Abgeschlossene Projekte Löttechnologie

 

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-Komponenten 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 zu Stahlblech als auch zum Al-Guss während des Druckgießens ermöglichen. Im Mittelpunkt der Arbeiten der zweiten Phase steht das WING-Bauteil als geometrisch komplexeres Hybrid-Werkzeug. Dieses erlaubt auf dem geforderten Komplexitätsniveau die wissenschaftliche Untersuchung relevanter Parameter und Mechanismen der einzelnen Prozessschritte und deren Interaktionen. Das Gesamtziel des geplanten Projektes ist daher die experimentelle Erarbeitung der relevanten Mechanismen und deren Abhängigkeiten von Prozess- und Werkstoffparametern entlang der Fertigungskette. Durch Erstellung einer Kriteriumsfunktion in Kombination mit thermophysikalischen Simulationen sollen z.B. Bereiche des Substrates ermittelt werden, die für eine Strukturierung geeignet sind und/oder die Bereiche, in denen eher eine Beschichtung den optimalen Verbund zwischen Al-Guss und Stahl ermöglicht.

Förderinstitution:	Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektnummer:	BO 1979/39-2
Laufzeit:	01.07.2020 bis 31.03.2023

 

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 e.V. (AiF)
Projektnummer:	21.231 N
Laufzeit:	01.06.2020 bis 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 e.V. (AiF)
Projektnummer:	20.370 N
Laufzeit:	01.01.2019 bis 30.06.2022

 

Netzwerk zur Entwicklung und Qualifizierung wirkungsgraderhaltener Schutzschichten gegen Erosion und Korrosion bei Turbinenlaufschaufeln in Dampfturbinen, Gasturbinen und Kompressoren – Coat4Turbine.NRW.

Kurzbeschreibung:

Das Hauptziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung von Erosions- und Korrosionsschutzschichten, die dem Erhalt wirkungsgradoptimaler Konturen und der Lebensdauerhöhung von rotierenden Dampfturbinen- und Kompressorlaufschaufeln dienen. Innovative Beschichtungskonzepte werden entwickelt, hergestellt, geprüft und auf industrienahe Bauteile appliziert. In dem Bereich der Löttechnologie wird das Unterziel verfolgt, Ni- bzw. Fe-Basis-Beschichtungen mit verschiedenen Hartstoffanteilen für Dampfturbinenschaufeln aus X12CrNiMo12-Stahl als Schutz gegen Tropfenerosion und Korrosion zu evaluieren. Durch die Applikation der Schutzschichten wird ein dauerhafter hoher Wirkungsgrad, eine gesteigerte Life-Cycle-Efficiency, aber vor allem eine enorme CO₂-Einsparung erreicht. Poster EFRE-0801003

Förderinstitution:	Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)
Projektnummer:	EFRE-0801003
Laufzeit:	23.03.2018 bis 22.03.2021

 

Entwicklung innovativer Tapes, gesinterter Formteilen und von Prozessparametern für das Reparaturlöten hochbeanspruchter Komponenten von Gasturbinen

Kurzbeschreibung:

Das Ziel des Forschungsprojektes ist es, fehlstellen- und schrumpfungsarme Green Tapes und Presintered Preforms auf Ni- und Co-Basis zu entwickeln. Parallel soll ein angepasstes Verfahren zum Reparaturlöten von Turbinenkomponenten abgeleitet werden, das sowohl die Applikationsmethode der Preforms und Tapes sowie neuartige Ansätze für die Prozessparameter umfasst. Ausgangspunkt ist die Untersuchung des Einflusses der Korngrößenverteilung von Lot- und Additivpulvern, die zur Herstellung der Tapes und Preforms eingesetzt werden.

Förderinstitution:	Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)
Projektnummer:	ZF 4059004TA7
Laufzeit:	01.06.2017 bis 31.12.2019

 

Optimierung von Hartmetall-Stahl-Lötverbindungen hinsichtlich Festigkeit, Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit durch Verbesserung der Prozesskontrolle beim Induktionslöten

Kurzbeschreibung:

Ziel des Forschungsprojektes ist es, die Temperaturführung beim Induktionslöten zu verbessern und somit die Reproduzierbarkeit und Qualität der Fügeverbindung zu erhöhen. Infolge der Verflüssigung des Lotes und des Absackens des oberen Substrates kommt es im Lötprozess zu Geometrie- und Kraftänderungen am Bauteil. Mit hochauflösenden Kraft- und Wegsensoren kann das Absacken des Substrates beim Aufschmelzen des Lotes detektiert werden. Mithilfe der zusätzlichen Messdaten kann somit eine Steuerung entwickelt werden, die neben der Oberflächentemperatur den Lotzustand berücksichtigt. Dadurch ist es möglich, viele Störgrößen, wie zum Beispiel den Einfluss der Bauteilgeometrie, die Heizrate oder auch die Wärmeleitung, zu vernachlässigen und qualitativ hochwertige Bauteile mit reproduzierbarer Festigkeit herzustellen. Poster 19.201 N

Förderinstitution:	Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V. (AiF)
Projektnummer:	19.201 N
Laufzeit:	01.01.2017 bis 30.06.2019

 

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 e.V. (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