Herstellung und Charakterisierung neuartiger Metallmatrix-Verbunde mit Verstärkungen aus NiNbSn Gläsern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Kay A. Weidenmann
• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 225918708

Kürzlich erschienene Studien haben gezeigt, dass metallische Gläser (MG) Potenzial für den Einsatz als Verstärkungsphase in Metallmatrixverbunden (MMC) besitzen. Die erfolgreiche Einbringung des MG in den MMC ist jedoch dadurch eingeschränkt, dass die Herstellungstemperatur für den Verbund niedriger als die Kristallisationstemperatur des MG sein muss. Das kürzlich entwickelte nickelbasierte MG Ni60Nb35Sn5 besitzt mit 943 K eine relativ hohe Kristallisationstemperatur bei gleichzeitig sehr guter Glasbildungsneigung und hoher Härte sowie Festigkeit. Die Kristallisationstemperatur ist damit deutlich höher als die Schmelztemperatur der eutektischen Aluminiumlegierung AlSi12, was eine schmelzmetallurgische Herstellung eines MMCs auf Basis von Ni60Nb35Sn5-Bändern in verschiedenen geometrischen Anordnungen, d.h. Verstärkungsarchitekturen, ermöglicht. Im Vergleich zu einer Stahlverstärkung bietet die Verstärkung mit Ni60Nb35Sn5 eine höhere Festigkeit und eine höhere ertragbare elastische Dehnung bei einer vergleichbaren Dichte. Soweit den Antragstellern bekannt, existieren keine veröffentlichten Daten über die Herstellung bzw. den Effekt von Herstellparametern auf die mechanischen Eigenschaften kontinuierlich mit Ni60Nb35Sn5 verstärkter Metallmatrix-Verbundwerkstoffe, obwohl diese interessante mechanische Eigenschaften besitzen dürfte. In diesem Projekt sollen Verbunde mit unterschiedlichen Verstärkungsarchitekturen hergestellt werden. Dabei sollen gezielt Prozessparameter variiert und die Verbunde mit Hilfe eingehender mechanischer und mikrostruktureller Charakterisierungsmethoden die Prozess-Gefüge-Eigenschafts-Beziehungen dieses neuartigen Verbundwerkstoffes untersucht werden. Die verwendeten Methoden umfassen dabei neben der 2D und 3D-Mikrostrukturanalyse, die Bestimmung der elastischen Eigenschaften mittels UPS, mechanische Tests mit (in-situ) und ohne (ex-situ) gleichzeitiger Analyse des Schädigungsverhaltens, die Bestimmung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten sowie die Auswirkung einer thermischen Belastung auf die Struktur und Eigenschaften des Verbundes. Letzterer Aspekt wird auch im Hinblick auf die Veränderung der Eigenspannungen und die interne Lastübertragung innerhalb des Verbundes untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Alexander Wanner