DE102018126719A1

DE102018126719A1 - Additives herstellungsverfahren und pulvermaterial dafür

Info

Publication number: DE102018126719A1
Application number: DE102018126719.3A
Authority: DE
Inventors: Andrew C. Bobel; Anil K. Sachdev; Tyson W. BROWN
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2019-05-02
Also published as: US10982306B2; CN109719292B; US20190127828A1; CN109719292A

Abstract

Ein Pulvermaterial für ein additives Herstellungsverfahren und ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Gegenstandes mittels eines additiven Herstellungsverfahrens. Das Pulvermaterial umfasst eine Legierung auf Eisenbasis, die Legierungselemente aus Kohlenstoff (C) und Kupfer (Cu) umfasst. Die Legierung auf Eisenbasis kann so formuliert werden, dass eine abscheidungsverstärkte Mikrostruktur erhalten wird, die eine Lanzettmartensit-Matrixphase und eine Cu-Abscheidungsphase umfasst. Die Legierung auf Eisenbasis kann einen Cu-Gewichtsanteil und einen Nickel (Ni)-Gewichtsanteil aufweisen, und der Ni-Gewichtsanteil kann geringer als der Cu-Gewichtsanteil der Legierung auf Eisenbasis sein.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Metallpulvermaterial für ein additives Herstellungsverfahren und ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes unter Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens, bei dem einzelne Schichten des Metallpulvermaterials nacheinander miteinander verschmolzen werden.
EINLEITUNG
Die additive Herstellung ist ein Verfahren zum Bilden dreidimensionaler Gegenstände durch aufeinanderfolgendes Verschmelzen ausgewählter Teile von Pulverschichten, die nacheinander auf einer Arbeitsfläche abgeschieden werden. Solche Prozesse können verwendet werden, um Metallgegenstände mit komplexen Geometrien ohne die Verwendung von Werkzeugen oder Formen und mit wenig oder gar keinem Abfallmaterial zu erzeugen. In der Praxis werden dreidimensionale CAD(Computer Aided Design)-Daten eines zu bildenden Gegenstandes digital in zweidimensionale Querschnitte des Gegenstandes getrennt. Eine Schicht aus Metallpulver mit einer gewünschten Dicke wird auf einer Arbeitsoberfläche durch Ausbreiten des Metallpulvers über der Arbeitsoberfläche oder durch Abscheiden des Metallpulvers auf ausgewählten Bereichen der Arbeitsoberfläche gemäß einem ersten zweidimensionalen Querschnitt des Gegenstandes abgeschieden. Nachdem das Metallpulver auf der Arbeitsoberfläche abgeschieden ist, tastet ein Energiestrahl das Metallpulver auf der Arbeitsoberfläche gemäß dem ersten zweidimensionalen Querschnitt des Gegenstandes ab, sodass die Metallpulverteilchen lokal schmelzen und miteinander verschmelzen, um eine einheitliche feste Querschnittsscheibe des Gegenstandes zu bilden. Danach wird eine weitere Metallpulverschicht auf der Arbeitsoberfläche abgeschieden und durch den Energiestrahl gemäß einem anderen zweidimensionalen Querschnitt des Gegenstandes abgetastet. Die Pulverabscheidungs- und Energiestrahlabtastschritte werden wiederholt, bis der gesamte dreidimensionale Gegenstand gebildet ist. Danach kann der Gegenstand vor oder nach dem Entfernen von der Arbeitsfläche verschiedenen Oberflächen- und/oder Wärmebehandlungen unterzogen werden.
Eine Vielzahl von Metalllegierungszusammensetzungen und Wärmebehandlungsverfahren wurde zur Verwendung bei der Herstellung von dreidimensionalen Metallgegenständen durch Gieß- und/oder Warmumformungsverfahren entwickelt, um den Gegenständen bestimmte wünschenswerte chemische und mechanische Eigenschaften zu verleihen. In der Technik besteht jedoch ein Bedarf an Metalllegierungszusammensetzungen und Wärmebehandlungsverfahren, die in additiven Herstellungsverfahren zur Bildung von dreidimensionalen Gegenständen mit bestimmten wünschenswerten chemischen und mechanischen Eigenschaften verwendet werden können.
KURZDARSTELLUNG
Ein Pulvermaterial für ein additives Herstellungsverfahren kann Teilchen einer Legierung auf Eisenbasis umfassen. Die Legierung auf Eisenbasis kann Legierungselemente aus Kohlenstoff (C) und Kupfer (Cu) enthalten und kann so formuliert sein, dass eine abscheidungsverstärkte Mikrostruktur erhalten wird, die eine Lanzettmartensit-Matrixphase und eine Cu-Abscheidungs-Phase umfasst. Die Legierung auf Eisenbasis kann einen Cu-Gewichtsanteil und einen Nickel(Ni)-Gewichtsanteil aufweisen, und der Ni-Gewichtsanteil kann geringer als der Cu-Gewichtsanteil der Legierung auf Eisenbasis sein. Die Legierung auf Eisenbasis kann keine Heißrissanfälligkeit aufweisen, wenn eine Menge der Legierung auf Eisenbasis geschmolzen und mit einer Kühlrate von mehr als oder gleich 10⁴ Grad Celsius pro Sekunde gekühlt wird.
Die Legierung auf Eisenbasis kann, bezogen auf das Gewicht, zwischen 0-0,6 % Kohlenstoff und 0,1-10 % Kupfer umfassen.
Die Legierung auf Eisenbasis kann einen Cobalt(Co)-Gewichtsanteil haben. In einer Form können der Ni-Gewichtsanteil und der Co-Gewichtsanteil der Legierung auf Eisenbasis jeweils weniger als die Hälfte des Cu-Gewichtsanteils der Legierung auf Eisenbasis sein. In einer anderen Form kann die Legierung auf Eisenbasis im Wesentlichen frei von Nickel und Cobalt sein.
Die Legierung auf Eisenbasis kann mindestens einen Carbidbildner umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Molybdän (Mo), Vanadium (V), Chrom (Cr) und Kombinationen davon. In diesem Fall kann die Legierung auf Eisenbasis formuliert werden, um eine abscheidungsverstärkte Mikrostruktur zu erhalten, die eine Lanzettmartensit-Matrixphase, eine Cu-Abscheidungsphase und eine M₂C-Carbid-Abscheidungsphase umfasst, wobei M Mo, V, Cr oder eine Kombination davon ist.
