Ausfälle von kritischer Infrastruktur durch Spannungsrisskorrosion führen zu einem erheblichen volkswirtschaftlichen Schaden. Durch das zeitverzögerte, spontane und kaum vorhersagbare Versagen (verzögerter Bruch, Sprödbruchgefahr) besteht hier akute Gefahr für Leib und Leben. Das Zusammenwirken von hohen statischen Zugmittelspannungen (statische Vorspannung), einem korrosiv wirksamen Elektrolyten (Medium) und einem anfälligen, harten bzw. martensitischen Gefüge (Material) ist aber nicht nur auf Spannbetonbrücken, wie zuletzt medienwirksam bei der Carolabrücke über die Elbe in Dresden oder der Ringbrücke am Damaschkeplatz in Magdeburg diskutiert, beschränkt. Auch aktuelle Bauteile aus hochfesten Sinterstählen werden z.T. unter einem ähnlichen Regime beansprucht. Hohe statische Zugmittelspannungen können sich konstruktiv als Folge von Press- oder Schraubverbänden oder auch als Eigenspannungen aus der Prozessierung einstellen. Vergütete (klassisch vergütete, schroffgekühlte, einsatzgehärtete usw.) Gefügezustände mit Zugfestigkeiten von etwa Rm > 800 MPa reagieren dabei mitunter extrem auf das Einwirken des entsprechenden – leider nicht immer identifizierbaren bzw. vermeidbaren – Elektrolyten. In-situ bei der Korrosion gebildeter atomarer Wasserstoff führt über den HEDE-, HELP- bzw. AIDE-Mechanismus zu einer Form der Wasserstoffversprödung, die den Werkstoff weit unterhalb der klassischen Zugfestigkeit Rm versagen lässt. Neben der Gefährdung von aktuellen Bauteilen aus hochfesten Sinterstählen muss an dieser Stelle auch in die Zukunft antizipiert werden. Wir wissen nicht genau, welche neuen Bauteile und Herausforderungen (z.B. der Ammoniak- und Wasserstoffwirtschaft) im Zuge der Erzeugung erneuerbarer Energien und der Dekarbonisierung der Industrie-prozesse auf die PM-Branche zukommen werden. Daher ist die Aneignung eines Grund-lagenwissens zur Spannungsrisskorrosion und deren Ursachen, Bewertung und Vermeidung erstrebenswert. Mögliche Vermeidungsstrategien müssen bei mindestens einem der drei Faktoren (statische Vorspannung, Medium und Material)  ansetzen. In der vorliegenden Abhandlung werden daher potentielle, als wirksam betrachtete Nachfolgeprozesse wie Lackieren, Dampfblauen und Ölinfiltrieren, Ölinfiltrieren und Kugelstrahlen, Zinkthermodiffusions-behandeln und Passivieren usw. auf ihre Wirksamkeit hin untersucht. Die Einflüsse der Dichte und der Mikrostruktur werden ebenfalls mit in die Betrachtungen einbezogen. Ergänzend werden die Ergebnisse mit fraktographischen und messtechnischen Befunden zum Bruchverlauf und zur Wasserstoffkonzentration korreliert und diskutiert.

Grüner Wasserstoff ist eine nachhaltige Lösung, um Wärmebehandlungsprozesse in der PM-Industrie nachhaltiger zu gestalten. Wasserstoff wird bzw. kann in Wärmebehandlungsanlagen als Brenngas zur Ofenbeheizung, als Ofenatmosphäre oder in der thermischen Nachverbrennung (TNV) als Wärmequelle eingesetzt werden. Hierdurch kann der Einsatz von umweltschädlichem Erdgas (Methan) reduziert oder ganz substituiert werden. Zudem verbrennt Wasserstoff ohne CO₂-Freisetzung. Neben dem Einsatz von Wasserstoff ist die dynamische Überwachung der Ofenatmosphäre und der damit einhergehenden CO₂-Emission entscheidend für die Optimierung und die nachhaltige Gestaltung von Wärmebehandlungsprozessen. Der Vortrag gibt einen Überblick über aktuelle Aktivitäten innerhalb der BleiStahl Gruppe zu diesen Themen. Der Fokus liegt hierbei auf dem Einsatz von Wasserstoff als Brenngas in der TNV, der dynamischen Prozessdatenerfassung und der Auswertung der Daten mittels moderner KI-Methoden.

Laser in der Produktion werden immer leistungsfähiger und brillanter, jedoch sind für die aktuell geforderten Bearbeitungsaufgaben die verfügbaren Materialien oftmals vollkommen unzulänglich. Bis heute werden in der additiven Fertigung Metallpulver eingesetzt, die vor über 50 Jahren für ein völlig andersartiges Verfahren – das thermische Spritzen – entwickelt wurden. Bei modernen laserbasierten additiven Verfahren führen diese Pulver jedoch zu Prozessinstabilitäten sowie Porositäten und Defekten im Bauteil. Im Bereich der Polymerpulver fehlt es zudem an einer breiten Materialpalette. Es besteht daher die dringende Notwendigkeit, die Materialien an diese verbreiteten Produktionsverfahren anzupassen, da lasergestützte Verfahren langfristig sowohl wegen ihres Durchsatzes als auch wegen ihrer Präzision wichtige Produktionsverfahren dominieren werden. Dies erfordert einen grundlegenden Forschungsansatz bereits am Beginn der Prozesskette, dem Material. Es besteht dringender Handlungsbedarf, die weltweite Spitzenposition Deutschlands in der Photonik und Materialwissenschaft zu verteidigen und weiter auszubauen. Ein koordiniertes, kohärentes, erstmals die Materialentwicklung und Photonikforschung vereinendes, bereits bei der Materialsynthese ansetzendes Forschungsprogramm soll zur Ausschöpfung dieses erheblichen Potenzials beitragen. Um eine Rückkopplung zwischen Prozessverhalten und Materialeigenschaft sicherzustellen, werden im Rahmen des Schwerpunktprogrammes 2122 seit 2018 Tandemprojekte mit mehr als 25 Arbeitsgruppen sowie internationalen Mercator Fellows aus den Bereichen „Materialien“ und „Laserprozess“ durch die DFG gefördert. Die wissenschaftlichen Fragestellungen sind materialübergreifend formuliert und auf das photonische Verfahren der pulverbasierten additiven Laserfertigung konzentriert. Eine solch große fächerübergreifende Studie ermöglichte zudem erstmals eine umfassende Interlabo-ratory Study einschließlich Forschungsdatenmanagement. Der Vortrag stellt den interdisziplinären Forschungsansatz sowie ausgewählte Ergebnisse des SPP 2122 vor und unterstreicht damit die Bedeutung einer systematischen Materialentwicklung für die Zukunft der additiven Fertigung.

