Teilprojekt A03 Pulverformgebungsverfahren

Das Pressen und Sintern in der Pulvermetallurgie (PM) zeichnet sich unter anderen pulvermetallurgischen Prozessen (z. B. Metallpulverspritzgießen) durch eine hohe Produktivität bei präziser Herstellung von Serienbauteilen aus. Dabei ist oft keine oder nur geringe Nacharbeit erforderlich, was die hohe Marktrelevanz mitbegründet. Für Titanaluminide bietet die PM den Vorteil hoher chemischer Homogenität, allerdings lassen sich die gasverdüsten Pulver aufgrund von Partikelform und niedriger Duktilität nicht durch Matrizenpressen verarbeiten. Vor diesem Hintergrund verfolgt das Teilprojekt das Ziel, durch die Nutzung einer XHV-adäquaten Prozessatmosphäre, das Matrizenpressen und Sintern und damit eine Verarbeitungsroute für Titanaluminidpulver (TiAl) zu ermöglichen, welche über Kleinserien- und Laboranwendungen hinaus einsetzbar ist. Somit können die Vorteile des Pressens und Sinterns gegenüber den für Titanaluminide etablierten Verarbeitungsrouten heiß-isostatischen Pressen (HIP), Isothermschmieden oder feldaktives Sintern (englisch: Field-Assisted-Sintering - FAST) genutzt werden, um Anlagenkosten, Energieeinsatz und Verarbeitungszeit zu reduzieren.

In der ersten Förderperiode wurde die Verarbeitung von Titanaluminidpulver verschiedener Legierungen in pulvermetallurgischen Prozessen unter XHV-adäquater Atmosphäre untersucht. Eine zentrale Herausforderung war dabei, dass das Matrizenpressen der oxidierten Ausgangspulver unabhängig von der Atmosphäre nicht möglich war. Daher wurden Untersuchungen zur Beimischung unlegierter Pulver (Titan und Aluminium) zur Steigerung der Grünfestigkeit durchgeführt. Bei ausreichend hohem Verhältnis der unlegierten Pulvermischung zu vorlegiertem Titanaluminidpulver konnte auf diesem Weg eine ausreichend hohe Grünfestigkeit realisiert werden. Zur Herstellung von Grünlingen nur aus vorlegiertem Pulver bedarf es einer Modifikation der Pulver, um oxidfreie Oberflächenanteile zu erzeugen. Diese neuartige Modifikation gelang, alternativ zur Plasmadesoxidation der Pulver, durch das Mahlen der Pulver unter XHV-adäquater Atmosphäre. In der Folge konnte der Zusammenhalt der gepressten Grünlinge deutlich gesteigert werden, sodass eine erhebliche Zunahme der Vibrationsbeständigkeit der Grünlinge erreicht wurde und ein anschließendes Sintern durchführbar wurde. Durch eine gezielte Oxidation der freigewordenen Partikeloberflächen der gemahlenen Pulver an Umgebungsatmosphäre konnte die Steigerung des Partikelverbundes klar von Effekten durch Änderung der Partikelgröße und -form getrennt werden.

Zu diesem Zweck wird in der zweiten Förderperiode zunächst das Prozessverhalten von Titan-, Aluminium- und Titanaluminidpulver beim Mahlen unter XHV-adäquater Atmosphäre charakterisiert. Neben Partikelgrößenmessungen, XPS-Messungen, REM-Untersuchungen und Mikrohärtemessungen tragen Spaltzugversuche an Grünlingen aus den gemahlenen Pulvern zum Verständnis der Partikeldeformation und dem Aufbrechen der Oxidschichten bei. Dieses Verständnis dient der Erweiterung einschlägiger Modellen aus der Literatur auf diesen neuen Anwendungsfall und bildet so die Grundlage für die zentralen Arbeitspakete zum Sintern und Sinterschmieden von vorlegiertem Pulver und unlegierten Mischungen.