Maßgeschneiderte Magnesiumlegierung für das selektive Laserschmelzen: Werkstoffentwicklung und Prozessmodellierung

Die additive Fertigung, im speziellen das Laser-Pulverbettverfahren (PBF-LB), gewinnt in der Herstellung von Metallbauteilen eine immer größere Bedeutung. Aufgrund der hohen spezifischen Oberfläche spielt die Dicke der Oxidschicht und deren Eigenschaften im Vergleich zum Metall eine große Rolle. Magnesium (Mg) hat in Anbetracht seines sehr geringen Siedepunkts eine sehr stabile und hochschmelzende Oxidschicht. Diese kann daher nur durch sehr hohe Laserleistungen aufgebrochen werden, was zum einen zum Verdampfen des metallischen Magnesiums und zum anderen zum Herausstoßen einzelner Partikel aus dem Schmelzbad führen kann. Daher wird Mg im PBF-LB-Verfahren noch nicht verarbeitet.

Ziel des Projekts

Im Rahmen dieses Projektes soll diese Problematik unter anderem über die Mg-Legierung gelöst werden. Vorarbeiten haben gezeigt, dass Seltene Erden die Prozessierbarkeit von Mg verbessern. Diese sind in der Lage das Magnesiumoxid (MgO) zu reduzieren, wodurch eine Oxidschicht mit einem geringeren Schmelzpunkt entsteht. Das entstehende eutektische System der Oxide führt zu einer weiteren Reduktion des Schmelzpunktes. Welcher Legierungsgehalt optimal für den Prozess ist und wie sich dadurch die mechanischen Eigenschaften verhalten, ist ein Ziel der Untersuchungen in diesem Projekt. Weiterhin soll eine Reduktion der Oxidschichtdicke die Prozesseigenschaften verbessern, da hierdurch die Oxidschicht ebenfalls instabiler wird. Strontium (Sr) führt zu einer Reduktion der Oxidationsrate, ohne selbst MgO zu reduzieren. Daher wird angenommen, dass die Oxidschichtdicke reduziert wird, ohne dass eine stabile Schicht aus Strontiumoxid entsteht. Wie auch bei den Seltenen Erden wird bei der Zugabe von Sr darauf geachtet, dass zusätzlich zu den Oxidationseigenschaften auch die Festigkeit maximiert wird.