Neues Forschungsprojekt am LWT
Am Lehrstuhl für Werkstofftechnologie (LWT) wurde in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Werkstoffkunde (LWK) unter der Leitung von Prof. Mirko Schaper an der Universität Paderborn ein neues Forschungsprojekt gestartet. Dieses Projekt konzentriert sich auf die Untersuchung der Zeitfestigkeit von PVD-beschichteten Stählen, die additiv verarbeitet wurden.
Additive Fertigungsverfahren wie das Laserstrahlschmelzen (engl. laser powder bed fusion, kurz L‑PBF) haben sich als Schlüsseltechnologie für die Herstellung von Prototypen und Funktionsteilen etabliert. Diese Verfahren bieten einzigartige Designfreiheiten für metallische Komponenten und ermöglichen eine hohe Kosteneffizienz in der Fertigung. Allerdings gibt es prozessbedingte Einschränkungen, wie geringe Oberflächenqualität, Restporosität und hohe Zugeigenspannungen, die das Ermüdungsverhalten und die Beschichtbarkeit der Bauteile beeinträchtigen können.
Das Vorgängerprojekt hat gezeigt, dass die Beschichtung von L-PBF-gefertigten Stahlsubstraten mit PVD-abgeschiedenen CrAlN-Dünnschichten die Kurzzeitfestigkeit verbessern kann. Allerdings ist der Einfluss der Oberflächenintegrität des additiv verarbeiteten Stahls auf die Schichthaftung und die resultierenden Schichteigenschaften sowie das Ermüdungsverhalten der PVD-beschichteten Bauteile noch unzureichend erforscht.
Das neue Folgeprojekt verfolgt daher das Ziel, die Auswirkungen der Randzonenmodifikation auf die Eigenschaften von L-PBF-gefertigten Stahlsubstraten zu untersuchen. Dazu werden der austenitische Stahl 316L und der Vergütungsstahl 36NiCrMo16 verschiedenen Vorbehandlungsschritten, wie etwa dem Polieren, Plasmanitrieren und Spannungsarmglühen, unterzogen. Die resultierenden mikrostrukturellen und mechanischen Eigenschaften des Stahlsubstrats werden umfassend analysiert, um den Einfluss der Oberflächenintegrität des Substrats auf die Haftung und die Eigenschaften der CrAlN-Dünnschichten zu bestimmen. Darüber hinaus wird das Ermüdungsverhalten der PVD-beschichteten L-PBF-Stahlsubstrate im Bereich der Zeitfestigkeit (engl. high cycle fatigue, kurz HCF) evaluiert.
Die Ergebnisse des Projekts werden wichtige Erkenntnisse für die Weiterentwicklung der additiven Fertigung von Stählen und deren PVD-Beschichtbarkeit liefern. Dies eröffnet neue Einsatzmöglichkeiten für additiv gefertigte Stähle, deren Oberflächeneigenschaften durch PVD-Beschichtungen weiter verbessert werden können.
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