Einfluss der Multilagenstrukturmorphologie auf die Eigenschaften der Selbstausbreitungsreaktion beim Hybridfügen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jean Pierre Bergmann; Professor Dr.-Ing. Frank Mücklich
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426339810

Hybride Kunststoff-Metall-Verbindungen nehmen an Verwendung und Einsatz stetig zu, benötigen jedoch auch eine kontinuierliche Weiterentwicklung möglicher Fügeverfahren um chemischen und physikalischen Werkstoffeigenschaften gerecht zu werden. Auf Basis bestehender Arbeiten hat sich der Einsatz reaktiver Multilagen und deren selbstfortschreitende Hochtemperatursynthese-Reaktion in diesem Zusammenhang als besonders aussichtsreiche Fügemethode erwiesen. Gelingt es die verwendeten Multilagen vorausgehend oder im Prozess selbst gezielt zu öffnen, kann der durch die Reaktion aufgeschmolzene Kunststoff diese vermeintliche Trennebene durchdringen und einen beständigen Verbund mit dem Metallpartner eingehen. Im beantragten Folgeprojekt soll das Fügen von Kunststoff-Metall-Verbindungen mittels reaktiver Al/Ni-Multischichten systematisch untersucht werden, um einen optimierten Materialdurchsatz und damit maximale Verbundfestigkeit zu erreichen. Ziel ist es, die Wechselwirkungen zwischen prozessbedingten und selbst eingebrachten Folienstrukturen und den in das Metall eingebrachten Oberflächenstrukturen zu analysieren und abzuleiten. Das spezifische Ziel des Projektes liegt in der Ableitung maßgeschneiderter Reaktionsprofile der reaktiven Folie im Verbund durch Beeinflussung der Oberflächenstruktur des Metallpartners sowie der Struktur der Folie selbst. Zur Strukturierung der Metalloberfläche werden verschiedene laserbasierte Abtragverfahren eingesetzt, die unterschiedliche Oberflächenstrukturen sowohl hinsichtlich der geometrischen Form als auch der Strukturdichte ermöglichen. Dabei werden die auftretenden Formen von Oxidationen sowie Materialauswurf und deren Einfluss auf die Bindungsbildung gezielt berücksichtigt. Für die Strukturierung der Multilagen mittels Ultrakurzpulslaser dienen bisherige Ergebnisse aus eigenen Arbeiten als Grundlage für weitere Untersuchungen. Ziel ist es, Folienstrukturen abzuleiten, die durch Führung der Reaktionsfront eine gewünschte Wärmeabgabeverteilung erzeugen und gleichzeitig einen maximalen Materialfluss gewährleisten. Durch Entwicklung einer neuen Fügevorrichtung wird es möglich den Reaktionsverlauf im Verbund in-situ zu charakterisieren und Einflüsse aus dem Reaktionsprozess und den Fügepartnern selbst abzuleiten. Der Schwerpunkt liegt auf der Prüfung der Reaktion orthogonal zur Folienebene im Kunststoff-Metall-Verbundsystem unter Verwendung transparenter Kunststoffmaterialien und eines optisch transparenten Krafteinleitungssystems. Somit kann die Temperatur-Zeit-Charakteristik im Gesamtverbund identifiziert werden. Unterstützende numerische Analysen werden durch die Entwicklung eines makroskopischen 2D/3D-FE-Modells durchgeführt, das das Zeit-Temperatur-Verhalten der reaktiven Multilage im Kunststoff-Metall-Verbund abbildet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen