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Wednesday, September 21, 2022, TZ 6 10:00 AM Moderne Fügeverfahren - Hartlöten |
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Erhöhung der Fertigungstoleranz hochtemperaturgelöteter Bauteile durch thermodynamische Berechnung von Temperatur-/Zeitzyklen |
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Jonas Maiß* / Hochschule Niederrhein, Germany Johannes Wilden / Hochschule Niederrhein, Deutschland Wolfgang H. Müller/ Technische Universität Berlin, Deutschland Sebastian Glane/ Technische Universität Berlin, Deutschland Aleksandr Morozov/ Technische Universität Berlin, Deutschland |
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Das Hochtemperaturlöten mit Nickelbasisloten ist ein etabliertes Verfahren mit vielfachen Anwendungsgebieten wie z.B. in der chemischen Industrie, dem Maschinen-, Anlagen- sowie Werkzeugbau und in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Bei der Prozessführung kann jedoch, in Abhängigkeit von der eingestellten Lötspaltbreite, eine ungewünschte Sprödphasenbildung auftreten. Dabei können die Sprödphasen sowohl dispers verteilt als auch als nahezu durchgängige Phase im Bereich der Lötnahtmitte vorliegen. Je nach Sprödphasenausbildung kann dies zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der Lötnaht führen. Ein etabliertes Verfahren zur Vermeidung unerwünschter Sprödphasenbildung ist die Verwendung von Lötspaltbreiten bis maximal 50 µm. Dies setzt allerdings eine hohe Fertigungspräzision voraus, welche sich in erhöhtem Zeit- und Kostenbedarf widerspiegelt. Die Sprödphasenbildung ist auf Legierungselemente wie Bor, Silizium und Phosphor zurückzuführen, die dem Lot als Schmelzpunktsenker hinzulegiert werden. Durch Bestimmung der Diffusionskoeffizienten der jeweils beteiligten Legierungselemente können Temperatur-/Zeitzyklen entwickelt werden, bei denen eine Sprödphasenbildung auch bei Lötspaltbreiten über 50 µm weitgehend vermieden wird. Dies führt zu einer Erhöhung der Festigkeit der Lötverbindung, die nahezu die Festigkeitswerte der Grundwerkstoffe erreichen kann. Diese Vorgehensweise kann sowohl für artgleiche als auch für artungleiche Fügeverbindungen angewandt werden. Weiterhin ist es möglich, den Einfluss der Sprödphasen auf die Verbindungsfestigkeit zu quantifizieren und hierdurch einen gewissen verbleibenden Sprödphasenanteil in der Lötnaht zu tolerieren. Dies bietet das Potential, die notwendige Prozesszeit und die damit einhergehenden Kosten zu reduzieren, ohne dass eine negative Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften erfolgt. |