Zum Inhalt springen

U02 - Laserlegieren

U02 - Laser-Tieflegieren zur Einstellung fein abgestufter Legierungszustände

Im Teilprojekt U02 werden Mikroproben unterschiedlicher Legierungszusammensetzung erzeugt, auf deren Grundlage Einfärbungszustände generiert und Deskriptoren ermittelt werden sollen. Hierzu wird eine laserbasierte Methode entwickelt, die es ermöglicht, reproduzierbar Legierungen in feiner Abstufung der Zusammensetzung für Hochdurchsatzverfahren herzustellen. In einem ersten Prozessschritt werden Elementschichten auf dem Substratwerkstoff vordeponiert. Dies erfolgt in Form von Legierungselementlagen mittels selektiven Laserstrahlschmelzens (SLM) und in Form von Reinelementlagen, die durch elektrolytische Abscheidung aufgebracht werden. Das Erzeugen der Legierungen wird durch das laserbasierte Umschmelzen und Durchmischen der einzelnen Legierungselementlagen mit dem Substrat über einen scannergeführten Laser-Tieflegierprozess realisiert.

Ziel ist die Erzeugung homogener Legierungen definierter Zusammensetzung. Die Beherrschung des Tieflegierprozesses hinsichtlich der Einschweißtiefe und der Homogenität des Umschmelzbades ist hierfür unabdingbar. Durch eine auf der kurzkohärenten Interferometrie basierenden In-situ-Regelung der Einschweißtiefe soll die Möglichkeit geschaffen werden, ein definiertes Umschmelzvolumen einzustellen. Die Homogenität innerhalb eines Legierungszustandes soll mittels In-situ-Erfassung des Emissionsspektrums des prozessinduzierten Plasmas auf Basis der Annahme festgestellt werden, dass sich die charakteristischen Linien des Spektrums in einem festgelegten Bereich nicht mehr ändern, wenn eine gleichmäßige Durchmischung des Schmelzbades erreicht ist. Neben der Untersuchung des Einflusses verschiedener Modulationsstrategien des Laserstrahls auf die Homogenität des Umschmelzbades sollen auch Varianten der Prädeponierung der Elementlagen hinsichtlich ihrer Eignung zur anschließenden homogenen Durchmischung im Umschmelzvolumen untersucht werden. Eine weitere Herausforderung besteht darin, neben einer homogenen Durchmischung auch ein homogenes Gefüge der Proben gezielt einzustellen. Hierzu bedarf es neben dem Tieflegierprozess einer nachträglichen Wärmebehandlung mit kontrollierter Abkühlung. Mit Hilfe einer Emissionswert kompensierenden Quotienten-Pyrometerkamera  sollen Abkühltemperaturrampen eingestellt werden, indem die Oberflächentemperatur aufgezeichnet und ausgewertet wird. Neben den laserlegierten Proben werden auch sphärische Mikroproben aus dem Teilprojekt U01 einer Kurzzeitwärmebehandlung unterzogen und die Abhängigkeit zwischen eingestellten Parametern und resultierendem Gefüge untersucht.

Publikationen

Mittelstädt, C., Blanke, N., Czotscher, T., Freiße, H., Halisch, C., Schultz, V., Simic, A., Stephen, A., Tyralla, D., Vetter, K. Aktuelle Forschungsthemen zum Laserstrahleinsatz. Schweißen und Schneiden 70, 9 (2018) 650-657

Kämmler, J., Guba, N., Vetter, K., Vollertsen, F., Meyer, D. Material characterization by deep rolling of laser deep alloyed micro-samples. euspen's 18th international Confernce & Exhibition. 2018. Venice, Italy. [Link zum PDF] [Link zur Konferenz]

Konstantin Vetter, Hannes Freiße, Frank Vollertsen. High-throughput material development using selective laser melting and high power laser. 7.WGP-Jahreskongress, p. 511-518, Aachen, Germany, 2017 [Link zur Konferenz]

Konstantin Vetter, Sven Hohenäcker, Hannes Freiße, Frank Vollertsen. Use of additive manufacturing for high-throughput material development. Lasers in Manufacturing Conference 2017 (LiM), Munich, Germany, 2017 [Link zur Konferenz]

Konstantin Vetter, Hannes Freiße, Frederik Feuerhahn, Henry Köhler, Frank Vollertsen. Influence of scanning strategy on alloy generation. THE LASER USER, Issue 83, p. 32-33, 2017 [Link zum PDF]

Konstantin Vetter, Hannes Freiße, Frederik Feuerhahn, Frank Vollertsen. Einfluss der Scanstrategie bei der Erzeugung von Legierungsvarianten für Hochdurchsatz-Untersuchungen. LASER, Vol. 4, p. 32-34, 2016 [Link zum PDF]

Projektleitung


Prof. Dr.-Ing. Frank Vollertsen
info-mbsprotect me ?!biasprotect me ?!.de

 

Projektbearbeitung


Konstantin Vetter
vetterprotect me ?!biasprotect me ?!.de

Aktualisiert von: Claudia Sobich