Werkstofftechnologische Konzepte zum Diffusionsfügen von Titan-Stahl- und Magnesium-Stahl-Verbunde
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Kombination unterschiedlicher metallischer Werkstoffe bietet insbesondere für den Leichtbau ein großes Potential. Durch die Verbindung beider Werkstoffe lassen sich maßgeschneiderte Konstruktionen mit optimierten Eigenschaften herstellen. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich dieses Forschungsvorhaben mit der Herstellung von hybriden Strukturen, bei denen Stahl mit hochkorrosionsbeständigen Titanwerkstoffen oder mit ultraleichten Magnesiumwerkstoffen kombiniert wird. Mögliche spätere industrielle Anwendungen wären Mehrfachdüsen aus einer Kupfer-Titan-Stahl- Lötverbindung für Heißkanalwerkzeuge oder Fahrzeugrahmen aus einem Magnesium-Stahl-Verbund. Die technischen Herausforderungen beim Fügen derartiger Werkstoffe erfordert stetig neue Lösungen sowie tiefgreifende Grundlagenforschung. Ein geeignetes Lösungskonzept wurde im ersten Antrag vorgestellt, in dem eine dünne PVD-Schicht als Lot eingesetzt wurde. Im Rahmen der ersten zwei Jahre der Projektlaufzeit wurden die beantragten Arbeiten alle planmäßig durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass artungleiche Fügeverbunde unter Verwendung PVD-applizierter Lotschichten erfolgreich hergestellt werden können. Unter Einsatz von Kupfer-, Nickel- und Silber-Kupferschichten zum Löten von cp-Titan und kohlenstoffarmem Stahl 1.0204 sowie Kupferschichten zum Löten von Mg AZ31-Stahl 1.0204-Verbunden wurden alle Fügeverbindungen durch eine Variation der Schichtdicken und Prozessparameter optimiert. Die mechanischen und metallographischen Eigenschaften wurden eingehend untersucht, wobei der Schwerpunkt auf der Phasenanalyse lag. Im weiteren Verlauf des Projektes wurden die für das dritte Jahr beantragten Arbeiten entsprechend dem Versuchsplan fortgesetzt. Hierbei wurden die im ersten Antrag erwähnten Titanlegierung TiAl6V4, Magnesiumlegierung AZ31 und der Edelstahl 1.4301, die für industrielle Anwendungen hochrelevant sind, als Grundwerkstoffe untersucht. Durch metallographische, mechanische und chemische Untersuchungen wurden fügetechnisch hochrelevanten Fragestellungen, wie die Ausbildung intermetallischer Phasen, Verbindungsfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Lötverbindungen detailliert analysiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Transient liquid phase brazing of titanium using copper filler deposited by arc PVD process, Proceedings of International Conference on Engineering Tribology & Advanced Materials, ICETAM 2011
A. Elrefaey, L. Wojarski, J. Janczak-Rusch, W. Tillmann
- Evaluation of Corrosion Performance of Titanium/Steel Joint Brazed by Cu-Based Filler Metal, Journal of Materials Engineering and Performance, 21 (2012), ASM International, ISSN 1059- 9495, p. 707 – 713
A. Elrefaey, L. Wojarski, W. Tillmann
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1007/s11665-012-0121-0149-8) - Preliminary Investigation on Brazing Performance of Ti/Ti and Ti/Steel Joints Using Copper Film Deposited by PVD Technique, Journal of Materials Engineering and Performance, 21 (2012) 5, ASM International, ISSN 1059-9495, p. 696 - 700
A. Elrefaey, L. Wojarski, W. Tillmann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11665-012-0121-7) - Recent development in brazing titanium and titanium/steel joints using filler metal deposited by PVD technique, Conference Proceedings “5th International Brazing and Soldering Conference IBSC 2012”, 22. – 25. 04. 2012, Las Vegas/USA, p. 369 – 374
A. Elrefaey, L. Wojarski, W. Tillmann
- TLP brazing of titanium and steel using silver-copper-filler deposited by arc-PVD process, Proceedings of International Conference on Brazing, High Temperature Brazing and Diffusion Bonding, LÖT 2013, 18-20. 06. 2013, Aachen
W. Tillmann, C. Liu, L. Wojarski
- Brazing of magnesium alloy and austenitic stainless steel using a copper-filler, deposited by means of an arc-PVD process, Proceedings of International Conference on Brazing, High Temperature Brazing and Diffusion Bonding, LÖT 2016, 07- 09.06. 2016, Aachen
W. Tillmann, L. Wojarski, B. Lehmert