Ein Atomverhältnis des mindestens einen Carbidbildners zu Kohlenstoff in der Legierung auf Eisenbasis kann 2:1 sein.
In einer Form kann die Legierung auf Eisenbasis, bezogen auf das Gewicht, 0,015-0,5 % C, 2,0-5,0 % Cu, 0,5-3,0 % Mo, 0,1-0,2 % V, 0-3,0 % Cr, 0-0,4 % Si und Eisen als Ausgleich umfassen.
Die Teilchen der Legierung auf Eisenbasis können einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 5-100 µm aufweisen.
In einem Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes mittels eines additiven Herstellungsverfahrens kann eine Legierung auf Eisenbasis in Pulverform bereitgestellt werden. Die Legierung auf Eisenbasis kann Legierungselemente aus Kohlenstoff (C) und Kupfer (Cu) umfassen sowie einen Gewichtsanteil von Cu und einen Gewichtsanteil von Nickel (Ni), von weniger als dem Gewichtsanteil von Cu aufweisen. Eine Schicht von Teilchen der Legierung auf Eisenbasis kann auf einer Arbeitsoberfläche abgeschieden werden, und ein Energiestrahl kann auf die Schicht von Teilchen auf der Arbeitsoberfläche gerichtet werden, um wenigstens einen Teil der Teilchen zu einer einheitlichen festen Masse zu verschmelzen. Schichten von Teilchen der Legierung auf Eisenbasis können wiederholt sowie nacheinander abgeschieden und auf der Arbeitsoberfläche miteinander verschmolzen werden, um einen einteiligen dreidimensionalen Gegenstand aufzubauen.
Die Legierung auf Eisenbasis kann, bezogen auf das Gewicht, zwischen 0-0,6 % Kohlenstoff und 0,1-10 % Kupfer umfassen.
In einer Form kann die Legierung auf Eisenbasis im Wesentlichen frei von Nickel und Cobalt sein.
In einer Form kann ein Energiestrahl auf einen ausgewählten Bereich der Teilchenschicht auf der Arbeitsoberfläche gerichtet werden, um die Teilchen lokal zu schmelzen und zu verschmelzen. Der Energiestrahl kann entlang eines vorbestimmten Wegs auf der Arbeitsoberfläche derart vorwärts bewegt werden, dass eine Menge des geschmolzenen Legierungsmaterials auf Eisenbasis schnell abkühlt und sich hinter dem sich vorschiebenden Energiestrahl verfestigt, um eine einheitliche feste Masse zu bilden. Die Menge des geschmolzenen Legierungsmaterials auf Eisenbasis kann sich hinter dem vorrückenden Energiestrahl mit einer Kühlrate von mehr als oder gleich 10⁴ Grad Celsius pro Sekunde abkühlen und verfestigen.
Der dreidimensionale Gegenstand kann wärmebehandelt werden, indem der Gegenstand 0,5-12 Stunden auf eine Temperatur im Bereich von 450-600 Grad Celsius erhitzt wird, um eine abscheidungsverstärkte Mikrostruktur innerhalb des Gegenstandes zu erhalten, die eine Lanzettmartensit-Matrixphase und eine Cu-Abscheidungsphase umfasst. Die Cu-Abscheidungsphase kann Teilchen eines Materials auf Kupferbasis umfassen, die in der Lanzettmartensit-Matrixphase dispergiert sind. Die Teilchen des Materials auf Kupferbasis können einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 1-100 Nanometern aufweisen.
In einer Form kann die Legierung auf Eisenbasis mindestens einen Carbidbildner umfassen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Molybdän (Mo), Vanadium (V), Chrom (Cr) und Kombinationen davon. In einem solchen Fall kann der dreidimensionale Gegenstand wärmebehandelt werden, indem der Gegenstand 0,5 bis 48 Stunden auf eine Temperatur im Bereich von 450 bis 600 Grad Celsius erhitzt wird, um eine abscheidungsverstärkte Mikrostruktur innerhalb des Gegenstandes zu erhalten, die eine Lanzettmartensit-Matrixphase, eine Cu-Abscheidungsphase und eine M₂C-Carbidabscheidungsphase umfasst, wobei M Mo, V, Cr oder eine Kombination davon ist. Die M₂C-Carbidabscheidungsphase kann Teilchen eines M₂C-Carbids umfassen, wobei M = Mo, V, Cr oder eine Kombination davon ist. Die M₂C-Carbidteilchen können einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 1-100 Nanometern aufweisen.
In einer Form kann der dreidimensionale Gegenstand vor der Wärmebehandlung des Gegenstandes für 1-12 Stunden auf eine Temperatur im Bereich von 1000-1250 Grad Celsius erhitzt werden.
In einer Form kann die Legierung auf Eisenbasis, bezogen auf das Gewicht, 0,015-0,5 % C, 2,0-5,0 % Cu, 0,5-3,0 % Mo, 0,1-0,2 % V, 0-3,0 % Cr, 0-0,4 % Si und Eisen als Ausgleich umfassen.
