Untersuchung der Verarbeitbarkeit von Pulvermischungen im Laser Powder Bed Fusion

Aktuell werden im LPBF meist vorlegierte Pulver verwendet, welche ungeeignet für die Legierungsentwicklung sind. Ein neuer Ansatz ist, die Chemie mittels einer Pulvermischung zu generieren und anzupassen. In dieser Arbeit wird die Verarbeitbarkeit von Pulvermischungen im Vergleich zu vorlegiertem Pulver untersucht. Analysiert werden die Pulver vor und nach der Verarbeitung. Zudem wird die rel. Dichte, die Chemie innerhalb eines Schmelzbades und die mechanischen Eigenschaften untersucht.

In der Wissenschaft und Technik werden immer öfter Pulvermischungen für den LPBF-Prozess verwendet, da durch deren Verwendung die zeit- und kostenintensive Sonderverdüsung von Pulvern umgangen werden kann. Insbesondere werden Pulvermischungen dafür eingesetzt, neue Legierungssysteme hinsichtlich der erzielbaren Eigenschaften nach der Verarbeitung zu testen. Zudem weisen Pulvermischungen ein hohes Potential zur schnellen und flexiblen Anpassung der chemischen Zusammensetzung und zum Ausgleich prozessbedingter Verluste von Elementen auf und bieten die Möglichkeit, anwendungsbezogen die Eigenschaften in-situ anzupassen. Allerdings werden in der Literatur hinsichtlich der Verarbeitbarkeit und daraus resultierender Eigenschaften einige Herausforderungen aufgezeigt. Insbesondere werden Entmischungen der Elemente im Schmelzbad festgestellt, wofür bereits erste Lösungsansätze in der Literatur genannt werden. Untersuchungen in Bezug auf die grundlegenden Unterschiede bei der Verarbeitung von Pulvermischungen im Vergleich zu vorlegierten Pulvern sind nicht bekannt. Trotz der Herausforderungen und gerade wegen der aufgezeigten Potentiale wird in der vorliegenden Arbeit erstmals die Verarbeitbarkeit von Pulvermischungen im Vergleich zu vorlegierten Pulvern untersucht. Als Beispiellegierung wird der Hochmanganstahl X30Mn22 mit 57 Gew% Aluminium verwendet. Experimentell werden das Verhalten während der Verarbeitung, die Werkstoffchemie, die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften bei aus Pulvermischungen und vorlegiertem Pulver hergestellten Probekörpern untersucht und anschließend miteinander verglichen. Vorab wird eine ausführliche Pulveranalyse aller Pulver und Pulvermischungen gemacht, um die Ausgangschemie vor und nach der Verarbeitung zu bestimmen. Zudem werden Versuche zu Prozesseinflüssen, wie der Pulverbeschichtung und Schutzgasströmung durchgeführt. Hinsichtlich des Prozessverhaltens werden in Abhängigkeit von den Verfahrensparametern die rel. Dichte und das Schmelzbad vermessen. Im Anschluss wird die chemische Zusammensetzung nach der Verarbeitung betrachtet und verglichen. Darauf folgt der Vergleich der Mikrostruktur und der lokalen Verteilung der Elemente innerhalb der Probekörper. Abschließend werden die mechanischen Eigenschaften anhand von Zugversuchen ermittelt und miteinander verglichen.