Flussmittelfreies ultraschallgestütztes Induktionslöten von Aluminium-Stahl-Verbindungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans Christian Schmale; Dr.-Ing. Lukas Wojarski
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565410803

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird das flussmittelfreie, ultraschallunterstützte Induktionslöten von Aluminium-Stahl-Verbindungen untersucht. Aluminium-Stahl-Verbindungen, die insbesondere im Leichtbau, dem Verkehrssektor, dem Schiffsbau, der Schienenverkehrsindustrie und der Elektrotechnik von zentraler Bedeutung sind, stellen nach wie vor eine große Herausforderung für die thermische Fügetechnik dar. Neben den thermodynamisch stabilen Oxidschichten, die vor oder im Lötprozess entfernt werden müssen, stellt auch die Sprödphasenbildung zwischen Aluminium und Eisen ein Hemmnis für eine breite industrielle Anwendung dar. Ziel des Vorhabens ist es daher, ein fundiertes Verständnis des ultraschallgestützten Lötprozesses im Werkstoffsystem Aluminium-Stahl zu schaffen, das erlangte Grundlagenwissen zur Verbesserung der Prozesskontrolle einzusetzen und eine Adaption auf andere Werkstoffsysteme zu ermöglichen. Hierzu wird im geplanten Forschungsvorhaben eine Lötvorrichtung entwickelt, die induktive Erwärmung mit einer Ultraschallanregung kombiniert. Mithilfe dieser Vorrichtung werden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um den Einfluss zentraler Prozessparameter wie Ultraschallamplitude, Löttemperatur und Lötspaltbreite auf die Gefügeausbildung und Verbundfestigkeit systematisch zu analysieren. Parallel dazu wird ein gekoppeltes Simulationsmodell (FEM) entwickelt, das die Ultraschallausbreitung in den Fügepartnern und dem Lot abbildet. Dieses Modell wird in Verbindung mit den experimentell gewonnenen Erkenntnissen genutzt, um den Einfluss des Schalldruckfeldes auf die Zerrüttung der Oxidschichten sowie die Ausbildung von Sprödphasen zu beschreiben. Es wird abgeleitet, wie der Ultraschall eingesetzt werden muss, um damit die Verbindung positiv zu beeinflussen. Die Erkenntnisse aus dem Vorhaben umfassen ein grundlegendes Verständnis des Ultraschalleinflusses im Lot sowie dessen Einfluss auf Oxidschichten und intermetallische Phasenbildung. Darüber hinaus werden Strategien zur gezielten Steuerung des Prozesses entwickelt, um reproduzierbar Verbindungen mit hoher Festigkeit herzustellen. Die Kombination aus experimentellen Ergebnissen und Simulationen ermöglicht es, allgemeingültige Handlungsempfehlungen für den industriellen Einsatz des Verfahrens abzuleiten. Damit erbringt das Projekt einen bedeutenden Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger Fügeverfahren ohne Einsatz gesundheitlich bedenklicher Flussmittel. Die Projektergebnisse werden über Open-Access-Publikationen sowie frei verfügbare Simulationsmodelle zugänglich gemacht, um weitere Forschung zu fördern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen