Legierungs- und prozessabhängige Mikrostruktur von AlGeSi-gelöteten CrNi-Stahl/Aluminium-Mischverbunden und deren Einfluss auf die quasistatischen mechanischen Eigenschaften und das Ermüdungsverhalten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Guntram Wagner
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448725224

In vielen Industriebereichen besteht ein erheblicher Bedarf artfremde Werkstoffe zu kombinieren. Das Löten von Verbunden aus CrNi-Stahl und höherfesten Aluminiumlegierungen ist aufgrund der hohen Schmelztemperatur der vorhandenen Lotwerkstoffe nahezu ausgeschlossen. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit des Nachweises der Eignung von alternativen Lotsystemen, welche sowohl niedrige Schmelztemperaturen als auch gute Korrosionsbeständigkeiten aufweisen.Die Entwicklung von niedrigschmelzenden Lotwerkstoffen auf Basis des ternären Systems Al-Ge-Si ermöglicht das Fügen von CrNi-Stahl und höherfesten, bisher nicht lötgeeigneten Aluminiumlegierungen. Da eine ternäre eutektische Zusammensetzung im Al-Ge-Si System vorliegt kann ein Schmelzpunkt erreicht werden, der deutlich unter demjenigen der weit verbreiteten Al-Si-Lotlegierungen liegt. Die hierbei zu nutzende Dünnfolientechnologie zur Herstellung von Lotbändern basiert auf dem ultraschnellen Abschrecken der Lotschmelze (106 K/s), die in einem amorphen oder nanokristallinen Zustand erstarrt. Zwei verschiedene Lötverfahren können unter Einsatz dieser Folien durchgeführt werden, um die Bildung spröder intermetallischer Verbindungen zu unterdrücken: kurzzeitiges Induktionslöten und Vakuumlöten im Ofen. Das Erste Verfahren sorgt für die Unterdrückung thermodynamisch stabiler Phasen, das Zweite für eine gute Homogenisierung der Lötverbindungen. Silizium im Lotwerkstoff verhindert die Bildung intermetallischer Fe-Al-Schichten bzw. wird deren Dicke reduziert. Dabei wird die Schichtdicke maßgeblich durch die Temperaturführung und die Dauer des Fügeprozesses beeinflusst.Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden Induktionslöten (an der TUC) und Vakuumofenlöten (am MEPhI) genutzt, um Mischverbunde aus CrNi-Stahl und höherfesten Aluminiumlegierungen herzustellen. Der Induktionslötprozess findet in kurzer Zeit statt und ermöglicht einen lokalen Wärmeeintrag. Im Gegensatz dazu erfordert das Vakuumlöten längere Haltezeiten. Infolgedessen treten in der Reaktionszone völlig unterschiedliche Diffusionsprozesse auf. Durch den Vergleich der resultierenden Mikrostrukturen ist es möglich, die Kinetik der Bildung der Reaktionszone und ihre Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Lötverbindungen zu verstehen. Da derartige Mischverbunde im Anwendungsfall häufig hohe zyklische Beanspruchungen erfahren, ist im Rahmen des Forschungsvorhabens neben den quasistatischen mechanischen Eigenschaften insbesondere das Ermüdungsverhalten der erzeugten Verbunde zu charakterisieren. Darüber hinaus ist die Untersuchung der Bruchflächen der getesteten Proben wichtig, um die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen der Lötverbindungen zu verstehen. Dadurch wird eine grundlegende Basis für die Entwicklung und Anwendung von gelöteten CrNi-Stahl/Aluminium-Mischverbunden geschaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Professor Dr. Oleg N. Sevryukov, bis 3/2022