3D-gedruckte Legierungen bieten verbesserte Festigkeit und Duktilität

Forschende der University of Massachusetts Amherst haben laserbasiertes 3D-Druck eingesetzt, um hochentrope Legierungen (HEAs) zu formen, die stärker und viel dehnbarer sind. Sie nutzten Neutronen- und Röntgenstreuung sowie Elektronenmikroskopie, um die Mechanismen dieser Leistungsverbesserungen besser zu verstehen.

Sie nutzten Neutronen- und Röntgenstreuung sowie Elektronenmikroskopie, um die Mechanismen dieser Leistungsverbesserungen zu untersuchen. Die laserbasierte AM-Technik führte zur Bildung von Nanometer-dicken Nano-Lamellen, die hohe Festigkeit bieten, während ihre Kanten eine gewisse Duktilität ermöglichen. Die Legierungen bestanden aus wechselnden Schichten von kubisch-flächenzentrierten und kubisch-raumzentrierten Kristallstrukturen. Die neu entwickelten HEAs zeigten außergewöhnlich hohe Streckgrenzen von etwa 1,3 Gigapascal und eine Dehnung von etwa 14%, was über den Werten anderer AM-Metalllegierungen liegt.

Diese Entwicklung könnte die Herstellung langlebiger, zuverlässiger und bruchresistenter HEA-Teile für die Industrie revolutionieren. Solche Legierungen könnten beispielsweise in der Produktion sichererer und treibstoffeffizienterer Fahrzeuge, stärkerer Produkte und langlebiger Maschinen zum Einsatz kommen. Darüber hinaus ist die laserbasierte AM, bei der Laser Pulverlegierungen zu festen Metallformen verschmelzen, hochgradig energieeffizient und somit attraktiv für die Produktion neuer HEA-Typen.

Die Untersuchung der mechanischen Lastverteilung im Inneren der HEA-Proben unter Belastung erfolgte am Spallation Neutron Source des Department of Energy (DOE) im Oak Ridge National Laboratory (ORNL). Detaillierte 3D-Bilder der Zusammensetzung und Mikrostrukturen wurden am Center for Nanophase Materials Sciences, ebenfalls ein DOE-User-Facility im ORNL, mit einem Atomsondentomographen aufgenommen. Phasenstudien verschiedener Proben erfolgten mittels Röntgendiffraktion am Advanced Photon Source, einem weiteren DOE-User-Facility im Argonne National Laboratory. Die Forschung wurde unterstützt von der National Science Foundation, der University of Massachusetts Amherst und dem Laboratory Directed Research and Development-Programm am Lawrence Livermore National Laboratory.

Die neuen Erkenntnisse in der Herstellung von Hochentropie-Legierungen mittels 3D-Druck öffnen neue Möglichkeiten für die Materialwissenschaft und additive Fertigung. Diese technologische Innovation verspricht nicht nur eine Verbesserung bestehender Produkte und Verfahren, sondern auch die Erschließung neuer Anwendungsbereiche für hochfeste und zugleich formbare Materialien.