Hybrid Friction Eutectic Bonding (HFEB) ��� stoffschl��ssiges F��gen von Aluminium und Kupfer unter Nutzung der eutektischen Reaktion
| العنوان: | Hybrid Friction Eutectic Bonding (HFEB) ��� stoffschl��ssiges F��gen von Aluminium und Kupfer unter Nutzung der eutektischen Reaktion |
|---|---|
| المؤلفون: | Regensburg, Anna |
| بيانات النشر: | Universit��tsverlag, 2021. |
| سنة النشر: | 2021 |
| مصطلحات موضوعية: | R��hrreibschwei��en, Pressschwei��en, Eutektikum |
| الوصف: | Ans��tze des werkstofflichen Leichtbaus mit dem Ziel der Gewichts- und Ressourcenoptimierung in elektrischen Verbindungen haben das F��gen von Aluminium-Kupfer-Mischverbindungen zu einem stark verfolgten Forschungsschwerpunkt der letzten Jahre gemacht. Im Rahmen von Elektromobilit��t sowie allgemeiner Erh��hung von Komfort- und Sicherheitsstandards ergeben sich hierf��r hohe Herausforderungen an die einzusetzenden F��getechnologien. Der Zielzustand f��r elektrische Verbindungen besteht in gro��fl��chigen, duktilen Verbindungen mit geringem Kontaktwiderstand. Je nach Verfahren werden diese Ziele jedoch durch die Bildung spr��der, intermetallischer Phasen oder erh��hte Grenzfl��chen- und Bauteilverformung nur zum Teil erreicht. In der vorliegenden Arbeit wurde gezielt die Bildung einer eutektischen Schmelze zwischen Aluminium und Kupfer genutzt, um den L��sungsraum zwischen Press- und Schmelzschwei��verfahren zu nutzen. W��hrend der Initialkontakt der Grenzfl��chen durch F��gedruck w��hrend des R��hrreibpunktschwei��ens beschleunigt wird, findet die Vergr����erung und Benetzung der F��gefl��che durch die Bildung einer eutektischen Schmelze statt. Diese bildet sich zwischen den Grundwerkstoffen, ohne dass diese in die fl��ssige Phase ��bergehen. In Abh��ngigkeit der Prozessf��hrung kann der Pressschwei��prozess hier erneut genutzt werden, um die Schmelze aus der F��gezone zu verdr��ngen. Somit kann das Erstarrungsverhalten gezielt beeinflusst werden, w��hrend sich weitere Vorteile durch den Abtransport von Einschl��ssen und Verunreinigungen ergeben. Durch eine angepasste Prozessf��hrung k��nnen vollfl��chige Anbindungen in kurzer Prozesszeit von weniger als 0,5 s erzielt werden. Die Bildung weiterer Spr��dphasen au��erhalb des eutektischen Systems wird durch die Limitierung der Spitzentemperatur und des Energieeintrags verhindert. Zus��tzlich kann die Schmelzebildung als Reduzierung des Materialwiderstands w��hrend des kraftgeregelten Prozesses detektiert und diese f��r weitere Prozessans��tze genutzt werden. Weitere Optimierungsans��tze zeigen sich beim ��bertrag auf weitere Pressschwei��verfahren und Bauteilgeometrien. Considering the current approaches on energy efficiency and electro mobility, increasing requirements on electrical assemblies require a continuous development of available manufacturing technologies. Especially joining aluminum and copper for lightweight battery assemblies and connectors has become a focus topic for industrial research. The requirements on dissimilar joints for electrical applications include the reduction of the contact resistance as well as maximization of mechanical and thermal stability. However, there are major metallurgical obstacles for conventional joining technologies. High temperatures during joining of Al-Cu are known to facilitate the growth of brittle intermetallic compounds (IMCs), which show a negative effect on the joint properties even at a few microns layer width. Otherwise, solid state welding usually requires a significant deformation at the interface and hence shows limited applicability for sensitive components. Furthermore, the lack of melt formation causes oxide and surface remnants to remain within the joint and reduce the actual contact area. Therefore, the objective of this investigation was to trigger the eutectic reaction between aluminum and copper by a friction based heat input. This novel approach between fusion and solid state welding causes a local melt formation between the solid joining partners so that a large cohesive bond area can be formed without melting the base materials. At the same time, the IMC formation can be reduced by short process times and low peak temperatures. The applied joining force and the frictional heat input cause oxide breakup and solid state diffusion across the interface until the eutectic melt forms. The force can then also be used to displace the melt out of the joining area along with oxide fragments and further surface remnants. With an adjusted process setup, �� 6���10 mm welds could be produced within less than 0,5 s. The formation of further IMCs outside of the eutectic composition was avoided or minimized by the low energy input and limited peak temperature. The melt formation can even be detected during the force controlled process and be used for optimizing the melt displacement. Further optimization approaches could be demonstrated by applying the concept onto resistance spot welding and connection of copper caps and aluminum stranded wire. Der zunehmende Einsatz von Aluminium-Kupfer-Mischverbindungen f��r Anwendungen im Bereich E-Mobility f��hrt zu Herausforderungen an die einzusetzenden F��getechnologien. In dieser Arbeit wurde daher gezielt die Bildung einer eutektischen Schmelze zwischen Aluminium und Kupfer w��hrend eines Pressschwei��prozesses ausgel��st, um den L��sungsraum zwischen Press- und Schmelzschwei��verfahren zu nutzen. W��hrend der Initialkontakt durch den F��gedruck beschleunigt wird, findet die Vergr����erung der F��gefl��che durch die Bildung einer eutektischen Schmelze zwischen den festen Grundwerkstoffen innerhalb von weniger als einer Sekunde statt. In Abh��ngigkeit der Prozessf��hrung kann der Pressschwei��prozess erneut genutzt werden, um die Schmelze aus der F��gezone zu verdr��ngen. Die Bildung weiterer spr��der Phasen wird durch die Limitierung der Spitzentemperatur und des Energieeintrags minimiert. Durch eine geeignete Prozessf��hrung zeigen sich Vorteile beim ��bertrag auf weitere Verfahren und Bauteilgeometrien. Fertigungstechnik ��� aus den Grundlagen f��r die Anwendung: Schriften aus der Ilmenauer Fertigungstechnik, vol. 12 |
| اللغة: | German |
| DOI: | 10.22032/dbt.50162 |
| URL الوصول: | https://explore.openaire.eu/search/publication?articleId=doi_________::ca5ee88a3091f1a29d3ad0fc9ba5ed0d |
| رقم الأكسشن: | edsair.doi...........ca5ee88a3091f1a29d3ad0fc9ba5ed0d |
| قاعدة البيانات: | OpenAIRE |
| DOI: | 10.22032/dbt.50162 |
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