Innovative Werkstoff-Konzepte sowie Verfahrenstechnologien sind im Uhren- und Schmuckbereich immer gefragt, insbesondere im Hinblick auf Designfreiheit, Ästhetik, Funktionalität aber auch Nachhaltigkeit. Pulvertechnologische Verfahren auf Basis von druck-unterstützten Sintertechnologien bzw. die additive Fertigung ermöglichen die Herstellung von speziellen Werkstoffkombinationen oder die Realisierung von komplexen Geometrien. Durch gezielte Auswahl der Rohstoffe sowie entsprechender Legierungsentwicklungen lassen sich mechanische Eigenschaften, Korrosionsverhalten und Farbgebung anpassen. Materialien wie Titan, Edelmetalle aber auch der Einsatz von Keramikpulver eröffnen dabei eine Reihe von Möglichkeiten. Die Kombination aus Funktion und Ästhetik macht pulverbasierte Technologien besonders attraktiv für hochwertige Anwendungen, speziell, wenn es auch um Multi-Material-Kombinationen geht.

Das Laser-Pulverbettschmelzen (PBF-LB) ist eines der wichtigsten additiven Fertigungsverfahren und zeichnet sich durch eine sehr hohe Flexibilität in Bezug auf die geometrische Freiheit aus. Im Hinblick auf die zu verarbeitenden Werkstoffe ist diese Flexibilität bei PBF-LB jedoch noch nicht gegeben; im Allgemeinen steht nur eine begrenzte Auswahl an Standardlegierungen zur Verfügung. Pulver für Spezialanwendungen sind daher oft sehr teuer. Ein neuer Ansatz zur Erweiterung des Materialspektrums für die additive Fertigung ist das Prinzip des Pulverbaukastens. Dabei können verschiedene Standardpulver miteinander, mit elementaren Pulvern oder anderen Zusätzen wie Karbiden oder Nitriden gemischt werden, um neue Legierungskonzepte und Werkstoffe herzustellen. Die Legierungsbildung findet dann während des PBF-LB-Prozesses in-situ statt. In diesem Vortrag werden einige Beispiele dafür gezeigt, wie Pulvermischungen zur Anpassung und Entwicklung von Werkstoffen verwendet werden können. Darüber hinaus werden die Herausforderungen diskutiert, die bei der Arbeit mit Pulvermischungen im PBF-LB-Verfahren noch zu bewältigen sind.

Bei Zukunftstechnologien sind magnetische Werkstoffe von strategischer Bedeutung. Ob Elektromobilität, Windkraft oder Medizintechnik, in vielen Bereichen werden Magnete mit hoher Energiedichte benötigt. Hier haben sich in den letzten Jahrzehnten Magnete auf der Basis von Seltenerdmetallen etabliert. Seit der ersten Krise 2011 und heute wieder aktuell ist die Abhängigkeit bei diesen Rohstoffen von China allgemein bewusst. Während starke Motoren oder Generatoren ohne Seltenerdmagnete nur als elektrisch erregte Maschinen mit Kompromissen an Leistungsdichte auskommen, ist eine Substitution durch alternative Werkstoffe im Bereich der Sensorik durch die Entwicklung komplexer Magnetisierstrukturen heute möglich. Der Vortrag zeigt beispielhaft Lösungen mit kunststoffgebundenen Hartferriten, die sich schon in der Technik etabliert haben und motiviert zu einem Umdenken in der magnetischen Positionssensorik.

Das Kaltsintern ermöglicht die Herstellung von Keramiken und Verbundwerkstoffen bei niedrigen Temperaturen (<300 °C) durch den gemeinsamen Einsatz von hohem Druck und der Zugabe einer flüssigen oder adsorbierten Phase (im einfachsten Fall reines Wasser), die als Sinterhilfe dient. Der Effekt des Kaltsinterns wurde bereits für mehr als 50 anorganische Zusammensetzungen bei Temperaturen beobachtet, bei denen normalerweise keine Verdichtung möglich ist. Die erfolgreiche Prozessierung und Einstellung der Eigenschaften von Hochleistungskeramiken durch Kaltsintern erfordert ein grundlegendes Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen. Das Kaltsintern hat das Potenzial, die Herstellung neuer Werkstoffkombinationen zu ermöglichen, die mit anderen Verfahren aufgrund der Temperaturdegradation nicht gesintert werden können. In diesem Vortrag werden mehrere Beispiele für kaltgesinterte Werkstoffe mit ungewöhnlichen Eigenschaften vorgestellt.