Massivglasbildende metallische Legierungen als Konstruktionswerkstoff : Materialoptimierung und Technologieentwicklung zur Herstellung und Verarbeitung

Abstract

Die Materialklasse der Metallischen Massivgläser (MMG) sind amorphe metallische Werkstoffe, die in den Dimensionen >= 1 mm x 1 mm x 1 mm hergestellt werden können. Das Alleinstellungsmerkmal der MMG ist eine außergewöhnliche Kombination mechanischer Eigenschaften. Die zugleich hohe Festigkeit und Elastizität wird von keinem anderen Werkstoff dermaßen erreicht. In Verbindung mit den endformnahen Verarbeitungsmöglichkeiten, bekannt aus der Prozesstechnik der Thermoplaste, können MMG als Konstruktionswerkstoffe besondere Anforderungen erfüllen. Die Eigenschaften der MMG lassen sich optimal in komplexen Bauteilen in Dimensionen mehrerer Millimeter mit hohen Ansprüchen an die mechanische Belastbarkeit und/oder Elastizität nutzen. Stand der Technik für die Herstellung ähnlicher Bauteile ist bisher der Feinguss von Metallen. Der Druckguss massivglasbildender metallischer Schmelzen ist im Vergleich zum Feinguss prinzipiell mit weniger Aufwand verbunden und führt zu höherwertigen Gussteilen. Den Einsatz der MMG als Konstruktionswerkstoffe erschweren jedoch bislang die hohen Materialkosten, die Verfügbarkeit günstiger MMG-Legierungen mit ausreichender Glasbildungsfähigkeit und der Mangel an geeigneten Verarbeitungsanlagen. Die vorliegende Arbeit beschreibt die notwendigen Forschungsarbeiten und Innovationen zur Herstellung optimierter Halbzeuge und zur Formgebung von MMG-Artikeln im Druckgussverfahren im Hinblick auf eine ökonomische Serienfertigung.

The material class of bulk metallic glasses (BMG) are amorphous metallic materials which can be produced in dimensions of >= 1 mm x 1 mm x 1 mm. BMGs feature a unique combination of properties, being stronger than many metals and flexible as plastics at a time. Since they are also suitable for polymer-like net-shape processing, they are engineering materials of high potential. Particularly favorable for the use of BMGs are applications with complex geometries of several millimeters in size and with high demands on load capacity and/or elasticity. State of the art for production of case in point parts is the investment casting of metals. The herein presented die-casting of BMG forming alloys represents a superior alternative for investment casting in terms of material properties and processing efforts. However, BMG forming alloys are usually expensive, of limited availability and there is a lack of processing equipment. The following thesis shows necessary research work and innovations for the production of optimized feedstock and die-cast BMG parts with respect to economic mass production.