Teilchen der Legierung auf Eisenbasis können durch Schmelzen einer Menge eines Materials, das alle Bestandteile der Legierung auf Eisenbasis in entsprechenden Mengen enthält, gebildet werden, um eine Menge eines geschmolzenen Legierungsmaterials auf Eisenbasis zu erzeugen. Die Menge des geschmolzenen Legierungsmaterials auf Eisenbasis kann zerstäubt werden, um Tröpfchen aus geschmolzenem Legierungsmaterial auf Eisenbasis zu erzeugen. Die Tröpfchen können auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden, um feste Teilchen der Legierung auf Eisenbasis zu bilden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegend offenbarte Legierung auf Eisenbasis kann zu einem Pulver geformt und als ein Konstruktionsmaterial in einem additiven Herstellungsverfahren verwendet werden, um einen dreidimensionalen Gegenstand Schicht für Schicht aufzubauen. Die Legierung auf Eisenbasis wird so formuliert, dass eine abscheidungsverstärkte Mikrostruktur mit hoher mechanischer Festigkeit und Bruchzähigkeit erhalten wird, nachdem diese einer geeigneten Wärmebehandlung unterzogen wird. Darüber hinaus zeigt die Legierung auf Eisenbasis keine Heißrissanfälligkeit, wenn relativ kleine Mengen der Legierung geschmolzen und schnell zu einem festen Zustand abgekühlt werden, wie während eines additiven Herstellungsverfahrens.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Legierung auf Eisenbasis“ auf ein Material, das, bezogen auf das Gewicht, mehr als oder gleich 80 %, vorzugsweise mehr als oder gleich 90 % oder noch wünschenswerter, mehr als oder gleich 93 % Eisen (Fe) umfasst und ein oder mehrere andere Elemente, die ausgewählt sind, um dem Material bestimmte wünschenswerte Eigenschaften zu verleihen, die von reinem Eisen nicht gezeigt werden.
Eine Legierung auf Eisenbasis, die Legierungselemente aus Kohlenstoff (C) und Kupfer (Cu) enthält, kann in Form eines Pulvers hergestellt und als ein Konstruktionsmaterial in einem additiven Herstellungsverfahren verwendet werden. Eine solche Legierung kann hier als Fe-C-Cu-Legierung bezeichnet werden. Die Fe-C-Cu-Legierung kann, bezogen auf das Gewicht, mehr als oder gleich 0 %, 0,015 % oder 0,05 % Kohlenstoff enthalten, weniger als oder gleich 0,6 %, 0,5 % oder 0,2 % Kohlenstoff oder zwischen 0-0,6 %, 0,015-0,5 % oder 0,05-0,2 % Kohlenstoff. Zusätzlich kann die Fe-C-Cu-Legierung, bezogen auf das Gewicht, mehr als oder gleich 0,1 %, 2,0 % oder 3,0 % Kupfer enthalten, weniger als oder gleich 10 %, 5,0 % oder 4,0 % Kupfer oder zwischen 0,1-10 %, 2,0-5,0 % oder 3,0-4,0 % Kupfer. In einer Form kann die Fe-C-Cu-Legierung 1-4 Gew.-% Kupfer enthalten. In einem spezifischen Beispiel kann die Fe-C-Cu-Legierung 0 bis 0,6 Gew.-% Kohlenstoff, 0,1 bis 10 Gew.-% Kupfer und Eisen als Ausgleich enthalten oder daraus bestehen. Der Begriff „als Ausgleich“ schließt nicht das Vorhandensein zusätzlicher Elemente aus, die nicht absichtlich in die Zusammensetzung der Fe-C-Cu-Legierung eingeführt werden, aber trotzdem inhärent in der Legierung in relativ kleinen Mengen, z. B. als Verunreinigungen, vorhanden sind.
Die Fe-C-Cu-Legierung kann gegebenenfalls ein oder mehrere carbidbildende Elemente umfassen. Zum Beispiel kann die Fe-C-Cu-Legierung gegebenenfalls eines oder mehrere von Molybdän (Mo), Vanadium (V) und Chrom (Cr) umfassen. Wenn diese Elemente in der Zusammensetzung der Fe-C-Cu-Legierung enthalten sind, können diese M₂C-Carbide bilden, wobei M mindestens eines von Mo, V und Cr umfasst. In diesem Fall kann der Atomanteil von Mo, V und Cr in der Fe-C-Cu-Legierung das Doppelte des Atomanteils von Kohlenstoff in der Fe-C-Cu-Legierung sein. In einigen Ausführungsformen kann die Fe-C-Cu-Legierung, bezogen auf das Gewicht, mehr als oder gleich 0 %, 0,4 % oder 0,5 % Molybdän enthalten, weniger als oder gleich 4,0 %, 3,0 % oder 1,5 % Molybdän oder zwischen 0-4,0 %, 0,4-3,0 % oder 0,5-1,5 % Molybdän. Zusätzlich oder alternativ kann die Fe-C-Cu-Legierung, bezogen auf das Gewicht, mehr als oder gleich 0 %, 0,1 % oder 0,15 % Vanadium enthalten, weniger als oder gleich 0,5 % oder 0,2 % Vanadium oder zwischen 0-0,5 %, 0,1-0,2 % oder 0,15-0,2 % Vanadium. Zusätzlich oder alternativ kann die Fe-C-Cu-Legierung, bezogen auf das Gewicht, mehr als oder gleich 0 %, 0,4 % oder 0,5 % Chrom umfassen, weniger als oder gleich 4,0 %, 3,0 % oder 1,5 % Chrom oder zwischen 0-4,0 %, 0,4-3,0 % oder 0,5-1,5 % Chrom.
In einigen Ausführungsformen kann die Fe-C-Cu-Legierung auch Silizium (Si) enthalten, um der Legierung eine geeignete Oxidationsbeständigkeit zu verleihen. In diesem Fall kann die Fe-C-Cu-Legierung, bezogen auf das Gewicht, mehr als oder gleich 0 %, 0,1 % oder 0,2 % Silizium enthalten, weniger als oder gleich 1,0 %, 0,5 % oder 0,3 % Silizium oder zwischen 0-1,0 %, 0,1-0,5 % oder 0,2-0,3 % Silizium. In einem speziellen Beispiel kann die Fe-C-Cu-Legierung 0,015-0,5 % C, 2,0-5,0 % Cu, 0,5-3,0 % Mo, 0,1-0,2 % V, 0-3,0 % Cr 0-0,4 % Si und Eisen als Ausgleich enthalten oder daraus bestehen.
Die Gesamtmenge an Legierungselementen (z. B. C, Cu, Mo, V, Cr, Si und Kombinationen davon) kann, bezogen auf das Gewicht, weniger als 20 % der Fe-C-Cu-Legierung umfassen.
Zusätzliche Elemente, die nicht absichtlich in die Zusammensetzung der Fe-C-Cu-Legierung eingeführt werden, können jedoch inhärent in der Legierung in relativ kleinen Mengen vorhanden sein, zum Beispiel weniger als 0,2 %, vorzugsweise weniger als 0,05 % und noch wünschenswerter weniger als 0,01 % Gewicht der Fe-C-Cu-Legierung. Solche Elemente können beispielsweise als Verunreinigungen in den Rohmaterialien vorliegen, die zur Herstellung der Fe-C-Cu-Legierungszusammensetzung verwendet werden.
