokale Verarbeitungstemperaturen und Abschreckgeschwindigkeiten erlaubt, ist prädestiniert für die Erzeugung und Anpassung der gewünschten feinkörnigen Mikrostruktur von Pseudolegierungen. Darüber hinaus ermöglicht die neu entwickelte selektive Pulverauftragsmethode für PBF die Kontrolle der chemischen Zusammensetzung in jeder einzelnen Schicht während des additiven Fertigungsprozesses. Basierend auf dem Ansatz des selektiven Pulverauftrags in Kombination mit angepassten Scanstrategien ist ein maßgeschneidertes lokales Gefügedesign mit tropfenförmigen oder interpenetrierenden Morphologien unter gleichzeitiger Berücksichtigung des Einflusses der Ausgangszusammensetzung und der Abkühlgeschwindigkeit zu erwarten. Zusätzlich bietet die selektive Pulverauftragsmethode die Möglichkeit, Gradientenwerkstoffe mit gezielten Gefügeeigenschaften herzustellen, die einzigartige physikalische und mechanische Eigenschaften aufweisen. Ziel des Forschungsvorhabens ist ein grundlegendes Verständnis der Korrelation zwischen dem Temperaturverlauf während des additiven Fertigungsprozesses, den Entmischungsmechanismen und den resultierenden Gefügeeigenschaften zu erzielen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Bilal Gökce