Herstellung einer stabilen Hybridverbindung im Aluminiumdruckguss mittels lasertechnisch erzeugter Oberflächenstrukturierung von Kupfereinlegern

Abstract

Im Druckguss kommt es zu kurzen Taktzeiten sowie niedrigen Form- und Schmelzetemperaturen, woraus ein sehr geringes Diffusionsvorkommen resultiert. Dadurch ist die stoffschlüssige Anbindung durch Mischpahsen erschwert und die Erzeugung mechanisch stabiler Al-Cu Verbunde im Druckguss mit blanken Einlegern aktuell nicht möglich. Die Zielsetzung der Arbeit liegt daher in der Entwicklung einer Vorbehandlung der Cu-Einleger, welche die Verbundfestigkeit signifikant steigert. Als weitere Bedingung gilt die ausreichend gute elektrische Leitfähigkeit, um eine technische Anwendung für elektrische Kontaktierungen zu ermöglichen. Die Arbeit zeigt die Untersuchung des Referenzzustandes in Form von blanken angegossenen Einlegern sowie die der Wechselwirkungen der Laserstrahlung mit dem Cu-Substrat. Der Referenzzustand zeigt, dass die Verbundproben für technische Anwendungen ausreichend gute elektrische Leitfähigkeiten aufweisen. Allerdings ist die stoffschlüssige Anbindung so gering, dass es zu einer vernachlässigbaren Verbundfestigkeit kommt. Werden allerdings laserstrukturierte Einleger angegossen, kommt es aufgrund der formschlüssigen Verklammerung der Verbundkomponenten zu Festigkeiten von bis zu 63 MPa. Aufgrund von fluiddynamischen Effekten bei der Formfüllung bilden sich entlang der Angussflächen Zonen aus, bei denen es jeweils zu einer Trennung durch die verbleibende Oxidschicht sowie der Bildung intermetallischer Phasen kommt. Wird die Oberflächenstruktur in den Zonen der verbleibenden Oxidschicht positioniert, können sowohl die elektrischen als auch mechanischen Verbundeigenschaften deutlich verbessert werden. Durch die Verklammerung stellt die geringe Diffusionsaktivität zwischen Al und Cu für die Verbundbildung folglich keine Beeinträchtigung mehr dar. Daher lassen sich trotz des niedrigen Temperaturregimes im Druckguss mittels einer laserinduzierten Vorbehandlung stabile und elektrisch ausreichend gut leitende Verbunde erzeugen.