Nickel wurde zuvor zu kupferhaltigen Legierungen auf Eisenbasis in Mengen gleich oder größer als die in der Legierung vorhandene Menge Kupfers zugegeben, um ein Phänomen zu verhindern, das als „Heißrissanfälligkeit“ bekannt ist, wobei sich eine kupferreiche Phase mit relativ niedrigem Schmelzpunkt bildet und bei erhöhten Temperaturen (z. B. bei Strangguss- und Warmumformungsverfahren) in die Korngrenzen innerhalb der Eisenmatrix eindringt und zur Bildung von interkristallinen Rissen führt. Ohne sich auf eine Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, dass die Zugabe von Nickel die Löslichkeit von Kupfer in der Legierung auf Eisenbasis erhöht und den Schmelzpunkt der kupferreichen Phase erhöht, wodurch die Bildung einer flüssigen kupferreichen Phase entlang der Korngrenzen und somit die Bildung von Rissen unterdrückt wird. Der Einschluss von Nickel in einer kupferhaltigen Legierung auf Eisenbasis erhöht jedoch die Kosten der Legierung und senkt auch die Martensit-Starttemperatur (Ms) der Legierung, was die Bildung einer Lanzettmartensit-Mikrostruktur verhindert. Es kann wünschenswert sein, eine Lanzettmartensit-Mikrostruktur in einer Legierung auf Eisenbasis anstelle einer plattenartigen Mikrostruktur zu erhalten, beispielsweise in Situationen, in denen eine hohe Bruchzähigkeit erwünscht ist. Daher ist dieses üblich, Cobalt (Co) zu Legierungen auf Eisenbasis in Kombination mit Nickel zuzusetzen, um den Auswirkungen des Nickels auf die Ms-Temperatur der Legierung entgegenzuwirken. Die spezifische Menge an Cobalt, die in der Legierung auf Eisenbasis enthalten ist, kann von der gewünschten Ms-Temperatur der Legierung abhängen. In einer Form kann Cobalt zu einer Legierung auf Eisenbasis in Kombination mit Nickel in einer Menge gleich oder größer als die Menge an Nickel in der Legierung zugegeben werden.
Wenn die Fe-C-Cu-Legierung zu einem Pulver geformt und als ein Konstruktionsmaterial in einem additiven Herstellungsverfahren verwendet wird, um einen dreidimensionalen Gegenstand zu bilden, erfordert die Fe-C-Cu-Legierung keine Zugabe von Nickel, um eine Heißrissanfälligkeit während der Bildung und der anschließenden Wärmebehandlung des dreidimensionalen Gegenstandes zu verhindern oder zu unterdrücken. Die Fe-C-Cu-Legierung wiederum erfordert keine Zugabe von Cobalt, um den negativen Nebenwirkungen von Nickel auf die Ms-Temperatur der Legierung entgegenzuwirken. Als solche kann die Fe-C-Cu-Legierung im Wesentlichen frei von Nickel (Ni) und/oder Cobalt (Co) sein oder kann relativ kleine Mengen von Ni und/oder Co, verglichen mit den Mengen von Ni und/oder Co, die typischerweise in Legierungen auf Eisenbasis vorhanden sind, die zur Verwendung in Strangguss- oder Warmumformungsverfahren, z. B. Warmwalzen, formuliert sind, enthalten. Zum Beispiel kann die Fe-C-Cu-Legierung in einer Form im Wesentlichen frei von Nickel (Ni) sein und kann, bezogen auf das Gewicht, weniger als 0,2 %, vorzugsweise weniger als 0,05 % und noch wünschenswerter weniger als 0,01 % Ni umfassen. Zusätzlich kann die Fe-C-Cu-Legierung im Wesentlichen frei von Cobalt (Co) sein und kann, bezogen auf das Gewicht, weniger als 0,2 %, vorzugsweise weniger als 0,05 % und noch wünschenswerter weniger als 0,01 % Co umfassen. In einer anderen Form kann die Fe-C-Cu-Legierung relativ kleine Mengen an Ni und/oder Co enthalten. Zum Beispiel kann der Gewichtsanteil von Ni und der Gewichtsanteil von Co in der Fe-C-Cu-Legierung einzeln kleiner sein, als der Gewichtsanteil von Cu in der Legierung auf Eisenbasis. In einem spezifischen Beispiel kann der Gewichtsanteil von Ni und der Gewichtsanteil von Co in der Fe-C-Cu-Legierung einzeln weniger als die Hälfte des Gewichtsanteils von Cu in der Fe-C-Cu-Legierung betragen.
Ohne sich auf eine Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, dass keine Zugabe von Nickel zu der Fe-C-Cu-Legierung erforderlich ist, um eine Heißrissanfälligkeit zu verhindern oder zu unterdrücken, die typischerweise bei additiven Herstellungsverfahren auftreten, wenn die Fe-C-Cu-Legierung als ein Konstruktionsmaterial in einem additiven Herstellungsverfahren aufgrund der relativ hohen Kühlraten verwendet wird. Genauer gesagt wird angenommen, dass, wenn die Fe-C-Cu-Legierung bei den relativ hohen Abkühlraten abgekühlt wird, die typischerweise bei additiven Herstellungsverfahren auftreten, die Zeit für die Diffusion des Kupfers aus der festen Lösung und die Konzentration entlang der Korngrenzen in der Eisenmatrix unzureichend ist, wodurch die interkristalline Rissbildung, die typischerweise mit Heißrissanfälligkeit verbunden ist, verhindert wird. Zum Beispiel wird in einem typischen additiven Herstellungsverfahren ein Energiestrahl verwendet, um relativ kleine Mengen von Konstruktionsmaterial in der Größenordnung von ungefähr 0,001 Kubikmillimetern oder weniger sequenziell zu schmelzen. Danach werden diese relativ kleinen Mengen geschmolzenen Konstruktionsmaterials schnell abgeschreckt und mit einer Kühlrate von gleich oder größer als 10⁶ Grad Celsius pro Sekunde wieder verfestigt. Andererseits kann die Menge eines gegossenen Stahlbarrens etwa 2 × 10⁸ Kubikmillimeter oder mehr betragen und bei einer relativ langsamen Kühlrate im Bereich von 10 °C bis 10³ °C pro Sekunde verfestigt werden.
Ein dreidimensionaler Gegenstand, der die Fe-C-Cu-Legierung umfasst und durch ein additives Herstellungsverfahren gebildet wird, kann anfänglich eine homogene Mikrostruktur aufweisen, die feine Körner aus Lanzettmartensit enthält. Die Fe-C-Cu-Legierung wird jedoch so formuliert, dass eine abscheidungsverstärkte Mikrostruktur mit hoher mechanischer Festigkeit und Bruchzähigkeit erhalten wird, wenn diese einer vergütenden Wärmebehandlung unterzogen wird. Genauer gesagt wird die Fe-C-Cu-Legierung formuliert, um eine feinkörnige Mikrostruktur zu erhalten, die eine Lanzettmartensit-Matrixphase und eine Kupferabscheidungsphase enthält, wenn diese einer vergütenden Wärmebehandlung unterzogen wird. Eine geeignete vergütende Wärmebehandlung kann das Erhitzen der Fe-C-Cu-Legierung auf eine Temperatur im Bereich von 450 °C bis 600 °C für 0,5 Stunden bis 12 Stunden umfassen, um die Bildung einer Kupferabscheidungsphase durch die heterogene Abscheidung von nanoskaligen kupferbasierten Teilchen entlang von Verschiebungen und entlang von Korngrenzen innerhalb der Lanzettmartensit-Mikrostruktur kohärent zu beeinflussen. Die so gebildeten kupferbasierten Teilchen können eine sphärische Form und einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 1-100 nm aufweisen. In einer Form können die kupferbasierten Teilchen einen mittleren Teilchendurchmesser von weniger als 3 nm aufweisen. Nach der Bildung der Kupferabscheidungsphase kann die Fe-C-Cu-Legierung eine Zugfestigkeit im Bereich von 800 MPa bis 1500 MPa bei Umgebungstemperatur zeigen.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „auf Kupferbasis“ allgemein auf Materialien, in denen Kupfer der einzelne größte Bestandteil des Materials nach Gewicht ist. Zum Beispiel kann ein Material auf Kupferbasis Folgendes umfassen: Mehr als 50 Gew.- % Kupfer oder ein Material auf Kupferbasis umfassen: Weniger als 50 Gew.- % Kupfer, solange Kupfer den größten Einzelbestandteil des Gewichts bildet. In einer Form kann ein Material auf Kupferbasis umfassen: 100 Gew.- % Kupfer.
In Ausführungsformen, in denen die Fe-C-Cu-Legierung ein oder mehrere carbidbildende Elemente (z. B. Mo, V und/oder Cr) umfasst, kann ein dreidimensionaler Gegenstand, der die Fe-C-Cu-Legierung umfasst und durch ein additives Herstellungsverfahren gebildet wird, anfänglich eine homogene Mikrostruktur, einschließlich feiner Körner aus Lanzettmartensit aufweisen. Jedoch kann die Fe-C-Cu-Legierung formuliert werden, um eine Mikrostruktur zu erhalten, die eine Lanzettmartensit-Matrixphase, eine Kupferabscheidungsphase und eine M₂C-Carbidabscheidungsphase umfasst, wenn diese einer vergütenden Wärmebehandlung unterzogen wird. Eine geeignete vergütende Wärmebehandlung kann das Erhitzen der Fe-C-Cu-Legierung auf eine Temperatur im Bereich von 450 °C bis 600 °C für 0,5 Stunden bis 48 Stunden umfassen, um die Bildung der Kupferabscheidungsphase und der M₂C-Carbidabscheidungsphase innerhalb der Lanzettmartensit-Matrixphase zu beeinflussen. Die Kupferabscheidungsphase kann nanoskalige Teilchen eines Materials auf Kupferbasis umfassen, und die M₂C-Carbidabscheidungsphase kann nanoskalige M₂C-Carbidteilchen umfassen. Die Kupferabscheidungsphase und die M₂C-Carbidabscheidungsphase können entlang Verschiebungen und entlang Korngrenzen innerhalb der Lanzettmartensit-Matrixphase heterogen verteilt sein. Nach der Bildung der Kupferabscheidungsphase und der M₂C-Carbidabscheidungsphase kann die Fe-C-Cu-Legierung eine Zugfestigkeit im Bereich von 2000 MPa bis 3000 MPa bei Umgebungstemperatur zeigen.
Bei bekannten Fe-C-Cu-Legierungen, die Nickel und Cobalt enthalten, um eine Heißrissanfälligkeit zu verhindern und/oder eine gewünschte Ms-Temperatur zu erreichen, sowie bei einem oder mehreren carbidbildenden Elementen kann die Anwesenheit von Cobalt in den Fe-C-Cu-Legierungen die Kristllisationskeimbildung von Carbid während des Vergütens erhöhen. Wenn jedoch die vorliegend offenbarte Fe-C-Cu-Legierung zu einem Pulver geformt und als ein Konstruktionsmaterial in einem additiven Herstellungsverfahren verwendet wird, um einen dreidimensionalen Gegenstand zu bilden, erfordert die Fe-C-Cu-Legierung keinen Zusatz von Cobalt für die effektive Kristllisationskeimbildung von nanoskaligen M₂C-Carbidteilchen innerhalb der Lanzettmartensit-Matrixphase während des Vergütens. Ohne sich auf eine Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, dass die Cubasierten Abscheidungen in Abwesenheit von Cobalt oder in Gegenwart von relativ geringen Mengen an Cobalt die Bildung einer M₂C-Carbid-Abscheidungsphase innerhalb der Matrix der Lanzettmartensit-Matrix während des Vergütens durch Bereitstellen von Kristllisationskeimbildungsstellen für nanoskalige M₂C-Carbidteilchen, um sich innerhalb der Lanzettmartensit-Matrixphase zu bilden, katalysieren können.
