Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Laserstrahlfügen von Aluminium-Kupfer-Verbindungen durch Einsatz von Laserstrahlung mit Wellenlängen bis 535 nm unter Bildung eines Eutektikums

Der Einsatz von Aluminium-Kupfer-Mischverbindungen ist in zahlreichen Branchen, insbesondere für elektronische, energietechnische und elektrische Anwendungen von großer Bedeutung. Dabei ist das Laserstrahlschweißen aufgrund seiner verfahrenstechnischen Vorteile industriell weit verbreitet, allerdings verfügen Schmelzschweißverfahren aufgrund der Bildung intermetallischer Phasen in einem gemeinsamen Schmelzbad Al/Cu über Nachteile hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit und der mechanischen Eigenschaften. Damit ist das Einsatzpotenzial des Laserstrahls für diese Fügeaufgabe gegenwärtig begrenzt, allerdings bieten aktuelle Entwicklungen zu Laserstrahlquellen im Wellenlängenbereich zwischen 450…535nm große Potenziale zur Umsetzung neuartiger Ansätze für das laserbasierte Fügen von Al-Cu-Mischverbindungen unter Vermeidung eines gemeinsamen Schmelzbades.

Ziel des Vorhabens ist das Fügen mittels Laserstrahl von Kupfer mit Aluminium bei Temperaturen unterhalb der Liquidustemperatur der Grundwerkstoffe durch die diffusionsgetriebene Ausbildung einer nah-eutektischen Schmelze, in die entstehende intermetallische Phasen eingebettet werden können. Durch die Verwendung von Laserstrahlquellen im Wellenlängenbereich von 450…535nm kann der Energieeintrag zielgerichtet über das Kupfer erfolgen. Daraus ergibt sich erstmalig die Voraussetzung für einen Laserstrahlprozess, eine stoffschlüssige, flächige und duktile Anbindung zwischen Aluminium und Kupfer herzustellen, ohne Zusatzwerkstoffe und ohne Flussmittel einzusetzen oder ein gemeinsames Schmelzbad zu erzeugen.

Das Projekt liefert wissenschaftliche Erkenntnisse auf Grundlage der Wechselwirkungen zwischen Prozess- und Werkstofftechnik und verknüpft diese mit industriellen Fragestellungen wie der den Prozesstoleranzen, der Alterungsbeständigkeit und der Skalierbarkeit. Daraus ergibt sich ein hohes industrielles Anwendungspotenzial sowie die Möglichkeit zur zügigen Umsetzung der Erkenntnisse, insbesondere für KMU.