Eine neue Studie zum Kristallisationsprozess von additiv gefertigtem Finemet bietet einen praktikablen Weg zur Optimierung der Herstellung weichmagnetischer Komponenten aus metallischem Glas. Metallisches Glas, auch als amorphes Metall bekannt, steht aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und magnetischen Eigenschaften in vielen Bereichen im Fokus. Finemet-Legierungen sind für energiebezogene Anwendungen wie Transformatoren, Induktoren und Elektromotoren äußerst attraktiv. Die Herstellung von Massivkomponenten mit komplexen Geometrien bei gleichzeitiger Beibehaltung der gewünschten Struktur hat jedoch ihre breite Anwendung eingeschränkt.
Die Laser-Pulverbett-Fusion (LPBF) im Bereich der additiven Fertigung eröffnet neue Möglichkeiten gegenüber der traditionellen Herstellung. Die extremen thermischen Bedingungen des LPBF-Prozesses können jedoch leicht zur Kristallisation der Fe-Si-Mikrostruktur der Finemet-Legierung führen. Da Größe, Verteilung und Art der kristallinen Phasen die magnetische Effizienz, den elektrischen Widerstand und die mechanischen Eigenschaften des Materials bestimmen, ist die feine Steuerung der Nanokristallstruktur entscheidend für die Verbesserung der Leistung und Effizienz weicher Metalle.
Saumya Sadanand, Hauptautorin vom IMDEA Materials Institute, erklärt: „Das Verständnis der Kristallisationsmechanismen ist entscheidend für die Stabilität und Leistung von metallischem Glas und kann seine praktische Anwendbarkeit erweitern.“ Die Studie ist Teil des Horizon Europe AM2SoftMag-Projekts. Durch den Einsatz einer Doppel-Scan-Strategie und die Variation der Druckscangeschwindigkeit wurden die thermischen Bedingungen angepasst und deren Auswirkungen auf die endgültige Mikrostruktur analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die durch additive Fertigung gebildeten Mikrokristalle größer und ungleichmäßiger sind als bei herkömmlichen Methoden, mit Größen von einigen zehn bis mehreren hundert Nanometern. Dies ist auf die hochgradig lokalisierten und schwankenden thermischen Bedingungen während des additiven Fertigungsprozesses zurückzuführen. Experimente zeigen, dass die Kristallisation während des LPBF-Prozesses entweder durch die schnelle Erstarrung der Schmelzzone oder in der wärmebeeinflussten Zone durch nachfolgende Laserbestrahlung erfolgen kann.
Sadanand erklärt, dass bei der Herstellung von nanokristallin-amorphen Verbundwerkstoffen mittels LPBF die Parameterwahl darauf abzielen sollte, die Abkühlrate zu verringern. Dies fördert die Keimbildungsrate, unterdrückt die Bildung großer Körner und beschränkt die Nanokristallbildung auf die wärmebeeinflusste Zone. Die Forscher fanden auch heraus, dass die Erstarrung an den Grenzen der Schmelzzone zur Bildung einer kleinen Menge dendritischer Kristalle führt, deren Größe mit zunehmender Abkühlrate abnimmt. Sadanand fasst zusammen: „Diese Erkenntnisse unterstreichen den starken Einfluss von Temperaturgradienten und Abkühlkinetik auf die Keimbildungs- und Wachstumsmechanismen.“
Die Studie wurde von der Sustainable Metallurgy Research Group am IMDEA Materials Institute unter der Leitung von Prof. Teresa Pérez Prado durchgeführt, mit Beteiligung von Dr. Biaobiao Yang und Dr. Marcos Rodríguez Sánchez. Sie erfolgte in Zusammenarbeit mit der Universität des Saarlandes, der Universidad Rey Juan Carlos und der Technischen Universität Berlin.
Weitere Informationen: Autoren: S. Sadanand et al., Titel: „Crystallization during laser powder bed fusion of Finemet soft magnetic glass-forming alloy“, veröffentlicht in: Additive Manufacturing (2026).
