Simulationsgestütztes Werkstoffdesign von Fe-basierten amorphen Lotfolien

• Antragstellerinnen: Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin; Dr.-Ing. Ulrike Hecht
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448510847

Das hier vorgestellte Forschungsvorhaben ist eine Fortsetzung des gleichnamigen Vorgängerprojektes. Ziel ist es, eine neue amorphe Fe-Basislegierung zu entwickeln und diese für den Einsatz im Lötprozess nutzbar zu machen. Im Vorgängerprojekt wurde eine thermodynamische Datenbank im quinären Mehrkomponentensystem Fe Ni Cr Si B entwickelt, die die amorphe Mikrostruktur von Fe-Basislegierungen erfolgreich vorhergesagt hat, sodass diese im Melt-Spin-Prozess hergestellt werden konnten. Mit Hilfe dieser Datenbank soll nun eine für den Lötprozess optimierte amorphe Fe-Basislegierung mit erhöhtem Fe-Gehalt und reduziertem Ni-Gehalt hergestellt werden. Es folgt der anschließende Einsatz dieser amorphe Fe-Basislegierung im Vakuumofenprozess zum Löten stoffschlüssiger Fügeverbindungen. Um zu erforschen, welche Prozessbedingungen sich ideal dazu eignen, soll die sich auszubildende Mikrostruktur in der Lötnaht sowie die daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften untersucht werden und der Lötprozess entsprechend angepasst werden. Vorarbeiten haben bereits gezeigt, dass die Herstellung eines Fügeverbundes mit einer der neuentwickelten amorphen Fe-Basislegierungen möglich ist. Die Optimierung des Lötprozesses und die Erforschung der Lötnahtmikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften stellen offene Fragen dar, deren Beantwortung entscheidende Vorteile für spätere Anwender mit sich bringt. Amorphe Folien sind aufgrund ihrer glasähnlichen Mikrostruktur flexibel und lassen sich somit leicht an unterschiedlichste Bauteilgeometrien anpassen. Obwohl bereits zahlreiche amorphe Fe-Basislegierungen erforscht wurden, sind diese aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung und ihrer Liquidustemperatur nicht für das Löten geeignet. Daher werden trotz des steigenden Rohstoffpreises von Ni, im Bereich des Lötens von hochbeanspruchten Bauteilen, amorphe Ni-Basisfolien eingesetzt. Um hier eine kostengünstigere Alternative zu schaffen und die CALPHAD-Methode in der Lotlegierungsentwicklung zu etablieren, soll die optimale Lötprozessroute zur Lötung stoffschlüssiger Verbindungen mit einer neu definierten amorphen Fe-Basislegierung erforscht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen