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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Laser-Pulver-Auftragschweißen als Syntheseverfahren für Hochentropielegierungen

Donnerstag (19.09.2019)
17:30 - 18:00 Uhr Petersburg

Hochentropie-Legierungen (HEA) sind Materialien, die im Hinblick auf ihr mechanisches Verhalten außergewöhnliche Eigenschaften besitzen. Je nach Legierungssystem sind einzigartige Hochtemperatureigenschaften wie ausgezeichnete spezifische Festigkeit, überlegene Korrosionsbeständigkeit, außergewöhnliche Duktilität und Bruchzähigkeit erreichbar. Wegen der daraus resultierenden technologischen Anwendungspotenziale (Luft- und Raumfahrt) sind sie derzeit Gegenstand internationaler Forschungsaktivitäten.

HEA-Werkstoffe sind insbesondere aufgrund ihrer hohen Anzahl und Menge von Bestandteilen (< 5) kostspielig und schwer auf dem Markt erhältlich. Die Erzeugung definierter HEA-Beschichtungen ist technologisch anspruchsvoll. Der vorliegende Beitrag untersucht die Anwendung des Laserpulverauftragschweißens (LPA) zur Generierung von HEA-Schichten mit vorlegiertem sowie Elementarpulvern, die direkt im Prozess gemischt werden. Durch letztere Herangehensweise ist es möglich direkt im LPA-Prozess HEA-Legierungen herzustellen.

In der aktuellen Arbeit wurde ein koaxiales LPA-Verfahren angewendet (4 kW Diodenlaser, 1 µm Faser, COAXpowerline-Düse). In der Ringdüse wurden gleichzeitig Ein- und Zweikomponentenpulver während des Prozesses erfolgreich gemischt, aufgeschmolzen und auf verschweißt. Die Schichten wurden sowohl strukturell (Metallographie, REM, EDX, EBSD) als auch hinsichtlich ihrer Eigenschaften (Mikrohärte, Verschleißprüfung) vergleichend analysiert.

Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass die Beschichtungen eine hohe chemische und strukturelle Homogenität aufweisen. Gewünschte Schichteigenschaften können über die Art und Menge der jeweiligen Elemente eingestellt werden. So wurde z.B. im AlxCoCrFeNi-System mit steigendem Al-Gehalt ein Wechsel von einer vollständig kfz- zu einer vollständig krz-Gitterstruktur bewirkt. Dadurch ließ sich die Schichthärte von 200 HV bis auf 700 HV steigern. Die Härtesteigerung geht einher mit einer deutlich Verbesserung der Abrasivverschleißbeständigkeit.

Das Verfahren des LPA erlaubt es HEA mit der gewünschten Materialzusammensetzungen direkt im Prozess des Beschichtens kostengünstig und mit dem gewünschten Eigenschaftsprofil zu synthetisieren. Der in-situ Legierungsprozess der Elementpulver gewährleistet dabei eine ähnlich gute chemische und strukturelle Homogenität wie bei der Verwendung vorlegierter HEA-Pulver erlaubt aber eine deutlich höhere Flexibilität hinsichtlich der Legierungsentwicklung und -optimierung.

Sprecher/Referent:
Dr.-Ing. Liliana Kotte
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Jörg Kaspar
    Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
  • Martin Kuczyk
    Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
  • Prof. Steffen Nowotny
    Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
  • Prof. Christoph Leyens
    Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS