Einfluss der Zinkschicht beim thermischen Fügen von Aluminium-Stahl-Mischverbindungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Erkenntnisse aus den experimentellen und numerischen Untersuchungen lassen sich wie folgt zusammenfassen: • Die Zinkschicht ermöglicht die Benetzung von Aluminiumtropfen auf Stahloberflächen. • Beim Kontakt mit dem flüssigen Aluminium wird die dünne Zinkschicht aufgeschmolzen und das Aluminium gleitet auf einem dünnen flüssigen Film. • Tendenziell verläuft die Benetzung auf elektrolytisch verzinkten Stahloberflächen unruhiger und langsamer (innerhalb der ersten 10 bis 20 ms, wie bei den Einzeltropfenversuchen beobachtet werden konnte), was auf eine geringere Wärmeübertragung aufgrund einer unebeneren Oberflächen zurückgeführt wurde. • Die Benetzung wird durch die Erstarrung der Schmelze beendet. Tendenziell erstarrt die Schmelze auf dickeren Zinkschichten schneller, was sowohl bei den Einzeltropfenuntersuchungen als auch in den Blindlötungen beobachtet werden konnte. Auf das Benetzungsergebnis hat die Dicke der Zinkschicht jedoch einen untergeordneten Einfluss. • Die im Experiment gemessene Zinkanreicherung in der erstarrten Schmelze ist das nach außen getriebene Zink. • Als größter Einflussfaktor bezüglich der Benetzungsbreite und des Benetzungswinkels wurde im Falle der Einzeltropfen die Substrattemperatur TS identifiziert. • Beim Benetzungsprozess kommt es zur Verdampfung der Zinkschicht und damit zur Porenbildung, die insbesondere beim Benetzen auf nicht vorgewärmten Substraten beobachtet wird. • Die ermittelten Tendenzen des Fließverhaltens sowie der resultierenden Benetzungsbreiten in Bezug auf die Zinkschichtdicke sind im Falle der Blindlötungen übereinstimmend mit denen im Einzeltropfenversuch, so dass hier eine sehr gute Übertragbarkeit gegeben ist. • Die gemessenen Benetzungsbreiten der Überlappschweißungen zeigen keine eindeutige Abhängigkeit, wie sie in den Einzeltropfenversuchen für vorgewärmte Substrate beobachtet wurden. Hier spielen möglicherweise zusätzliche Einflussfaktoren wie das Aufbrechen der Oxidschicht in der Überlappungszone eine bedeutendere Rolle als in den Einzeltropfenversuchen und Blindlötungen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Influence of Zinc Coatings for Joining Steel Substrates to Aluminium. IIW Annual Assembly 2014 Com. XVII, Seoul/Korea (2014) paper no. XVIIA-0060-14 (online)
Gatzen, M; Radel, T; Möller, F; Thomy, C
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The role of zinc layer during wetting of aluminium on zinccoated steel in laser brazing and welding. Proc. of the 8th International Conference on Photonic Technologies (LANE 2014) Physics Procedia 56, eds.: M. Schmidt, F. Vollertsen, M. Merklein. Elsevier Amsterdam, (2014), 730 - 739
Gatzen, M; Radel, T; Thomy, C; Vollertsen, F
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Wetting behavior of eutectic Al-Si droplets on zinc coated steel substrates. Journal of Materials Processing Technology 214, (2014), 123 – 131
Gatzen, M.; Radel, T.; Thomy, C.; Vollertsen, F.
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Influence of different zinc coatings on laser brazing of aluminum to steel. Lasers in Manufacturing (LIM15) eds.: T. Graf, C. Emmelmann, L. Overmeyer, F. Vollertsen, (2015)
Radel, T; Gatzen, M; Woizeschke, P; Thomy, C
