METHOD FOR PRODUCING A COMPONENT FROM MAX PHASES

Title:

METHOD FOR PRODUCING A COMPONENT FROM MAX PHASES

Document Type and Number:

WIPO Patent Application WO/2016/156082

Kind Code:

A1

Abstract:

For the first time, components can be produced from MAX-phases due to the use of an additive production method.

Inventors:

DEPKA TIMO (DE)
FLORES RENTERIA ARTURO (DE)
LAUX BRITTA (DE)
OTT MICHAEL (DE)
PIEGERT SEBASTIAN (DE)

Application Number:

PCT/EP2016/056100

Publication Date:

October 06, 2016

Filing Date:

March 21, 2016

Export Citation:

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Assignee:

SIEMENS AG (DE)

International Classes:

B22F3/105; C04B35/56; B28B1/00; B29C67/00; C04B35/653

Foreign References:

EP2589449A1

2013-05-08

Other References:

PASUMARTHI V ET AL: "Reaction synthesis of Ti3SiC2 phase in plasma sprayed coating", JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS, ELSEVIER SEQUOIA, LAUSANNE, CH, vol. 484, no. 1-2, 18 September 2009 (2009-09-18), pages 113 - 117, XP026586408, ISSN: 0925-8388, [retrieved on 20090423], DOI: 10.1016/J.JALLCOM.2009.04.079
"Tip-Reparatur Mittels Neuer Schaufelspitze Aus Einer MAX-Phasen-Keramik", PRIOR ART PUBLISHING, 2 September 2014 (2014-09-02), XP040638421, DOI: http://dx.doi.org/10.4421/PAPDEOTT003395

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Claims:

Patentansprüche

1. Verfahren

zur Herstellung eines Bauteils aus MAX-Phasen,

insbesondere aus Ti₃SiC₂ und/oder Cr₂AlC,

bei dem ein additives Herstellungsverfahren verwendet wird, bei dem Pulver schichtweise aufgetragen und verdichtet wird,

wobei die Korngrößen des Pulvers bei 10ym bis 60ym liegen, bei dem die Scangeschwindigkeit zwischen des Energiestrahls des Lasers oder Elektronenstrahls und Substrat mit Pulver zwischen 400mm/s und 2000mm/s liegt,

insbesondere bei 1000mm/s bis 1500mm/s,

bei dem die Leistung zwischen 80W und 250W beträgt,

insbesondere 100W bis 170W beträgt,

bei dem eine Spotgröße des Energiestrahls zwischen 30ym und 300ym liegt.

2. Verfahren nach Anspruchl,

bei dem das Pulver durch Gasverdüsung hergestellt worden ist .

3. Verfahren nach Anspruch 1,

bei dem das Pulver durch einen Mahlprozess hergestellt wurde .

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,

bei dem das Verfahren unter Schutzgasatmosphäre durchge^¬ führt wird.

Description:

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus MAX-Phasen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von MAX- Phasen mittels eines additiven Herstellungsverfahrens.

MAX-Phasen sind stöchiometrische Phasen, welche von den

Eigenschaften zwischen Metallen und Keramiken einzuordnen sind. Auf der einen Seite (metallisch) zeigen sie gute Wärme- leitfähigkeit und hohe Thermoschockresistenz , auf der anderen Seite (keramisch) eine außerordentliche Steifigkeit, Korrosi ^¬ onsresistenz, hohe Abriebfestigkeit sowie eine geringe

Dichte. Darüber hinaus weisen bestimmte MAX-Phasen selbst bei 1473K - 1573K noch signifikante Kriech- und Ermüdungsfestig- keit auf.

Diese Eigenschaften machen die MAX-Phasen für Hochtemperaturanwendungen wie in Gasturbinen interessant. So können Schaufelspitzen mit MAX-Phasen rekonditioniert und gepanzert wer- den. Die geringe Dichte und die Festigkeiten bei hohen Tempe ^¬ raturen lassen aber auch die Anwendung als Schaufelwerkstoffe sinnvoll erscheinen.

Bisherige Herstellrouten sind:

1. Synthetisieren über heißisostatisches Pressen der pulver- förmigen Grundbestandteile (Übergangsmetall + Element der Gruppe A + Kohlenstoff/Stickstoff) -> aus dem Festkörper wird dann spanend ein Werkstück erzeugt -> Limits in Größe und Form.

2. Dreischrittprozess der aus einem nach 1. hergestellten Pulver der korrekten stöchiometrischen Zusammensetzung: 3D Drucken eines Grünkörpers (MAX-Phase + Binder) + kaltisosta- tisches Pressen + Sintern -> noch komplexere Route, um das Pulver zu erzeugen + komplexe Dreischritttechnik, um die finale Formgebung zu gewährleisten. Die Formgebung der MAX-Phasen in Komponenten sowie die Herstellung ist aufwändig und umständlich. Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen .

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön ^¬ nen, um weitere Vorteile zu erzielen.

Es wird vorgeschlagen, die MAX-Phasen mittels Selective Laser Melting (SLM) endkonturnah oder in Endkontur herzustellen.

Dies kann über zweierlei Routen erfolgen: 1) mittels gemischter Pulver der Einzelkomponenten der MAX- Phase oder

2) mittels Pulver mit der richtigen Stöchiometrie der MAX- Phase .

Die Prozessdaten für den Herstellprozess mittels SLM Prozess lauten für die MAX-Phasen, speziell aber für Ti ₃SiC ₂ und Cr ₂AlC:

Korngröße des Pulvers liegt bei 10μη-60μιη, entweder gasver- düst oder gemahlen.

Als mögliches Prozessfenster wird vorgeschlagen:

Scangeschwindigkeit: 400 - 2000 mm/s, bevorzugt 1000 - 1500mm/s

Leistung: 80 - 250W, bevorzugt 100-170W

Spotgröße: 30 - 300μιη.

Insbesondere wird als Energiestrahl ein Laser verwendet. Die Verarbeitung der Legierung unter Schutzgas führt zu einem geringen Sauerstoff-Anteil in der Matrix.

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