de.wedoany.com-Bericht: Forscher des IMDEA Materials Institute haben kürzlich in der Zeitschrift Additive Manufacturing eine Studie veröffentlicht, die die Kristallisationsmechanismen von Finemet-Legierungen untersucht, die mittels Laser-Pulverbett-Schmelzen (LPBF) hergestellt wurden. Die Studie bietet neue Perspektiven zum Verständnis, wie Prozessparameter die Mikrostruktur von weichmagnetischen Bauteilen aus metallischen Gläsern beeinflussen. Die Ergebnisse wurden im Rahmen des Horizon Europe AM2SoftMag-Projekts erzielt.
Metallische Gläser (amorphe Metalle) stehen aufgrund ihrer Kombination aus mechanischer Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und magnetischen Eigenschaften im Fokus. Finemet-Legierungen haben dabei Anwendungspotenzial in energiebezogenen Bereichen wie Transformatoren, Induktoren und Motoren. Ein Engpass bei der Verbreitung solcher Materialien ist die Schwierigkeit, ihre amorphe oder nanokristalline Struktur bei der Herstellung großer Bauteile mit komplexer Geometrie aufrechtzuerhalten. Obwohl der LPBF-Prozess eine Alternative zu herkömmlichen Fertigungsverfahren bietet, können die extremen thermischen Bedingungen während des Prozesses die Kristallisation der Eisen-Silizium-Mikrostruktur in Finemet auslösen, was sich direkt auf die magnetische Effizienz, den spezifischen Widerstand und das mechanische Verhalten des Endbauteils auswirkt.
Das Forschungsteam wandte eine Doppel-Scan-Strategie mit variabler Scangeschwindigkeit an, um die thermischen Bedingungen während des Druckvorgangs zu steuern und deren Einfluss auf die Mikrostruktur zu analysieren. Die Studie ergab, dass die durch diesen Prozess gebildeten Mikrokristalle eine Größe von einigen zehn bis mehreren hundert Nanometern aufweisen – größer und ungleichmäßiger verteilt als diejenigen, die durch herkömmliches Tempern von schmelzgesponnenen Bändern entstehen. Die Kristallisation kann entweder während der schnellen Erstarrung der Schmelzzone unter bestimmten Abkühlbedingungen oder in der durch nachfolgende Laser-Scans gebildeten wärmebeeinflussten Zone auftreten. An den Grenzen der Schmelzzone wurden auch einige Dendriten beobachtet, deren Größe mit zunehmender Abkühlrate abnimmt.
Saumya Sadanand, Hauptforscherin am IMDEA Materials Institute, erklärte: „Diese Arbeit zeigt, dass zur Herstellung von nanokristallin-amorphen Verbundwerkstoffen mit komplexer Geometrie mittels LPBF, die für passive Motorkomponenten geeignet sind, die Parameterwahl darauf abzielen sollte, die Abkühlrate zu verringern. Dies hilft, die Keimbildungsrate zu erhöhen, das Wachstum großer Körner zu unterdrücken und die Bildung von Nanokristallen auf die wärmebeeinflusste Zone zu beschränken.“
Die Studie weist weiterhin darauf hin, dass Temperaturgradienten und Abkühlkinetik einen signifikanten Einfluss auf Keimbildungs- und Wachstumsmechanismen haben. Das Verständnis dieser Mechanismen ist entscheidend für die Gewährleistung der Stabilität und Leistungsfähigkeit metallischer Gläser und für die Erweiterung ihres praktischen Anwendungsspektrums. Diese Forschung wurde von der Sustainable Metallurgy Group des IMDEA Materials Institute unter der Leitung von Prof. Teresa Pérez Prado durchgeführt, mit Beteiligung der Universität des Saarlandes, der Universidad Rey Juan Carlos und der Technischen Universität Berlin.
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