Materialien, die in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Automobile, medizinische Ausrüstung und Verteidigung verwendet werden, müssen extrem rauen Umgebungen standhalten. Kleine Materialfehler, also Risse, können zu katastrophalen Folgen und massiven wirtschaftlichen Schäden führen. Die meisten Materialien können jedoch solch hohen Temperaturen und Drücken nicht standhalten. In diesen Situationen sind Multimaterialien wie Functionally Graded Materials (FGMs), die verschiedene Materialien kombinieren, um eine verbesserte Leistung zu erzielen, ideal.
Multimaterialien werden normalerweise durch additive Fertigung (AM) hergestellt, bei der Schichten verschiedener Materialien übereinander aufgetragen werden. Risse und Poren an den Grenzschichten sind jedoch aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der Materialien üblich. FGMs versuchen, diese Risse zu reduzieren, indem sie einen „Gradienten“ zur Änderung der Zusammensetzung über das Volumen des Materials hinweg erzeugen. Jetzt haben Forscher der Korea Maritime and Ocean University einen Weg entwickelt, um ein Hochleistungs-FGM aus Inconel 718 und Edelstahl (STS) 316L zu synthetisieren und seine Defekte zu minimieren.
Laut Professor Do-Sik Shim, der die Studie leitete, „hat Inconel 718 ausgezeichnete Eigenschaften, aber es ist teuer. sondern auch seine wirtschaftliche Machbarkeit.“ Ihre Ergebnisse werden in der veröffentlicht Zeitschrift für Materialforschung und -technologie.
Für ihre Arbeit hat das Forschungsteam STS 316L auf Inconel 718 mit einer 3D-Drucktechnik namens „Directed Energy Deposition“ abgeschieden. Sie schufen drei Arten von FGMs, nicht abgestuft (NG), die eine direkt auf Inconel abgeschiedene STS-Schicht beinhalteten, abgestuft (10) und abgestuft (25), die Mischungsgradienten von 10 % bzw. 25 % aufwies. Sie fanden heraus, dass Grenzflächenrisse beim NG-Typ üblich waren, während Graded (10) und Graded (25) nur in bestimmten Regionen Risse aufwiesen, die auf den „Übergang von säulenartig zu gleichachsig“ (ein Übergang in der Mikrostruktur des FGM) und Ausfällung zurückzuführen waren , oder der Einschluss von Titan-, Aluminium- oder Chromverunreinigungen. Sie sahen außerdem, dass der Typ Graded (25) die höchste Zugfestigkeit und Dehnung aufwies.
Diese Ergebnisse zeigen, dass die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von FGM stark vom Gradientenverhältnis der Komponenten abhängen, wodurch das Potenzial geschaffen wird, minimale oder sogar keine Defekte in FGM zu erreichen. „Diese Ergebnisse werden zu Verbesserungen auf diesem Gebiet führen, wie beispielsweise reduzierte Kosten, verlängerte Lebensdauer von Komponenten in Geräten und verbesserte Funktionalität“, sagt Professor Shim. Zu den Zukunftsplänen des Forschungsteams gehört die Verwendung des neuen FGM zur Herstellung komplex geformter Teile mit AM-Technologien.
Seung Weon Yang et al, Defekt von funktional abgestuftem Material aus Inconel 718 und STS 316L, hergestellt durch gerichtete Energieabscheidung und seine Auswirkung auf mechanische Eigenschaften, Zeitschrift für Materialforschung und -technologie (2022). DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.01.029
Bereitgestellt von der National Korea Maritime and Ocean University