Nachdem die Fe-C-Cu-Legierung der vergütenden Wärmebehandlung unterzogen wurde, kann die Legierung allmählich auf Umgebungstemperatur (z. B. 25 °C) abgekühlt werden.
In einigen Ausführungsformen kann die Fe-C-Cu-Legierung vor Beginn der vergütenden Wärmebehandlung einer Lösungswärmebehandlung unterzogen werden. Die Lösungswärmebehandlung kann durchgeführt werden, um jegliche Abscheidungsphasen, die sich entlang der Korngrenzen in der Lanzettmartensit-Mikrostruktur während eines vorhergehenden Verfahrensschritts abgesondert und gebildet haben, in eine feste Struktur zu verwandeln. Zum Beispiel kann die Lösungswärmebehandlung an einem dreidimensionalen Gegenstand durchgeführt werden, nachdem der Gegenstand aus der Fe-C-Cu-Legierung unter Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens gebildet wurde, jedoch bevor der Gegenstand der vergütenden Wärmebehandlung unterzogen wird. Eine geeignete Lösungswärmebehandlung kann Erhitzen der Fe-C-Cu-Legierung bei einem Temperaturbereich von 1000 °C bis 1250 °C für 1-12 Stunden umfassen. Danach wird die Fe-C-Cu-Legierung vorzugsweise mit einer relativ schnellen Abkühlungsgeschwindigkeit abgeschreckt oder abgekühlt, um die Bildung einer Abscheidungsphase entlang Korngrenzen in der Lanzettmartensit-Mikrostruktur zu verhindern oder zu minimieren. Geeignete Kühlraten können durch Abschrecken der Fe-C-Cu-Legierung in Wasser, Öl oder einem geeigneten Abschreckgas erreicht werden.
Die Lösungswärmebehandlung kann beispielsweise in Ausführungsformen entfallen, in denen frühere Verarbeitungsschritte nicht zur Entmischung und/oder zur Bildung von Abscheidungsphasen entlang Korngrenzen in der Lanzettmartensit-Mikrostruktur der Fe-C-Cu-Legierung geführt haben.
Die Fe-C-Cu-Legierung kann zur Verwendung in einem additiven Herstellungsverfahren durch Formen der Fe-C-Cu-Legierung in ein Pulvermaterial hergestellt werden. Geeignete Pulvermaterialien zur Verwendung in additiven Herstellungsverfahren können sphärische Teilchen der Fe-C-Cu-Legierung mit einem mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 5 µm bis 100 µm umfassen. In einer Form kann die Fe-C-Cu-Legierung unter Verwendung eines Atomisierungsverfahrens zu einem solchen Pulver geformt werden. In einem Zerstäubungsverfahren kann ein Materialvolumen, das alle Bestandteile der Fe-C-Cu-Legierung in entsprechenden Mengen enthält, geschmolzen werden, um eine Menge geschmolzenen Fe-C-Cu-Legierungsmaterials zu erzeugen. Das geschmolzene Fe-C-Cu-Legierungsmaterial kann eine Temperatur im Bereich von 1500-1700 °C haben und mithilfe eines Hochdruckgases oder einer Hochdruckflüssigkeit durch eine Düse gesprüht werden, um winzige Tröpfchen der geschmolzenen Fe-C-Cu-Legierung zu bilden. Die geschmolzenen Fe-C-Cu-Legierungströpfchen können durch Kontakt mit einem Kühlmedium, z. B. Wasser, einer Mischung aus Wasser und Alkohol oder einem Schutzgas, schnell abgeschreckt werden, um feste Pulverteilchen der Fe-C-Cu-Legierung, die eine gewünschte Größe und Form aufweisen, zu bilden.
Die Fe-C-Cu-Legierungsteilchen können als ein Konstruktionsmaterial in einem additiven Herstellungsverfahren verwendet werden, um einen dreidimensionalen Gegenstand Schicht für Schicht aufzubauen. In einer Form kann jedes der Fe-C-Cu-Legierungsteilchen die gleiche chemische Zusammensetzung besitzen. Als solche können die Fe-C-Cu-Legierungsteilchen von anderen Pulvermaterialien unterschieden werden, die bei additiven Herstellungsverfahren verwendet werden, die eine Mischung von Teilchen einschließen, wobei einige der Teilchen in der Mischung eine andere chemische Zusammensetzung als andere Teilchen aufweisen.
Geeignete additive Herstellungsverfahren werden ein Schmelzen der Fe-C-Cu-Legierungsteilchen induzieren, indem die Teilchen einem Energiestrahl (z. B. einem Hochleistungslaser oder Elektronenstrahl) ausgesetzt werden, sodass die Teilchen zu einer einheitlichen festen Masse verschmelzen: Ohne zu schmelzen (z. B. Festkörpersintern), mit teilweisem Schmelzen (z. B. Flüssigphasensintern), durch vollständiges Schmelzen und Verschmelzen in der flüssigen Phase oder durch Aufbringen eines Bindemittels auf die Teilchen (z. B. indirektes Verschmelzen und Binder Jetting). Ein vollständiges Schmelzen der Fe-C-Cu-Legierungsteilchen zu geschmolzenem Fe-C-Cu-Legierungsmaterial kann bei einer Temperatur im Bereich von 1500-1700 °C durchgeführt werden.
