Massive metallische Gläser durch selektives Laserstrahlschmelzen

Durch komplexe Legierungssysteme ist es heute möglich, amorphe Metalllegierungen mit geringen kritischen Abkühlraten in relativ großen Dimensionen im Sauggussverfahren herzustellen. Diese sogenannten massiven metallischen Gläser (engl.: bulk metallic glasses, BMG) zeichnen sich durch hohe Druckfestigkeiten und elastische Verformbarkeit aus. Die Herstellung metallischer Gläser durch selektives Laserstrahlschmelzen ermöglicht eine enorme konstruktive Gestaltungsfreiheit und eröffnet zudem erstmalig die wichtige Perspektive, die Beschränkung der Dimensionen der massiven metallischen Gläser, die beim Kupferkokillenguss zwangsläufig durch die kritische Abkühlrate gegeben ist, zu überwinden. Durch ein anschließendes Strukturierungsverfahren können die Gebrauchseigenschaften metallischer Gläser entscheidend verbessert werden. In Zusammenarbeit mit dem Institut für komplexe Materialien (IKM) des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW) und dem Institut für Produktionstechnik (wbk) des Karlsruher Institutes für Technologie (KIT) wird der Einfluss der Prozessparameter bei der Herstellung und Mikrostrukturierung massiver metallischer Gläser auf ihre mechanischen Eigenschaften untersucht. Ziel ist die Ableitung detaillierter Prozess-Gefüge-Eigenschaftsbeziehungen. Darüber hinaus soll ein wirtschaftlicher Schnelltest validiert werden, mit dessen Hilfe kristalline Anteile im amorphen Gefüge nachgewiesen werden können. Im Rahmen des Projektes werden zwei amorphe Metalllegierungen untersucht: die Zirkonbasislegierung Vitreloy 105, mit einer hohen Glasbildungsfähigkeit, und eine Eisenbasislegierung, mit extrem hoher Druckfestigkeit und guten weichmagnetischen Eigenschaften. Die Mikrostrukturierung der Probenoberflächen erfolgt mittels Mikrofräsen, Mikrofunkenerodieren und Mikrolaserabtragen (siehe Abbildung). In einem weiteren Schritt werden die strukturierten Oberflächen zur Verfestigung und Verdichtung mittels Kugel- und Abrasivstrahlen bearbeitet. In einer umfassenden metallographischen Charakterisierung wird der Einfluss der verschiedenen Strukturierungsverfahren auf die oberflächennahe Gefügemorphologie untersucht. Anschließend erfolgt die Prüfung der mechanischen Eigenschaften unter quasistatischer Last und in Ermüdungsversuchen.  

Literatur:

[1] Schulze, V.; Hoppen, P.; Ruhs, C.; Weber, P.: Micro structuring of Zr-based bulk metallic glasses. Proceedings of the 9th international conference on Multi-Material Micro Manufacture, 4M Association, Wien 2012, S. 144-147

Projektpartner:

Institut für komplexe Materialien (IKM), Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW)

Institut für Produktionstechnik (wbk), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Daniel Grell