Teilprojekt A05 – Sonderforschungsbereich 1368: Sauerstofffreie Produktion

Ausgangslage

Aktuelles Modelverständnis zur Verbunderzeugung nach Bay (links) und Verschlechterung der Verbindungseigenschaften durch eingeschlossene Oxide (rechts) © Khemais Barienti, Institut für Werkstoffkunde

Beim Kaltwalzplattieren sind die Kombinationsmöglichkeiten der zu verbindenden Halbzeuge zur Herstellung von Werkstoffverbunden auf bestimmte Werkstoffkombinationen beschränkt. Die Qualität der erzeugten Werkstoffverbunde hängt in erster Linie von der Wahl geeigneter Materialvorbehandlungsstrategien ab. Bereits geringe Verunreinigungen und dünne Oxidschichten im Kontaktbereich der Fügepartner reduzieren die Oberflächenenergie und erschweren folglich die Ausbildung einer gleichmäßigen und stabilen Fügezone. Aus diesem Grund wurde im Rahmen der ersten Förderperiode der neuartige Prozess des Kaltwalzplattierens in einer extrem hohen Vakuum (XHV)-adäquaten Atmosphäre erforscht.

Es konnten signifikante Verbesserungen der Verbunderzeugung durch das Prozessieren in einer XHV-adäquaten Atmosphäre nachgewiesen werden. Unterschiedliche Methoden der Oberflächenvorbehandlung wurden innerhalb einer Handschuhbox realisiert und deren Eignung untersucht. Durch die Verwendung eines silandotierten Argon-Gemisches konnten XHV-adäquate Bedingungen hergestellt und aufrechterhalten werden. Der kritische Umformgrad zur stabilen Verbundherstellung konnte so um bis zu 35 % reduziert werden. Dabei wurden Abhängigkeiten sowohl von der Materialkombination als auch der Vorbehandlungsstrategie beobachtet. Für Aluminium-Kupfer-Verbunde konnte sowohl eine erleichterte Verbunderzeugung als auch eine gesteigerte Verbundfestigkeit verglichen zur Normalatmosphäre nachgewiesen werden.

Ziele

Um hinsichtlich einer gleichmäßigen Verbundausbildung während des Plattierprozesses die Fließspannungen der Verbundpartner anzugleichen, soll in der zweiten Förderperiode der Fokus auf dem gezielten Erwärmen des festeren Verbundpartners unterhalb der Warmumformgrenze liegen. Die in der ersten Förderperiode entwickelten Versuchsstände sind für die Vorbehandlung und Umformung bereits geeignet, da eine Reoxidation der Oberflächen innerhalb der XHV-adäquaten Umgebung ausgeschlossen werden kann. Die Zielsetzung ist es, diese Atmosphäre für eine thermomechanische Prozessführung zu nutzen und so das Prozessfenster für das Walzplattieren deutlich zu erweitern.

Durch die angestrebte Vorwärmung in XHV-adäquater Umgebung eröffnen sich Potentiale zur Steuerung der mechanischen und mikrostrukturellen Verbundeigenschaften bei gleichzeitiger Reduktion der Prozesskräfte. Unter der Annahme, dass unter XHV-adäquaten Bedingungen die Einflüsse der Grenzflächenbeschaffenheit und des Spannungszustands während des Fügens wachsen, sollen die relevanten Mechanismen analysiert und vorteilhafte Parameter identifiziert werden. Dazu soll der bestehende Versuchsstand um die Möglichkeit einer Inline-Wärmevorbehandlung unter XHV-adäquaten Bedingungen erweitert werden. Darüber hinaus soll ein erster Schritt hinsichtlich der Skalierung des Prozesses durch die Kombination von Vorwalzen in XHV-adäquater Umgebung und Fertigwalzen unter Normalatmosphäre an einem konventionellen Walzgerüst erfolgen

Veröffentlichungen

Zeitschriftenbeiträge, begutachtet

Barienti, K., Werwein, S., Herbst, S., Maier, H. J., Nürnberger, F. (2023): A novel way to reduce the critical deformation for cold roll bonding, Manufacturing Letters 36, pp. 9–12
DOI: 10.1016/j.mfglet.2022.12.006
Frolov, Y., Bobukh, O., Samsonenko, A., Nürnberger, F. (2023): Patterning of Surfaces for Subsequent Roll Bonding in a Low-Oxygen Environment Using Deformable Mesh Inlays, Journal of Manufacturing and Materials Processing 7, p. 158
DOI: 10.3390/jmmp7050158
Raumel, S., Barienti, K., Luu, H.-T., Merkert, N., Dencker, F., Nürnberger, F., Maier, H. J., Wurz, M. C. (2023): Characterization of the tribologically relevant cover layers formed on copper in oxygen and oxygen-free conditions, Friction
DOI: 10.1007/s40544-022-0695-5
Hordych, I., Barienti, K., Herbst, S., Maier, H. J., Nürnberger, F. (2021): Cold Roll Bonding of Tin-Coated Steel Sheets with Subsequent Heat Treatment, Metals 11, p. 917
DOI: 10.3390/met11060917
Raumel, S., Barienti, K., Dencker, F., Nürnberger, F., Wurz, M. C. (2021): Einfluss von Silan dotierten Umgebungsatmosphären auf die tribologischen Eigenschaften von Titan, Tribologie und Schmierungstechnik 68, pp. 5–13
DOI: 10.24053/TuS-2021-0002

Konferenzbeiträge, begutachtet

Altun, O., Hinterthaner, M., Barienti, K., Nürnberger, F., Lachmayer, R., Mozgova, I., Koepler, O., Auer, S. (2024): Contextualization for Generating FAIR Data: A Dynamic Model for Documenting Research Activities, In: Danjou, C., Harik, R., Nyffenegger, F., Rivest, L., Bouras, A. (Hg.): Product lifecycle management. Cham: Springer, pp. 116–126
DOI: 10.1007/978-3-031-62578-7_11
Altun, O., Oladazimi, P., Wawer, M. L., Raumel, S., Wurz, M., Barienti, K., Nürnberger, F., Lachmayer, R., Mozgova, I., Koepler, O., Auer, S. (2023): Enhanced findability and reusability of engineering data by contextual metadata, In: The Design Society (Hg.): Proceedings of the International Conference on Engineering Design (ICED23), Bordeaux, France, 24-28 July 2023, pp. 1635–1644
DOI: 10.1017/pds.2023.164

Konferenzbeiträge, nicht begutachtet

Barienti, K., Wolf, A.-M., Werwein, S., Herbst, S., Nürnberger, F. (2023): Kaltwalzpattieren unter XHV-adäquaten Bedingungen, In: Clausthaler Zentrum für Materialtechnik (Hg.): Tagungsband 4 . Symposium Materialtechnik. Düren: Shaker Verlag.
DOI: 10.21268/20230628-4
ISBN: 978-3-8440-9105-2

Verschiedenes

Barienti, K., Herbst, S., Nürnberger, F. (2020): Kaltpressschweissen unter XHV-adäquater Atmosphäre beim Walzplattieren (Poster), In: Behrens, B.-A. (Hg.): Aktuelle Entwicklungen im Bereich der Umformtechnik. 23. Umformtechnisches Kolloquium Hannover: 04.03.-05.03.2020. Garbsen: TEWISS Verlag, p. 151