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Keramikverstärkte Aluminiumwerkstoffe für das pulverbettbasierte selektive Laserschmelzen

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Von:

Victor Lubkowitz

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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. Mit 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.