Abgeschlossene Projekte Löttechnologie

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Marvin Erck

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Adamant - Impfen von Ni- und Fe-Basisloten zum Verbessern der Verbundeigenschaften

Kurzbeschreibung:

Das Herstellen von hochfesten Fügeverbindungen mithilfe verschiedenster Löttechnologien ist in den unterschiedlichsten Industriezweigen Stand der Technik. Dabei haben sich die Klassen der Ni- und Fe-basislote besonders für Anwendungen bei hohen Temperaturen und gleichzeitiger korrosiver Belastung, wie zum Beispiel im Abgasstrang von Kraftfahrzeugen oder auch zur Instandsetzung von Turbinenschaufeln, hervorgetan. Die Legierungskonzepte der industriell meist genutzten Ni- und Fe-Lote sind sich hierbei sehr ähnlich und basieren auf dem jeweiligen Hauptlegierungselement, d.h. Ni- oder Fe, Cr zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und der mechanischen Eigenschaften sowie Legierungselementen, die den Schmelzpunkt senken. Typischerweise werden die Metalloide Silizium, Bor und Phosphor zu diesem Zweck zu legiert. Diese Elemente begünstigen jedoch die Bildung von sehr harten und spröden Phosphiden, Boriden und Siliziden. Die Sprödphasen stellen dabei nicht nur metallurgische Kerben dar, die hieraus gebildeten Phasenbänder versagen durch die geringe Zähigkeit auch spröde, sodass es bei Überlast zu einem spontanen Bauteilversagen kommt. Bisherige Konzepte zu Vermeidung diese Sprödphasen sind mit sehr hohem technischen und wirtschaftlichen Aufwand verbunden. Eine bisher nicht berücksichtigte Möglichkeit besteht in der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durch die Unterbrechung der Hartphasenbänder mithilfe einer gezielten Ausscheidungsbildung. So kann bereits die Zugabe geringer Mengen Ti die Festigkeit dieser Lötverbindungen entscheidend verbessern. Ziel des Projektes ist es, diesen Ansatz zu erforschen und für die industrielle Anwendung nutzbar zu machen.

Förderinstitution: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ (AiF)
Projektnummer: 21.231 N
Laufzeit: 01.06.2020 – 30.11.2022
 
 

2BeSafe2 - Entwicklung von Bemessungskonzepten zur Beurteilung der Betriebsfestigkeit hartgelötete Fügeverbindung unter Berücksichtigung prozessbedingter Lötnahtzustände

Kurzbeschreibung:

Getrieben durch Bestrebungen nach weiteren Steigerungen der Motorleistung sowie umweltpolitischen Zielen steigen im Automotivebereich die Anforderungen an dynamisch belastete Bauteile kontinuierlich. Um den Kraftstoff immer effizienter zu nutzen, arbeiten zum Beispiel Motoren mit Benzindirekteinspritzung mit immer höhere Einspritzdrücke in den Common-Rail-Systemen von p > 350 bar bei gleichzeitiger Reduzierung der Wanddicken. Eine wirtschaftliche Auslegung der hierbei genutzten Hartlötverbindungen für diese hochdynamischen Lastfälle ist von größter Bedeutung. Die wenigen, zurzeit vorliegenden Ansätze zur Bewertung der Betriebsfestigkeit hartgelöteter Verbindungen berücksichtigen den realen, mikroskopischen Zustand der Lötnaht nicht, sondern beziehen sich auf idealisierte Hohlkehlen. Zudem treten verschiedene Schadensmechanismen auf, die bisher nicht in den Bemessungskonzepten berücksichtigt werden. Dadurch entstehen relativ große Streuungen, wodurch Bauteile deutlich konservativer als notwendig konstruiert werden müssen. Dieses, insbesondere in der Automobilindustrie, drängende Problem wird im Rahmen dieses Vorhabens durch die Ableitung von verlässlichen Bemessungskonzepten für hartgelötete Verbindungen mit realitätsnahen Lötnahtzuständen behoben. Hierbei werden verschiedenste Einflussgrößen wie Art- und Dauer des Lötprozesses, aber auch geometrische Abweichung der Bauteilgeometrien erfasst und zur Ableitung ganzheitlicher Bemessungskonzepte herangezogen.

Förderinstitution: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ (AiF)
Projektnummer: 20.370 N
Laufzeit: 01.01.2019 – 30.06.2022
 
 

Einfluss der Fest-Flüssig-Reaktionen im Lötspalt auf Lötguteigenschaften und Präzision

Kurzbeschreibung:

Das Ziel des Teilprojekts A5 ist es, den Anteil der intermetallischen Phasen im Lötgut und die Auswirkungen einer Wärmebehandlung des Grundwerkstoffs beim Fügen von Warmarbeits­stählen mit Nickelbasisloten zu reduzieren und damit die mechanischen und thermischen Eigenschaften des Fügeverbunds zu verbessern. Das soll u. a. durch eine Reduktion des Kornwachstums des Grundwerkstoffs durch eine angepasste Temperatur­führung sowie stromunterstützt beschleunigte und gerichtete Diffusion während des Lötprozesses erreicht werden. Poster SFB 1120 – Teilprojekt A5

