Flachwalzen stranggegossener Al/Cu-Verbundbänder mit geometrisch ausgestalteten Grenzflächen

• Antragsteller: Dr.-Ing. David Bailly, seit 7/2024; Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 457434681

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer Methode, einen Werkstoffverbund aus Aluminium und Kupfer ausschließlich durch einen Verbundstranggießprozess mit einem anschließendem Fertigwalzprozess herzustellen. Mit dieser kurzen Prozessroute wäre es möglich Halbzeugverbunde aus Aluminium und Kupfer, die beispielsweise in Schlüsseltechnologien wie der Elektromobilität weiterverarbeitet werden, endabmessungsnah und kostengünstig zu fertigen. Bislang stellt das Kaltwalzplattieren die produktivste Prozessroute für die Herstellung von diesem Werkstoffverbund dar. Vor dem Walzplattieren müssen die beiden Werkstoffe gegossen, gewalzt und einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden. Anschließend bedarf es einer Wärmebehandlung, um die Verbundfestigkeit zu erhöhen sowie einen weiteren Walzprozess, um die gewünschte Dicke des Werkstoffverbundes einzustellen. Bei der angestrebten Prozessroute aus Verbundstranggießen und Fertigwalzen entsteht der Verbund hingegen bereits beim Gießprozess und wird anschließend durch das Fertigwalzen nur noch auf die vorgesehene Dicke reduziert. Diese verkürzte und wirtschaftlich sehr interessante Prozessroute ist bereits bei der Herstellung von Verbunden aus unterschiedlichsten Werkstoffen ein etabliertes Verfahren. Für die Werkstoffkombination aus Aluminium und Kupfer ist dieser Prozess jedoch aufgrund der beim Gießen zwischen den Verbundpartnern entstehenden ausgeprägten intermetallischen Phase bis jetzt nicht möglich. Die Vorarbeiten lassen vermuten, dass hierfür auftretende Schubspannungen in der Kontaktebene verantwortlich sind, welche auf den unvermeidbaren Festigkeitsunterschied zwischen den Verbundpartnern zurückzuführen sind. Untersuchungen zeigen, dass es eine besonders hohe Oberflächenvergrößerung bedarf, damit eine ausgeprägte intermetallische Phase aufreißt und die Verbundpartner in direkten Kontakt treten können. Gleichzeitig benötigt es große Normaldruckspannungen, um zwischen den Verbundpartnern einen direkten Verbund hoher Festigkeit herzustellen. Beim Walzen stranggegossener Al-Cu-Verbunde ist die intermetallische Phase so groß, dass sich die schädigende Wirkung der Schubspannungen bemerkbar macht, bevor die intermetallische Phase weitgenug aufgerissen ist, um eine direkte Werkstoffverbindung hoher Festigkeit herstellen zu können. Um dennoch Al-Cu-Verbunde durch diese vielversprechende Prozessroute zu erzeugen, soll im Rahmen des vorliegenden Antrages untersucht werden, wie eine beim Gießen mit strukturierten Gleitkokillen eingebrachte geometrisch ausgeprägte Grenzfläche, die Schädigungswirkung der Schubspannungen vermeiden kann. Diese Grenzstruktur dient dazu, eine Relativbewegung zwischen den Verbundpartnern durch die geometrische Zwangsbedingung seiner Struktur zu verhindern und dadurch die zerstörend wirkenden Schubspannungen in der Verbundebene abzufangen. Somit lässt sich beim Walzen eine Oberflächenvergrößerung ohne ein aneinander Abscheren der Verbundpartner verwirklichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt, bis 7/2024