Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Hybrid-Reibbeschichten zur Applikation des Lotes

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, das Hybrid-Reibbeschichten für die Lotapplikation zu etablieren. Dazu ist es erforderlich, die Qualität der Beschichtung zu verbessern und die Bandbreite an Grund- und Beschichtungswerkstoffen signifikant zu erweitern. Dies kann durch den begünstigten Stoffübergang, die verbesserte Haftfestigkeit der Schicht und eine Reduzierung der erforderlichen Anpresskräfte gegenüber dem Reibbeschichten erzielt werden.

Bisher können nur Werkstoffe zur Vorbelotung verwendet werden, die eine geringere Festigkeit gegenüber dem Substrat aufweisen, da sonst das Substrat beschädigt würde. Dies kann nur verändert werden, indem eine zusätzliche Wärmequelle in den Prozess integriert wird. Es werden sowohl Material- als auch Prozesseigenschaften variiert. Die Modifikation des konventionellen Reibbeschichtens erfolgt an einer Maschine der Firma SITEC mit folgenden max. Parametern: Bolzendrehzahl 4000 U/min, Bolzenanpresskraft 16 kN, Bauteildurchmesser 120 mm, Achsverfahrlänge des Substrats 200 mm. Als Probekörper werden Bleche, Zylinder und Rohre verwendet.

Durch die Erweiterung der beschichtbaren Geometrien und Werkstoffe können neue Anwendungsgebiete erschlossen werden.

Im Vergleich zu anderen Verfahren entstehen keine Emissionen, wodurch der Prozess sehr umweltfreundlich und nachhaltig ist. Auf der Oberfläche des Substrats entsteht eine fest haftende kompakte Schicht. Diese Eigenschaft ist sowohl für die Lagerung als auch für den Zusammenbau vor dem Löten von Vorteil, da sie zur Einhaltung der Toleranz beim Löten genutzt werden kann.

Das neue Beschichtungsverfahren ermöglicht KMU, beschichtete Bauteile zu lagern und erst bei Bedarf einzusetzen. So können größere Mengen beschichtet und Baugruppen in kleinere Unterbaugruppen aufgeteilt werden. Durch die bessere Haftung können Baugruppen vormontiert und transportiert werden. Die Fertigung kann leicht ausgelagert werden, was wiederum KMU zugutekommt.

Ergebniszusammenfassung:

Das diesem Forschungsvorhaben zugrunde gelegte Ziel, ein Belotungsverfahren, welches das Lot gut haftend, ohne umweltschädigende Chemikalien und lokal aufträgt, zu entwickeln, wurde erreicht. Zur erfolgreichen Erforschung ist eine eigene Anlage auf der Basis einer vertikalen Fräsmaschine und einer Widerstandsschweißanlage zur Hybridisierung des Reibbeschichtens entwickelt worden.

Es gelang, unterschiedliche Lote durch Hybrid-Reibbeschichten stoffschlüssig aufzutragen. Die Lotapplikation von höherschmelzenden Lotwerkstoffen und die Erweiterung der beschichtbaren Grundwerkstoffe wurde mit der entwickelten Anlage umgesetzt. Durch die Bewertung der Haftfestigkeit ist nachgewiesen worden, dass die Schichten transportierfähig sind. Es wurde ein Parameterfeld mit möglichen Prozessparametern aufgestellt. Mit der Hybridisierung des Reibbeschichtens ist es gelungen, die hohen Anpresskräfte von größer 2 kN auf unter 400 N zu reduzieren und somit dünnwandige Bleche zu beschichten.

Es ist eine Theorie der Wirkmechanismen mit Hilfe einer FEM-Simulation erarbeitet worden. Darauf aufbauend wurde festgestellt, dass die Auswirkung der Reibenergie beim Hybrid-Reibbeschichten vernachlässigbar klein ist.

Zudem wurde der Nachweis erbracht, dass hybrid-reibbeschichtete Lote die gleiche Löteignung aufweisen wie konventionelle Lotappliakationen. Erstmals wurden Hochtemperaturlote direkt auf dem Substrat appliziert.

Die Löteignung der aufgetragenen Schichten wurde durch umfangreiche Benetzungsversuche dokumentiert. In Scherzugversuchen wurde nachgewiesen, dass die Festigkeit mit konventionellen Lötverbindungen gleichzusetzen ist. Die Umweltverträglichkeit des Verfahrens wurde nachgewiesen, es entstehen keine Umweltbelastungen.