Förderinstitution: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer: SFB 1120 – Teilprojekt A5
Laufzeit: 01.07.2018 bis 30.06.2022
 
 

Behandlung von Stahlblechen für das Druckgießen spalt- und verzugsarmer Aluminiumguss/Stahlblech-Metallhybriden

Kurzbeschreibung:

Das Ziel des Forschungsprojektes ist es, spalt- und verzugsarme hybride Al/Stahl-Komponeneten mittels Druckguss herzustellen. Zu diesem Zweck werden durch Thermisches Spritzen und Auftraglöten Beschichtungen appliziert, die die Ausbildung einer adäquaten stoff- und/oder formschlüssigen Anbindung sowohl zum Blech als auch zum Al-Guss während des Druckgießens ermöglichen. Ein Anschmelzen des Schichtwerkstoffs im Druckgießprozess erleichtert dabei das Aufbrechen der auf der Beschichtung vorhandenen Oxidschicht, wodurch die stoffschlüssige Verbindung begünstigt wird. Zu untersuchen ist der Einfluss der verschiedenen Beschichtungsprozesse auf die Benetzung des Schichtwerkstoffs, die Ausbildung der intermetallischen Phasen zwischen Stahl und Al-Gusslegierung sowie das Aufschmelz- und Oxidationsverhalten der Beschichtungen. Poster BO 1979/39-1

Förderinstitution: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer: BO 1979/39-1
Laufzeit: 01.01.2015 bis 30.06.2018
 
 

Vermeidung binderbedingter Fehlstellen durch prozesssichere Verarbeitung von Lotpasten bei flächigen Bauteillötungen

Kurzbeschreibung:

Lotpasten bestehen aus einem Lotpulver und organischen Bindemitteln. Aufgrund der organischen Binder kommt es in der Praxis insbesondere bei großflächigen Fügeverbindungen zu Fehlstellen wie Poren, Einschlüssen oder Benetzungsfehlern. Ziel des Vorhabens war es, die Verwendbarkeit von Lotpasten auf großflächige und komplexe Bauteilgeometrien zu erweitern und die Fehlstellenbildung zu vermeiden. Im ersten Schritt wurde dazu ein umfassendes Prozessverständnis der Fehlstellenbildung im Lötprozess erarbeitet. Das beinhaltete die eingehende Untersuchung von binderbedingten Rückständen sowie die Untersuchung des Zersetzungs- und Entgasungsverhaltens von organischen Bindern in Lotpasten mittels verschiedener thermoanalytischer Methoden. Im nachfolgenden Bearbeitungsschritt konnte aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen die Fehlstellenbildung mittels verschiedener prozesstechnischer und werkstofftechnischer Ansätze deutlich reduziert werden. Dabei hat sich die gezielte Abführung der entstehenden dampfförmigen Zersetzungsprodukte des Binders mithilfe einer Strukturierung der Lotpaste, sowie die Zugabe eines Carbidbildenden Elementes, zur Abbindung organischer Reststoffe, insbesondere bei Nickelbasisloten als zielführend erwiesen. Poster 17.907 N

Förderinstitution: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ (AiF)
Projektnummer: 17.907 N
Laufzeit: 01.11.2014 bis 31.08.2017
 
 

Systematische Untersuchung der Einflüsse von Oberflächenzuständen auf gelötete Fügeverbunde mit anwendungsrelevanten Prüfverfahren III

Kurzbeschreibung:

Das Ziel des Forschungsprojektes war es, die Prozesssicherheit durch die Vermeidung von Lötfehlern, die durch Oberflächenverunreinigungen entstehen, zu erhöhen. Dazu wurde der Einfluss verschiedener Oberflächenzustände auf die Qualität der Lötnaht systematisch untersucht. Definierte Oberflächenzustände wurden durch eine Variation aus Bearbeitungsverfahren, Verunreinigung durch Kühlschmierstoffe und anschließende Reinigungsprozesse eingestellt. Die Lötnahtqualität wurde durch zerstörungsfreie sowie zerstörende Werkstoffprüfung überprüft. Poster IGF-Nr. 18.387 N

Förderinstitution: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V. (AiF)
Projektnummer: IGF-Nr. 18.387 N
Laufzeit: 01.01.2014 bis 31.07.2017
 
 

Bewertung der Betriebsfestigkeit sicherheitsrelevanter, hartgelöteter Fügeverbunde

Kurzbeschreibung:

Das Ziel des Forschungsprojektes ist es, Bewertungsstrategien für die Betriebsfestigkeit von Lötverbindungen für sicherheitsrelevante Bauteile, wie z.B. Benzin-Kraftstoffzuteiler, abzuleiten. Neben der Untersuchung des Fertigungsprozesses und der Auswirkung der makroskopischen Hohlkehle wurden zur detaillierten Qualitätssicherung zahlreiche geometrische Kennwerte der gelöteten Proben bestimmt, um deren Einfluss auf die Betriebsfestigkeit zu analysieren. Die Ergebnisse wurden im Anschluss auf einen anwendungsnahen Demonstrator, in Form einer gelöteten Rohrverbindung, übertragen. Poster IGF-Nr. 17.766 N

Förderinstitution: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V. (AiF)
Projektnummer: IGF-Nr. 17.766 N
Laufzeit: 01.08.2013 bis 31.12.2016