Aufklärung und Nutzung thermophysikalisch-chemischer Mechanismen der Oberflächen-desoxidation zum Löten von Edelstählen unter silandotiertem Argon-Grobvakuum

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Maus-Friedrichs; Professor Dr.-Ing. Kai Möhwald
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 265041777

Forschungsziel ist die Untersuchung und Aufklärung von Mechanismen der Desoxidation nativ passivierter Stähle beim Hart- und Hochtemperaturlöten im Vakuumofen mit der Maßgabe, diese Erkenntnisse zukünftig für die Optimierung und Weiterentwicklung der Lötprozesse zu nutzen. Hierzu werden Messverfahren entwickelt und eingesetzt, bei denen eine oberflächensensitive in situ-Analyse von in der chemischen Zusammensetzung und der Oberflächenbeschaffenheit definierten Edelstahlproben, die unter für Vakuumlötprozess typischen Bedingungen wär-mebehandelt werden können, möglich ist. Neben der Variation der Aufheizbedingungen muss das Verfahren auch eine Variation der Gasatmosphäre sowohl hinsichtlich des Gasdrucks als auch der Gaszusammensetzung bis 1 mbar Gesamtdruck zulassen. Insbesondere ist die Verwendung von mit Monosilan dotiertem Argon zur Einstellung definierter, reduzierender Prozessgasbedingungen ein wesentlicher Aspekt der Untersuchungen, da hiervon erhebliche Verbesserungen für das Löten von Edelstählen erwartet werden. Zum anderen sollen die in situ-Untersuchungen der Oberflächen parallel durch Wärmebehand-lungs- und Lötprozesse in einem auf die Verwendung von silandotierten Prozessgasen umgerüsteter Vakuumlötofen nachvollzogen werden und durch anschließende Analysen von wärmebehandelten Werkstoffproben wie auch Benetzungsproben unter Verwendung geeigneter Modelllote Kor-relationen zwischen den Oberflächenveränderungen und dem Benetzungsverhalten in Abhängigkeit der eingestellten Prozessbedingungen herausgearbeitet werden. Auf theoretischer Seite dienen die in situ Messungen zur Aufklärung der Mechanismen der Ober-flächendesoxidation sowie der Quantifizierung diesbezüglicher Abhängigkeiten von den Prozess-bedingungen. Die Daten sollen als Basis zur Erstellung eines physikalischen Modells dienen, das die thermodynamischen und kinetischen Aspekte der Reaktionen und Prozesse an der Oberfläche der untersuchten Werkstoffoberflächen beschreibt und optimale Prozessbedingungen beim Löten von Edelstählen vorhersagbar machen soll. Die interdisziplinäre Aufgabenstellung des Projekts wird von zwei in den hierfür maßgeblichen Teildisziplinen Löttechnik und Oberflächenphysik forschenden Instituten, nämlich dem Institut für Werkstoffkunde der Leibniz Universität Hannover und dem Institut für Energieforschung und Physikalische Technologien der TU Clausthal, bearbeitet. Die Antragsteller sind gleichzeitig Gründungsmitglieder des Clausthaler Zentrums für Materialtechnik (CZM), welches als projektführende Forschungseinrichtung die Projektverwaltung innehat.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen