Modellentwicklung zur Bestimmung der Wechselwirkungen zwischen Oberflächeneigenschaften und Diffusionsvorgängen beim Diffusionsschweißen von Nickellegierungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Lampke; Professor Dr.-Ing. Peter Mayr; Professor Dr.-Ing. Andreas Schubert
• Fachliche Zuordnung: Fügetechnik und Trenntechnik ; Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514802729

Durch Diffusionsschweißen lassen sich artgleiche und artfremde Werkstoffkombinationen flächig mit und ohne Zusatzwerkstoffe stoffschlüssig miteinander verbinden. Daher ist das Diffusionsschweißen vor allem zur Herstellung von monolithischen Bauteilen geeignet, die aus einer Vielzahl von Schichten bzw. Blechen zusammengesetzt sind, wie sie z. B. im Mikroapparatebau zum Einsatz kommen. In derartigen Mikroapparaten können Verfahren wie das Kühlen, das chemische Mischen oder auch chemische Reaktionen bei höheren Wirkungsgraden ablaufen als in konventionellen Systemen. Entsprechend der verfahrenstechnischen Einsatzbedingungen werden für diese Bauteile leistungsfähige Werkstoffe wie beispielsweise Nickellegierungen verwendet. Eine zusätzliche Möglichkeit, den Wirkungsgrad von Mikroapparaten zu verbessern, ist eine Erhöhung der Reaktionsfläche pro Bauteilvolumen. Dies bedingt eine deutliche Verkleinerung der Kanalstrukturen, sodass die Prozessenergien beim Diffusionsschweißen (Fügetemperatur, Fügezeit und Fügedruck) reduziert werden müssen, um die Maßhaltigkeit der Kanalstrukturen sowie die erforderlichen Verbindungseigenschaften zu gewährleisten. Im Vorhaben soll erforscht werden, wie die Mikrostruktur und die Oberflächeneigenschaften der Fügeflächen durch Dreh- und Diamantglättprozesse zu gestalten sind, um die Diffusionsneigung zu erhöhen und damit die Prozessenergien abzusenken. Die wissenschaftlichen Ziele sind die Ermittlung der Mechanismen und Zusammenhänge, die bei der Drehbearbeitung sowie umformenden Bearbeitung durch Diamantglätten von Reinnickel und Alloy 625 zu einer Veränderung der Oberflächenfeingestalt, der Korngröße und des Eigenspannungszustandes führen. Des Weiteren erfolgt für diese Werkstoffe die Ermittlung der Wirkbeziehungen zwischen den geometrischen Oberflächen- sowie den physikalischen Randschichteigenschaften, dem Prozessregime des Diffusionsschweißens und den Eigenschaften der resultierenden Fügeverbindung. Zudem soll die Randwinkelmessung auf Basis der Untersuchungsergebnisse dahingehend qualifiziert werden, dass eine schnelle und einfache Bewertung der Fügeflächen vorgenommen werden kann, um eine Vorhersage der erforderlichen Prozessenergien zu ermöglichen. Daraus soll ein Modell entwickelt werden, das anhand der Eingangsgrößen Randwinkel und Oberflächenfeingestalt der Fügeflächen die Ableitung geeigneter Prozessbedingungen für das Diffusionsschweißen erlaubt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen