Ziel des FuE-Projektes ist die Entwicklung einer innovativen Hochentropielegierung (High Entropy Alloy, HEA) mit verbesserten Verschleißeigenschaften für den Einsatz in Spritzgusswerkzeugen sowie eines neuartigen Gießprozesses zur Herstellung von Teilen (endkonturnaher Demonstrator) mittels Feinguss. Arbeiten und Zielstellung des Partners NRU:

Die Entwicklung des Gießprozesses gliedert sich in folgende Arbeiten:

  •  Analyse der Herstellbarkeit und der gießtechnischen Grundlagen
  • Qualifizierung und ggf. Erweiterung der Anlagentechnik zur Verarbeitung der HEAs
  • Erste Gießversuche mit Materialsystem auf Grundlage der Ergebnisse der abgeschlossenen Arbeitspakete
  • Aufskalierung der Prozesstechnik in anwendungsrelevante Maßstäbe für Schmelzmengen größer
    ein Kilogramm
  • Anpassung der Prozessführung zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften der HEAs
  • Herstellung eines endkonturnahen Demonstrators für Spritzgussanlagen

Im Rahmen des hier beantragten Forschungsvorhabens soll erstmals ein Verfahren zur Synthese von Hochentropielegierungen für Mengen im kg-Bereich erprobt und qualifiziert werden. Als Lösungsansatz zur Realisierung der schmelzmetallurgischen Synthese von Hochentropielegierungen soll beim der NRU GmbH ein  Vakuuminduktionsoten eingesetzt werden. Diese Vorgehensweise soll das beim Erschmelzen von HEA problematische Phänomen des selektiven Verdamptens einzelner Legierungsbestandteile minimieren. Da in erster Linie theoretische Erfahrungen zum Umgang mit HEAs bestehen soll zu Beginn des Projektes ein Lastenheft für
den Schmelzvorgang erarbeitet werden. in dem die Anforderungen an Schmelztiegel- bzw. Schalenmaterialien definiert werden und Ansätze zur Homogenisierung der Legierungsbestandteile sowie Prozess -und Anlagenparameter umfasst. In einem zweiten Schritt soll die Anlagentechnik der NRU GmbH schrittweise modifiziert und in Vorversuchen qualifiziert werden. Wichtige Punkte sind dabei die Anpassung der Induktionsspule und die Prozessbedingungen beim Schmelz- und Gießvorgang. Im Anschluss sollen ersten Gießversuchen mit Kleinstmengen die Schmelzroufine (u. a. Zugabe der Einzelelemente, Schmelueiten. Homogenisierungsdauer)
erarbeitet und Hegel—, Schalenmaterial sowie Leistungskurven und Frequenzbänder getestet werden. Ebenso sollen Proben für Prüfungen am Fraunhofer IWS hergestellt werden.

Für die Aufskalierung der Prozesstechnik für Mengen größer ein Kilogramm muss in einem weiteren Arbeitspaket eine Probengeometrie erarbeitet werden. Mit Hilfe von Design of Experiment (D0E) soll die Schmelzroufine durch die NRU GmbH ausgearbeitet werden. Hier liegt der Fokus auf der Minimierung der Verdampfung von niedrigschmelzenden Komponenten und der Entmischung von Einzelkomponenten. Außerdem müssen die eingesetzten Materialien insbesondere für das Abgießen optimiert werden. Zudem sollen das Auspack- und Aufschrumpfungsverhalten der Legierungen sowie die mechanische Bearbeitung der gegossenen Proben betrachtet werden. Weitere systematische und besonders umfangreiche Untersuchungensind für die Erzielung der gewünschten Eigenschaften der HEAs geplant. Mit einem
DoE sollen Parameter wie lnduktionsfeld. Temperaturführung in der Schmelze und die spezifische Atmosphäre mit dem Ziel der Erreichung einer möglichst kleinen Korngröße des Legierungsgefüge untersucht werden.

Für die Ableitung der optimierten Prozessparameter sind Schleifenversuche zwischen der NRU GmbH und dem Fraunhofer IWS vorgesehen. Ein weiterer
Untersuchungsschwerpunkt sind die Abkühlbedingungen der vergossenen Legierung in Abhängigkeit von der spezifischen Atmosphäre und der realisierbaren Abkühlrate (Lufttemperatur, Volumenstrom, Einsatz von weiteren Kühlmedien). Wichtig ist das Erreichen eines reproduzierbaren Prozessfensters durch eine statistische Versuchs- und Ergebnisabsicherung. Für die Herstellung des endkonturnahen Demonstrators im Anschluss an die Festlegung der Prozessparameter müssen die richtungsabhängigen Skalierungsfaktoren der Hochentropielegierung ermittelt werden und eine gießgerechte Konstruktion erfolgen.