Forschung: SLM-Verfahren hat Potential zur Herstellung von metallischen Glas
Metallisches Glas ist Metall mit einer amorphen Atomanordnung, damit ist gemeint, dass die Atome ohne erkennbares Muster angeordnet sind. Ein Team der Universität für Wissenschaft und Technologie in Bejing hat es sich zur Aufgabe gemacht ein Verfahren zu finden um komplexe Formen herstellen zu können. Sie haben das Selektive-Laser-Melting Verfahren (SLM) als mögliche Alternative mit hohem Potenzial entdeckt.
Das Forschungsteam wollte Modelle herstellen die größer als ein Millimeter sind, da solche Größen immer noch schwer herzustellen sind. Traditionelle Verfahren wie Gießen oder Schmelzspinnen sind begrenzt in Form und Größe. Bereits 1960 wurde amorphes Metall entwickelt. Es ist härter und korrosionsbeständiger als Standardmetall, dafür fällt die Elastizität komplett weg.
Das Paper „Fabrication and characterization of Fe-based metallic glasses by Selective Laser Melting“ erschien in dem Journal “Optics & Laser Technology”:
Fe-based metallic glasses (MGs) can be potential structural materials owing to an exceptional combination of strength, corrosion and wear resistance properties. However, many traditional methods are difficult to fabricate Fe-based MGs with complex geometry. In this study, a new metallurgical processing technology, selective laser melting (SLM), was employed to fabricate Fe-Cr-Mo-W-Mn-C-Si-B metallic glasses. The microstructure, thermal stability and mechanical properties of the as-fabricate samples processing with different laser energy density have been investigated by X-Ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscopy (TEM), differential scanning calorimetry (DSC) and nano-hardness. Thanks to the high cooling rates of SLM, the crystalline phases in the gas-atomized powder almost completely disappeared and nearly fully amorphous structure parts were obtained after SLM processing. By choosing appropriate parameters, the size and quantity of the pores were reduced effectively and the relative density of the samples can reach values of over 96%. Although additional work is required to remove the residual porosity and avoid the formation of cracks during processing, the present results contribute to the development of Fe-based bulk metallic glasses parts with complex geometry via the SLM.“
Es besteht noch Verbesserungspotenzial
Durch Variation der Parameter wie Laserstärke und Einwirkdauer konnte 96% des Modells als ein amorphes Metall gedruckt werden. Bejing konnte durch Tests feststellen das sich immer wieder kristalline Strukturen im Metall bilden, was noch behoben werden muss. Durch die Bildung entstehen Mikroporen, welche das Metall schwächen. Grund dafür ist die zu geringe Abkühlrate des SLM-Verfahrens.
“Derzeit ist es eine große Herausforderung, mit den vorhandenen Technologien großflächige Glaslegierungen in anspruchsvollen Geometrien herzustellen. Die SLM-Technologie, welches das Pulver in kürzester Zeit zum Schmelzen bringt und dann das Schmelzbad, das schnell erstarrt, bietet neue Möglichkeiten für die Schaffung einer großen Geometriefreiheit metallischer Glaskomponenten “, erklärten die Forscher.
Durch verbessern des SLM Prozesses erhofft sich das Team einen Druck, der nahezu 100 prozentig aus metallischen Glass besteht ohne Einschlüsse von Glas im Material. Dadurch gibt es keine Einschränkungen mehr in Form und Größe.