Unterschiedliche Metalle fügen und negative Einflüsse intermetallischer Phasen minimieren

Durch die Kombination verschiedener Metalle lassen sich Bauteile fügen, die die besten Eigenschaften der Werkstoffe miteinander vereinen. So ergeben zum Beispiel das geringe Gewicht von Aluminium und die hohe Festigkeit von Stahl richtig kombiniert ein leichtes und gleichzeitig sicheres Karosseriebauteil.

Doch zunächst müssen bei der Verbindung unterschiedlicher Metalle zumeist einige Hürden genommen werden. Unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit und -dehnung sowie abweichende Festigkeitswerte können leicht zum Bauteilverzug führen. Verschiedene Schmelzpunkte und unterschiedliche metallurgische Eigenschaften bergen die Gefahr, dass sich intermetallische Phasen ausbilden, die je nach Ausprägung Rissbildung und Bauteilversagen zur Folge haben können.

Aluminium und Stahl fügen

Beim thermischen Fügen von Stahl und Aluminium gilt es, die spröde intermetallische Phase zu minimieren oder die negativen Einflüsse dieser Phase auf die Verbindung zu reduzieren. Gelingt dies, ist die Kombination der beiden Metalle hoch attraktiv für den Automobilbau. Die hohe Festigkeit von Stahl sorgt für Sicherheit im Falle eines Crashs, die geringe Dichte von Aluminium minimiert das Karosseriegewicht und steigert so die Energieeffizienz des Fahrzeugs.

In Zusammenarbeit mit unserem Forschungspartner ISF haben wir energiearme, geregelte Kurzlichtbogenprozesse gezielt an die Erfordernisse der Anwendung angepasst. In Kombination mit einem niedrigschmelzenden Drahtzusatzwerkstoff auf Zinkbasis wird die – bisher limitierende – spröde intermetallische Phase in einer duktilen Zinkmatrix eingelagert. Im Ergebnis lassen sich so mit kostengünstiger Technologie Verbindungen mit hoher Festigkeit erreichen.

Aluminium und Kupfer fügen

Dank seiner guten elektrischen Leitfähigkeit, seiner geringen Kosten und seines geringen Gewichts wird Aluminium immer häufiger als Ersatz für Kupferleitungen eingesetzt. Dennoch sind heute die meisten Anschlusselemente aus funktionalen Gründen nach wie vor kupferbasiert und müssen elektrisch und mechanisch sicher mit den Aluminiumleitungen verbunden werden.

Intermetallische Phasen verschlechtern auch hier die mechanischen und elektrischen Eigenschaften, was den Einsatz von Schmelzschweißprozessen deutlich erschwert. Wir verfügen aus langjährigen Forschungsprojekten mit dem ISF über einen einsatzfähigen Werkzeugkasten wärmearmer Fügetechniken wie Widerstandsschweißen, Rührreibschweißen oder Ultraschallschweißen. Diese Verfahren minimieren die Ausbildung intermetallischer Phasen und verbessern die mechanische und elektrische Zuverlässigkeit der Verbindungen.

Materialfügekonzepte entwickeln

Gemeinsam mit Ihnen analysieren wir die Anforderungen an den Fügeprozess für Ihre metallische Mischverbindung. Danach wählen wir passende Fügeprozesse aus, fertigen Prototypen und testen diese je nach Bedarf auf Festigkeit, Leitfähigkeit oder Alterungsbeständigkeit. Dabei optimieren wir die Prozessparameter stetig, damit am Ende ein Bauteil steht, das wirklich nur die besten Eigenschaften der Materialien vereint.