Oberflächenveredelung additiv gefertigter Bauteile: Verbesserung der mechanischen Eigenschaften sowie des Oxidationsverhaltens

Die additive Fertigung metallischer Bauteile weckt zunehmend das Interesse von Industrie und Forschung. Zu den vielfältigen Fertigungsmethoden gehört auch das sog. selektive Laserschmelzen (SLM), bei dem der Aufbau der Bauteile schichtartig in einem Pulverbett erfolgt, wobei in jeder Schicht metallisches Pulver über die Bauplatte gerakelt und mittels einer Laserquelle aufgeschmolzen wird. Zwar können sich die additiv gefertigten Bauteile durch komplexe Geometrien auszeichnen, gleichzeitig sind jedoch häufig hohe Oberflächenrauheiten sowie Restporositäten zu beobachten. Beide Faktoren können einen negativen Einfluss auf das Oxidationsverhalten sowie vor allem auf die mechanischen Eigenschaften der jeweiligen Bauteile haben.

Das vorliegende AiF-Projekt zwischen dem DECHEMA-Forschungsinstitut und der Neue Materialien Bayreuth GmbH setzt sich somit zum Ziel, die Oberfläche SLM-gefertigter, metallischer Proben mittels der sog. Packzementierung, einem klassischen Vertreter der chemischen Gasphasenabscheidung, zu veredeln. Grundsätzlich wird durch die sich bei hohen Temperaturen ausbildende Al- und/oder Cr-reiche Schutzschicht angestrebt, oberflächennahe Proben zu schließen (Porenschluss) sowie die ausgeprägte Oberflächenrauheit zu minimieren. Die Untersuchungen werden hierbei an Fe- und Ni-Basiswerkstoffen (z.B. Alloy 800H, Alloy 625 etc.) mit hohen Cr-Gehalten durchgeführt, die primär Anwendung bei hohen Temperaturen in der chemischen Industrie finden. Neben ersten Grundlagenuntersuchungen zur Abscheidefähigkeit von Packschichten auf SLM-Bauteilen wird die verbesserte Oxidationsresistenz im Zuge von thermozyklischen bzw. isothermen Auslagerungen untersucht. Hierbei erfolgt ein direkter Vergleich zwischen beschichteten und unbeschichteten SLM-Proben sowie zusätzlich zu konventionell gefertigten Bauteilen, die als Referenz angesehen werden. Weiterhin werden Zug- und Ermüdungsversuche durchgeführt, um den Einfluss der Beschichtungen auf die mechanischen Eigenschaften näher zu untersuchen.

Das IGF-Vorhaben Nr. 21431 der Forschungsvereinigung DECHEMA e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.