Additive Fertigung von ausscheidungsfähigen niedriglegierten Kupferlegierungen mit Chrom und Hafnium

Abstract

Kupferlegierungen mit Chrom und Hafnium bieten die Möglichkeit der Ausscheidungshärtung und verbinden erhöhte Festigkeit mit hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeiten. Der Produktionsprozess, der bei den Rohstoffen beginnt, umfasst die Pulverherstellung durch Gasverdüsung und führt zur additiven Fertigung durch Laser-Pulverbettschmelzen mit verschiedenen Parametersätzen. Ziel ist es, die anschließenden Ausscheidungsreaktionen während der auslagernden Temperatureinwirkung zur weiteren Eigenschaftsoptimierung zu nutzen und additiv gefertigte Kupferbauteile mit hoher mechanischer Festigkeit sowie guter elektrischer, respektive thermischer, Leitfähigkeit herzustellen. Die Forschungsarbeit konzentriert sich auf die niedriglegierte Kupferlegierung CuHf0,7Cr0,35, vergleicht diese mit konventionell (Urformen durch Gießen und anschließende thermische und mechanische Behandlungsschritte) hergestellten Proben. Außerdem wird diese noch neuartige Legierung in Beziehung zu weiteren, additiv hergestellten, Proben anderer Referenzlegierungen wie CuCr1Zr gesetzt, um das Potential der Werkstoffe direkt zu vergleichen. Messungen der Härte und der elektrischen Leitfähigkeit werden von metallografischen Untersuchungen begleitet, um das Verhalten der additiv verarbeiteten CuHf0,7Cr0,35-Legierung zu verstehen. Im Ausgangszustand bleiben Schmelzspuren im Gefüge sichtbar, und es werden Härtewerte von 101 HV und eine elektrische Leitfähigkeit von 17,5 MS/m erreicht. Das Lösungsglühen rekristallisiert das Gefüge vollständig, und das anschließende Abschrecken hält weitere Legierungselemente im übersättigten Mischkristall, was zu 73 HV und 16,5 MS/m führt. Nachfolgende zielgerichtete Ausscheidungsreaktionen ermöglichen Spitzenwerte von etwa 190 HV und 42 MS/m. Zukünftige Forschungsarbeiten werden die mechanischen und physikalischen Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen untersuchen und mögliche Anwendungsmöglichkeiten bewerten.