Keramikverstärkte Aluminiumwerkstoffe für das pulverbettbasierte selektive Laserschmelzen : Beschichtung, Werkstoff- und Oberflächeneigenschaften von Mikro-B4C- und Nano-TiC-verstärkten AlSi10Mg- Feedstocks, verarbeitet im PBF-LB-Prozess

In der europäischen Union (EU) sollen ab 2045 u. a. innovative gewichtsreduzierte Flugzeugtypen klimaneutral betrieben werden. Im Fokus der vorliegenden Arbeit steht die rissfreie Verarbeitung von neuen hochfesten Aluminium-Leichtbauwerkstoffen ohne das als kritisch von der EU eingestufte Element Scandium, die mittels pulverbettbasiertem selektiven Laserschmelzen (PBF-LB) verarbeitet werden können. Die Mischung von 6 µm B4C-Partikeln mit AlSi10Mg-Pulver ist dazu ein Ansatz. Eine neu entwickelte Breitbandultraschallanregung der Beschichtungsgeometrie ermöglicht Feedstocks mit bis zu 20 Vol% B4C und in Kombination mit einer TiC-Nanopartikel-beschichtung bis zu 25 Vol% B4C fehlerfrei aufzurakeln. ... mehrMit steigender Zugabe der B4C-Partikel nehmen die Eigenspannungen in der Matrix zu und sind ab 10 Vol% B4C höher als die Festigkeit der Matrix. Zusätzlich wird beobachtet, dass Konturprozessstellgrößen nicht angepasst werden müssen und sich die Rauheit um 50 % gegenüber reinem AlSi10Mg reduziert, ohne dass oberflächennahe Poren entstehen. Durch diese Arbeit sind Grundlagen geschaffen, Feedstocks zu mischen, im PBF-LB-Prozess aufzurakeln und aufzubauen. Eine Festigkeitssteigerung tritt nicht ein, weil die Schmelze im PBF-LB-Prozess erstarrt, bevor eine stoffschlüssige Reaktion stattfindet. Dem folgend ist die zukünftige Entwicklung eines heißisostatischen Pressprozesses notwendig, durch den eine stoffschlüssige Reaktion unterhalb der Schmelztemperatur von AlSi10Mg ausgelöst wird. T6-Wärmebehandlungen und Direktauslagern sind nicht geeignet.

In the European Union (EU), innovative lightweight aircraft designs are to be operated climate-neutrally starting from 2045. This work focuses on new high-strength aluminum lightweight materials that do not rely on scandium, an element classified as critical by the EU, and can be processed crack-free using powder bed-based selective laser melting (PBF-LB). One approach is to mix 6 µm B4C particles with AlSi10Mg powder. A newly developed broadband ultrasonic excitation of the coating geometry enables the defect-free raking of feedstocks containing up to 20 vol% B4C, and up to 25 vol% B4C when combined with a TiC nanoparticle coating. ... mehrWith increasing B4C particle addition, residual stresses in the material rise, exceeding the matrix strength at concentrations of 10 vol% B4C or more. Furthermore, it is observed that contour processing parameters do not require adjustment, and surface roughness is reduced by 50 % compared to pure AlSi10Mg, without the formation of near-surface pores. This work establishes the basis for mixing feedstocks, raking them in the PBF-LB process, and building components. However, no strength enhancement is achieved because the melt in the PBF-LB process solidifies before any metallurgical reaction takes place. Consequently, the further development of a hot isostatic pressing process is necessary to induce a metallurgical reaction below the melting temperature of AlSi10Mg. T6 heat treatment and direct ageing are unsuitable.