Nanopartikel verbessern Festigkeit von Inconel Superlegierung für Additive Fertigung

Wissenschaftlern der Singapore A*STAR Institute für Fertigungstechnologien und Materialforschung ist es gelungen die physikalischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften von 3D-gedrucktem Inconel 625 zu verbessern.

Bei Inconel 625 handelt es sich um eine Superlegierung, die zu 55 bis 70% aus Nickel und anderen Materialien wie Chrom, Eisen, Molybdän, Niob und Tantal besteht, sowie Spuren weiterer Metalle enthält. Das Material kommt vorwiegend im industriellen Marinesektor zum Einsatz, da es über eine hohe Korrosionsbeständigkeit, Zugfestigkeit und Resistenz gegenüber chlorinduzierter Spannungsrisskorrosion verfügt.

Ein Forscherteam des Technologiezentrums A*STAR in Singapore hat Inconel 625 nun mit Nanopartikeln aus Titandiborid versetzt und so eine verbesserte Superlegierung für die laserbasierte Additive Fertigung geschaffen.

“Wir haben gezeigt, dass die Zugabe von Nanopartikeln zur Metallbasis eine effektive Methode ist um das Material anzupassen, speziell in Hinsicht auf verbesserte physikalische, thermische und mechanische Eigenschaften sowie höhere Resistenz gegenüber Abrieb und Korrosion,” erklärt Guijun Bi, Leiter des A*STAR Forschungsprojekts.

Bi und sein Team haben Inconel 625-Pulver und Titandiborid-Pulver aus Partikeln der Größe von 58 Nanometer gemischt und vermahlen. Das System, welches sie zum 3D-Druck des Pulver verwendet haben, besteht aus einem 6-Achsen-Roboter mit einer Pulverdüse und einem Hochleistungs-Faserlaser. Damit wurde ein rechteckiger Block mit einer Schichthöhe von einem Millimeter auf ein Kohlenstoffstahl-Substrat gedruckt.

Analysen und Tests des 3D-gedruckten Musterobjekts zeigten, dass sich die Nanopartikel hauptsächlich an den Rändern der Inconel-Pulverkörner angesiedelt hatten und so die Verbindung zwischen ihnen stärkten. Somit ergibt sich eine bedeutend höhere Festigkeit und Mikrohärte sowie Abriebfestigkeit.

“Wir hoffen diesen Ansatz weiterzuentwickeln und neue Verbundwerkstoffe verstärkt durch Nanopartikel für die Additive Fertigung zu erforschen,” fügt Bi abschließend hinzu.

Die Publikation zur Studie mit dem Titel “Microstructure and mechanical properties of Inconel 625/nano-TiB2 composite fabricated by LAAM” kann hier nachgelesen werden.