Einfluss von Wärmezyklus und Aufmischungsgrad beim Elektronenstrahlschweißen auf Eigenschaften und Langzeitverhalten von Aluminium-Kupfer-Mischverbindungen in stromdurchflossenen Bauteilen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Uwe Reisgen
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 342185193

Ein großes Leichtbaupotential, vor allem für die Elektromobilität, liegt in der Substitution von Kupfer durch Aluminium. Dazu kann Aluminium als Leiter und Kupfer als Kontaktwerkstoff (stoffschlüssig gefügt) eingesetzt werden. Im bisherigen Stand der Forschung steht nur die Identifizierung des rissanfälligen intermetallischen Phasensaums (IPS) im Fokus. Neben dem IPS besteht der Großteil der Fügeverbindung aus einem Al-Cu-Mischkristall welcher, wie eigene Versuche vermuten lassen, einer EN-AW-2xxx Legierung gleicht. Ein Nachweis dessen ermöglicht den Übertrag der bekannten elektrischen und mechanischen Eigenschaften von 2xxx-Legierungen auf die Mischverbindung. Durch Mischkristallbildung ist eine Steigerung der Festigkeit, leichzeitig aber eine Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit zu erwarten. Äußere Einflussfaktoren wie Temperatur, Bestromung und Zeit bewirken eine Veränderung des Aufbaus der Fügezone durch Diffusion und Elektromigration. Es wird auch eine zeitliche Veränderung der technologischen Eigenschaften (Erhöhung des elektr. Widerstands; Reduktion der Festigkeit) der Mischverbindung auftreten. Erkenntnisse über dieses Verhalten lassen Rückschlüsse auf die zu erwartende Lebensdauer der Fügeverbindung zu.Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erlangung eines gesamtheitlichen Verständnisses von Entstehung, Aufbau und zeitlicher Veränderung (durch den elektrischen Betrieb) stoffschlüssiger Aluminium-Kupfer Mischverbindungen. Durch die einzigartige schnelle und präzise Strahlmanipulation des Elektronenstrahlschweißens können gezielte Temperatur-Zeit-Verläufe und Aufmischungsgrade hergestellt werden. Der IPS soll sowährend des Schweißprozesses hinsichtlich Zusammensetzung und Bildung gewünschter Phasen (bspw. mit höherer Duktilität oder elektrischer Leitfähigkeit) beeinflusst werden. Es wird versucht, zwischen den gegenläufigen Größen (Festigkeit und elektrischen Leitfähigkeit) ein Optimum über der zu erwartenden Gebrauchsdauereinzustellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen