Forscher verstärken Inconel 718 mit Nanocarbiden

7. Juni 2023

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Forscher des Massachusetts Institute for Technology (MIT), USA, und der Technischen Universität Istanbul, Türkei, haben über eine angeblich relativ einfache und kostengünstige Möglichkeit berichtet, Metallpulver durch die Zugabe von keramischen Nanodrähten zu verstärken. Der Artikel „Strengthening additiv hergestelltes Inconel 718 durch In-situ-Formation von Nanocarbiden und Siliziden“ wurde in Band 76 von Additive Manufacturing veröffentlicht.

„Es besteht immer ein erheblicher Bedarf an der Entwicklung leistungsfähigerer Materialien für extreme Umgebungen. Wir glauben, dass diese Methode großes Potenzial für andere Materialien in der Zukunft hat“, erklärte Ju Li, Professor für Nukleartechnik bei der Battelle Energy Alliance und Professor an der Universität Abteilung für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (DMSE) des MIT.

Der Ansatz des Teams beginnt mit Inconel 718, einer beliebten Superlegierung. Die Forscher mahlten kommerzielle Inconel 718-Pulver mit einer kleinen Anzahl keramischer Nanodrähte, was zu einer „homogenen Dekoration von Nanokeramik auf den Oberflächen von Inconel-Partikeln“ führte. Das resultierende Pulver wurde dann zur Herstellung von Teilen mittels Laser Beam Powder Bed Fusion (PBF-LB) Additive Manufacturing verwendet.

Die Forscher berichteten, dass Teile, die mit ihrem neuen maschinenunabhängigen Pulver additiv hergestellt wurden, deutlich weniger Porosität und weniger Risse aufweisen als Teile, die nur aus Inconel 718 hergestellt wurden. Und das wiederum führt zu stärkeren Teilen, die darüber hinaus noch eine Reihe weiterer Vorteile mit sich bringen, etwa Duktilität und Beständigkeit gegen Strahlung und Hochtemperaturbelastung.

Xu Song, ein Assistenzprofessor an der Chinesischen Universität Hongkong, der nicht an der Arbeit beteiligt war, kommentierte: „In diesem Artikel schlagen die Autoren eine neue Methode zum Drucken von Metallmatrix-Verbundwerkstoffen aus Inconel 718 vor, die durch [keramische] Nanodrähte verstärkt sind.“ Die durch den Laserschmelzprozess induzierte In-situ-Auflösung der Keramik hat die thermische Beständigkeit und Festigkeit von Inconel 718 verbessert. Darüber hinaus haben die In-situ-Verstärkungen die Korngröße reduziert und Fehler beseitigt. Zukünftiger 3D-Druck von Metalllegierungen, einschließlich der Modifikation für hochreflektierendes Kupfer und der Bruchunterdrückung für Superlegierungen, können eindeutig von dieser Technik profitieren.“

Li erklärte, dass die Arbeit „einen riesigen neuen Raum für das Legierungsdesign eröffnen könnte“, da die Abkühlgeschwindigkeit von ultradünnen additiv gefertigten Schichten aus Metalllegierungen viel schneller ist als die Geschwindigkeit von Massenteilen, die mit herkömmlichen Schmelzerstarrungsprozessen hergestellt werden. Infolgedessen „scheinen viele der Regeln zur chemischen Zusammensetzung, die für Massenguss gelten, für diese Art des 3D-Drucks nicht zu gelten. Wir haben also einen viel größeren Kompositionsraum, den wir für das Grundmetall mit Keramikzusätzen erkunden können.“

Emre Tekoğlu, einer der Hauptautoren des Artikels zur additiven Fertigung, fügte hinzu: „Diese Zusammensetzung war eine der ersten, für die wir uns entschieden haben, daher war es sehr aufregend, diese Ergebnisse im wirklichen Leben zu erhalten. Es gibt noch viel Forschungsraum.“ Wir werden weiterhin neue Inconel-Verbundformulierungen erforschen, um am Ende Materialien zu entwickeln, die extremeren Umgebungen standhalten können.“

Alexander O'Brien, ein weiterer Hauptautor, kam zu dem Schluss: „Die Präzision und Skalierbarkeit, die der 3D-Druck mit sich bringt, hat eine Welt voller neuer Möglichkeiten für das Materialdesign eröffnet. Unsere Ergebnisse hier sind ein aufregender erster Schritt in einem Prozess, der sicherlich von großer Bedeutung sein wird.“ Auswirkungen auf das Design der Kernenergie, der Luft- und Raumfahrt sowie der gesamten Energieerzeugung in der Zukunft.“

„Verstärkung von additiv gefertigtem Inconel 718 durch In-situ-Bildung von Nanokarbiden und Siliziden“ finden Sie hier.

www.mit.edu

www.mme.itu.edu.tr

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