In einer Form kann das Fe-C-Cu-Legierungspulver verwendet werden, um einen dreidimensionalen Gegenstand über einen Pulverbett-Schmelzprozess zu bilden. In diesem Fall kann eine Schicht aus Fe-C-Cu-Legierungsteilchen mit einer gewünschten Dicke über eine Arbeitsfläche verteilt werden. Dann kann ein Hochleistungsenergiestrahl (z. B. ein Laserstrahl oder Elektronenstrahl) auf die Teilchen auf der Arbeitsoberfläche gerichtet und entlang eines computergesteuerten Weges vorwärts versetzt werden, um die Teilchen lokal entlang des Weges zu schmelzen und zu verschmelzen. Der computergesteuerte Pfad kann einem zweidimensionalen Querschnitt oder einer Scheibe des zu bildenden Gegenstandes entsprechen und kann auf dreidimensionalen CAD-Daten (Computer Aided Design - CAD) des Gegenstandes basieren. Wenn der Energiestrahl entlang des Pfades vorwärts versetzt wird, erstarrt eine Menge des geschmolzenen Fe-C-Cu-Legierungsmaterials schnell im Nachlauf des Energiestrahls und hinterlässt eine einheitliche feste Masse von wieder erstarrtem Fe-C-Cu-Legierungsmaterial. Eine Menge geschmolzenen Fe-C-Cu-Legierungsmaterials kann sich im Nachlauf des Energiestrahls mit einer Abkühlrate von mehr als oder gleich 10⁴ Grad Celsius pro Sekunde schnell verfestigen. In einigen spezifischen Beispielen kann die Menge des geschmolzenen Fe-C-Cu-Legierungsmaterials sich im Nachlauf des Energiestrahls bei Abkühlraten von mehr als oder gleich 10⁵ Grad Celsius pro Sekunde oder mehr als oder gleich 10⁶ Grad Celsius pro Sekunde schnell verfestigen. Anschließend kann die Arbeitsfläche auf eine Tiefe abgesenkt werden, die gleich der Höhe der nächsten Teilchenschicht ist, und eine weitere Schicht aus Fe-C-Cu-Legierungsteilchen kann über die Arbeitsfläche und über das wiedererstarrte Fe-C-Cu-Legierungsmaterial auf der Arbeitsfläche verteilt werden. Der Energiestrahl kann wiederum auf die neu abgeschiedenen Teilchen auf der Arbeitsoberfläche gerichtet werden und entlang eines computergesteuerten Pfades vorwärts verschoben werden, um die Teilchen lokal entlang des Pfades zu schmelzen und zu verschmelzen. Wenn die neu abgeschiedenen Teilchen schmelzen und miteinander verschmelzen, können ausgewählte Bereiche des geschmolzenen Fe-C-Cu-Legierungsmaterials auch mit der zuvor gebildeten Schicht aus wieder erstarrtem Fe-C-Cu-Legierungsmaterial verschmelzen, um eine einheitliche feste Masse zu bilden. Aufeinanderfolgende Schichten von Fe-C-Cu-Legierungsteilchen können auf der Arbeitsoberfläche abgeschieden und nacheinander miteinander verschmolzen werden, bis der gesamte dreidimensionale Gegenstand gebildet ist.
In einer anderen Form kann das Fe-C-Cu-Legierungspulver verwendet werden, um einen dreidimensionalen Gegenstand über einen gerichteten Energiedepositionsvorgang zu bilden. In diesem Fall können Teilchen der Fe-C-Cu-Legierung einer Düse zugeführt und durch die Düse auf einer Arbeitsoberfläche in Form einer Schicht mit einer gewünschten Dicke abgelagert werden. Die Fe-C-Cu-Legierungsteilchen können auf der Arbeitsoberfläche nur in Bereichen abgelagert werden, wo die Teilchen benötigt werden, um einen zweidimensionalen Querschnitt oder eine Scheibe des zu formenden Gegenstandes zu bilden. Dann kann ein Energiestrahl (z. B. ein Laserstrahl oder Elektronenstrahl) unmittelbar auf die Fe-C-Cu-Legierungsteilchen auf der Arbeitsoberfläche gerichtet werden, um die Teilchen lokal zu schmelzen und zu verschmelzen. Wenn der Energiestrahl die Fe-C-Cu-Legierungsteilchen auf der Arbeitsoberfläche abtastet, erstarrt eine Menge geschmolzenen Fe-C-Cu-Legierungsmaterials im Nachlauf des Energiestrahls schnell und hinterlässt eine einheitliche feste Masse wiedererstarrten Fe-C-Cu-Legierungsmaterials. In einigen spezifischen Beispielen kann die Menge des geschmolzenen Fe-C-Cu-Legierungsmaterials im Gefolge des Energiestrahls bei Abkühlraten von mehr als oder gleich 10⁴ Grad Celsius pro Sekunde schnell erstarren. In einigen spezifischen Beispielen kann die Menge des geschmolzenen Fe-C-Cu-Legierungsmaterials sich im Nachlauf des Energiestrahls bei Abkühlraten von mehr als oder gleich 10⁵ Grad Celsius pro Sekunde oder mehr als oder gleich 10⁶ Grad Celsius pro Sekunde schnell verfestigen. Aufeinanderfolgende Schichten von Fe-C-Cu-Legierungsteilchen können auf der Arbeitsoberfläche abgelagert und nacheinander miteinander verschmolzen werden, bis der gesamte dreidimensionale Gegenstand gebildet ist.
Das Fe-C-Cu-Legierungspulver kann in den additiven Herstellungsverfahren, die vorstehend beschrieben wurden oder in irgendeinem anderen geeigneten additiven Herstellungsverfahren verwendet werden, um daraus einen dreidimensionalen Gegenstand zu bilden. Danach kann der dreidimensionale Gegenstand der hierin beschriebenen vergütenden Wärmebehandlung oder sowohl der Lösungswärmebehandlung als auch der vergütenden Wärmebehandlung unterzogen werden, um eine abscheidungsverstärkte Mikrostruktur innerhalb des dreidimensionalen Gegenstandes einschließlich einer Lanzettmartensit-Matrixphase, einer Kupferabscheidungsphase und gegebenenfalls einer M₂C-Carbidabscheidungsphase zu erzielen.
Die obige Beschreibung der bevorzugten exemplarischen Ausführungsformen, Aspekte und speziellen Beispiele weisen lediglich einen beschreibenden Charakter auf; sie sind nicht dazu gedacht, den Umfang der folgenden Ansprüche zu begrenzen. Jeder der in den beigefügten Patentansprüchen verwendeten Begriffe sollte in seiner gewöhnlichen und allgemeinen Bedeutung verstanden werden, soweit nicht ausdrücklich und eindeutig in der Spezifikation anders angegeben.

Claims

Pulvermaterial für ein additives Herstellungsverfahren, wobei das Pulvermaterial Folgendes umfasst: Teilchen aus einer Legierung auf Eisenbasis, die Legierungselemente aus Kohlenstoff (C) und Kupfer (Cu) enthalten und einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 5-100 µm aufweisen, wobei die Legierung auf Eisenbasis, bezogen auf das Gewicht, zwischen 0-0,6 % umfasst Kohlenstoff und 0,1-10 % Kupfer, wobei die Legierung auf Eisenbasis formuliert ist, um eine abscheidungsverstärkte Mikrostruktur zu erhalten, die eine Lanzettmartensit-Matrixphase und eine Cu-Ausfällungsphase umfasst, wobei die Legierung auf Eisenbasis einen Cu-Gewichtsanteil und einen Nickel(Ni)-Gewichtsanteil aufweist, wobei der Ni-Gewichtsanteil unter dem Cu-Gewichtsanteil der Legierung auf Eisenbasis liegt, und wobei die Legierung auf Eisenbasis keine Heißrissanfälligkeit zeigt, wenn eine Menge der Legierung auf Eisenbasis geschmolzen und mit einer Kühlrate von mehr als oder gleich 10⁴ Grad Celsius pro Sekunde abgekühlt wird.
Pulvermaterial nach Anspruch 1, wobei die Legierung auf Eisenbasis einen Cobalt (Co)-Gewichtsanteil aufweist und wobei der Ni-Gewichtsanteil und der Co-Gewichtsanteil der Legierung auf Eisenbasis jeweils weniger als die Hälfte des Cu-Gewichtsanteils der Legierung auf Eisenbasis sind.
Pulvermaterial nach Anspruch 1, bei dem die Legierung auf Eisenbasis im Wesentlichen frei von Nickel und Cobalt ist.
Pulvermaterial nach Anspruch 1, wobei die Legierung auf Eisenbasis mindestens einen Carbidbildner umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Molybdän (Mo), Vanadium (V), Chrom (Cr) und Kombinationen davon besteht, und wobei die eisenbasierte Legierung formuliert ist, eine abscheidungsverstärkte Mikrostruktur zu erhalten, die eine Lanzettmartensit-Matrixphase, eine Cu-Abscheidungsphase und eine M₂C-Carbid-Abscheidungsphase umfasst, wobei M = Mo, V, Cr oder eine Kombination davon ist.
Pulvermaterial nach Anspruch 1, wobei die Legierung auf Eisenbasis, bezogen auf das Gewicht, 0,015-0,5 % C, 2,0-5,0 % Cu, 0,5-3,0 % Mo, 0,1-0,2 % V, 0-3,0 % Cr, 0-0,4 % Si und Eisen als Ausgleich umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Gegenstandes mittels eines additiven Herstellungsverfahrens, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (a) Bereitstellen einer Legierung auf Eisenbasis in Pulverform, wobei die Legierung auf Eisenbasis Legierungselemente aus Kohlenstoff (C) und Kupfer (Cu) umfasst und einen Gewichtsanteil von Cu sowie einen Gewichtsanteil von Nickel (Ni), der unter dem Gewichtsanteil von Cu liegt; (b) Ablagern einer Schicht von Teilchen der Legierung auf Eisenbasis auf einer Arbeitsoberfläche; (c) Richten eines Energiestrahls auf die Teilchenschicht auf der Arbeitsoberfläche, um mindestens einen Teil der Teilchen zu einer einheitlichen festen Masse zu verschmelzen; und (d) wiederholtes und sequentielles Ablagern und Verschmelzen von Schichten von Teilchen der Legierung auf Eisenbasis insgesamt auf der Arbeitsoberfläche, um einen einstückigen dreidimensionalen Gegenstand aufzubauen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Legierung auf Eisenbasis im Wesentlichen frei von Nickel und Cobalt ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt (c) das Richten eines Energiestrahls auf einen ausgewählten Bereich der Teilchenschicht auf der Arbeitsoberfläche zum lokalen Schmelzen und Verschmelzen der Teilchen und das vorwärts versetzen des Energiestrahls entlang eines vorbestimmten Pfades auf der Arbeitsoberfläche umfasst, sodass eine Menge von geschmolzenem Legierungsmaterial auf Eisenbasis schnell abkühlt und sich hinter dem vorwärts versetzten Energiestrahl verfestigt, um eine einheitliche feste Masse zu bilden, und wobei die Menge des geschmolzenen Legierungsmaterials auf Eisenbasis bei einem Abkühlen hinter dem vorrückenden Energiestrahl abkühlt und sich bei einer Abkühlungsrate von mehr als oder gleich 10⁴ Grad Celsius pro Sekunde verfestigt.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: (e) Erwärmen des dreidimensionalen Gegenstandes auf eine Temperatur im Bereich von 1000 bis 1250 Grad Celsius für 1-12 Stunden, und anschließendes (f) Wärmebehandeln des dreidimensionalen Gegenstandes durch Erhitzen des Gegenstandes auf eine Temperatur im Bereich von 450-600 Grad Celsius für 0,5-12 Stunden, um eine abscheidungsverstärkte Mikrostruktur innerhalb des Gegenstandes zu erhalten, der eine Lanzettmartensit-Matrixphase und eine Cu-Abscheidungsphase umfasst, wobei die Cu-Abscheidungsphase Teilchen eines Materials auf Kupferbasis umfasst, die in der Matrix der Lanzettmartensit-Matrix dispergiert sind, und wobei die Teilchen des Materials auf Kupferbasis einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 1-100 Nanometer aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Legierung auf Eisenbasis mindestens einen Carbidbildner umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Molybdän (Mo), Vanadium (V), Chrom (Cr) und Kombinationen davon, wobei der dreidimensionale Gegenstand in Schritt (e) auf eine Temperatur im Bereich von 450 bis 600 Grad Celsius für 0,5 bis 48 Stunden erhitzt wird, um eine abscheidungsverstärkte Mikrostruktur innerhalb des Gegenstandes zu erhalten, die eine Lanzettmartensit-Matrixphase, eine Cu-Abscheidungsphase und eine M₂C-Carbid-Abscheidungsphase umfasst, worin M = Mo, V, Cr oder eine Kombination davon ist, und wobei die M₂C-Carbidabscheidungsphase Teilchen eines M₂C-Carbids umfasst, wobei M = Mo, V, Cr oder eine Kombination davon ist, und wobei die M₂C-Carbidteilchen einen mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 1-100 Nanometern aufweisen.