Untersuchungen zum Elektronenstrahl (EB)-Löten (Kurzzeit-Wärmeleitungslöten)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Horst Biermann, seit 9/2022
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 493122212

Ziel des Vorhabens ist, die technologischen und werkstofflichen Wirkmechanismen eines Kurzzeit-Lötens mittels Elektronenstrahls im Softvakuum (<10^-3 mbar) zum gezielten, lokalen Fügen von Ni-Basis- Legierungen sowie die Auswirkungen auf das Beanspruchungsverhalten tiefgreifend zu erforschen. Die Auswahl des Ni-Basis-Grundwerkstoffes (INCONEL718) und des HTLx-Lotes erfolgten vorrangig vor dem Hintergrund der vielseitigen industriellen Anwendbarkeit in Hochtemperaturkomponenten. Hintergrund ist die Entwicklung einer energie- und werkstoffschonenden Technologie. Aufbauend auf diesem Wissen kann eine Aussage über die Potenziale und Grenzen des lokalen Elektronenstrahllötens getroffen werden. Diese umfasst die ganzheitliche Betrachtung der Bildung und Anbindung der Lötnaht, die sich daraus ergebende Beanspruchbarkeit der Fügeverbindung und entsprechende wissensbasierte Optimierungsmaßnahmen zur Prozessstabilisierung. Mit dem Projekt wird bzgl. des lokalen Hochtemperatur-Lötens von Ni-Basis-Legierungen mittels EB wissenschaftliches Neuland betreten, d. h. es liegen nach Kenntnis des Antragstellers keine Ergebnisse in der Literatur vor. Im Fokus stehen auf der einen Seite Grundlagenuntersuchungen zum Zusammenhang zwischen den Prozessparametern (Energieeintrag/- verteilung) und Gefüge-/Eigenschaftsänderungen zur Generierung beanspruchungsgerechter Lotverbindungen. Zum anderen sollen auf Basis einer simulationsgestützten Auslegung der thermischen Auswirkungen auf den Verzug Konstruktionsvorgaben für die Spaltgeometrie erarbeitet und durch Experimente verifiziert werden. Die FEM-basierten numerischen Berechnungen liefern dabei Informationen zur lokalen Verschiebung, die für eine gezieltere Wärmeeinbringung genutzt werden sollen, sowie Aussagen zur Sensitivität des Gesamtsystems hinsichtlich verschiedener Prozessfaktoren. Bausteine für die Auslegung der Fügestellen sind dabei vor allem definierte Temperaturen bzw. Temperaturbereiche, bei denen es zu Phasenübergängen und/oder Gefügeänderungen kommt. Gestützt auf diese neuen, derzeit nicht verfügbaren Grundlagenkenntnisse sollen anhand geeigneter Tests das Beanspruchungsverhalten und die Schädigungsarten im Detail untersucht werden. Im Ergebnis sollen beanspruchungsgerechte Lötverbindungen zwischen Ni-Basis- Legierung und Ni-Basis-Lot mit einem umfassenden Verständnis zu ihrer gezielten Herstellung und Beanspruchbarkeit vorliegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr.-Ing. Lars Halbauer, bis 8/2022