Phasendetektion im Submikro(Nano-)meterbereich bei thermisch gefügten Mischverbindungen aus Stahl mit Aluminium: Intermetallische Phasen und deren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projekts kamen verschiedene, im Karosseriebau eingesetzte, Blechwerkstoffe zum Einsatz. Es wurden Verbindungen zwischen zwei Aluminiumlegierungen AA 6016 und AA 5182 und zwei feuerverzinkten Karosseriestählen, DX56+Z und DP500+Z untersucht. Als Zusatzwerkstoffe fanden Aluminium- und Zink- Basiswerkstoffe Verwendung, zum Teil waren diese auf dem Markt erhältlich, zum größeren Teil wurden jedoch selbst vorlegierte Zusatzwerkstoffe eingesetzt. Ein Laserschweiß-Lötverfahren ohne Flussmittel wurde verwendet bei dem das Aluminium und die Zusatzwerkstoffe aufgeschmolzen werden (Schweißprozess) und an das Stahlblech gelötet. Es wurde ein Zweistrahllaserkopf benutzt, wobei der zweite Strahl das Stahlblech vorwärmt, damit sich eine breitere Anbindungslänge ergibt. Die Aluminiumlegierung AC120PX (AA 6061) ist für den Einsatz in Automobil- Karosserien besser geeignet als AA 5182. Die Zinkschicht der Stahlbleche sollte möglichst homogen sein, was einen stabilen Prozess ermöglicht. Der verwendete DP500 Stahl hatte eine inhomogene Zn-Schicht war daher ungeeignet für das Laserschweißlötverfahren. Die Proben die mit unlegierten Zusatzwerkstoff ZnAl10 schweißgelötet wurden, zeigten eine um circa 15% höhere maximale Bruchkraft und eine doppelt so hohe Bruchdehnung wie die Proben mit den vorlegierten Drähten ZnAl10Ag2, ZnAl10Ag5, ZnAl10Cu1 und ZnAl10Cu5. Die Proben, die mit vorlegierten Drähten schweißgelötet wurden, haben den Korrosionstest besser überstanden als die Proben mit unlegierten Zusatzwerkstoffen. Trotzdem ist eine Versiegelung der Fügestellen durch eine Lack-Beschichtung aus Korrosionsschutzgründen unumgänglich. Erste Versuche mit ZnAl10Cu1 Zusatzwerkstoff zeigten das Potential für weitere Erhöhung der mechanischen Eigenschaften. In den Proben wurden spröde intermetallische Phasensäume, mit Fe2Al5 und FeAl3 Phasen beobachtet, deren Dicken durch die Wahl der Zusatzwerkstoffe und die Prozessparameter beeinflussbar waren. Im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften sollte die Dicke der intermetallischen Phasen unter 10 µm liegen. Die EDX-Analyse zeigt eine Anreicherung von Zink im intermetallischen Phasensaum. EBSD und Beugungsanalyse in TEM sind gut geeignet um FexAly-Phasen zu untersuchen, mit einem recht hohen Aufwand für die Beugungsanalyse in TEM.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Corrosion properties of laser beam joints of aluminium with zinc-coated steel Corrosion Science, 2007, 49, 4243-4258
Wloka, J.; Laukant, H.; Glatzel, U. & Virtanen, S.
- Laser beam aluminium-steel joints - mechanical and dynamical properties and detailed microstructural analysis of intermetallic FaAl-phases ICALEO Laser Materials Processing Conference, 2007, 588-595
Laukant, H.; Guimaraens, E. & Glatzel, U.
- Laserschweiß-Löten von Stahl-Aluminium-Mischverbindungen: Mechanischtechnologisches Eigenschaftsprofil und mikrostrukturelle Charakterisierung Dissertation Universität Bayreuth, 2007
Laukant, H.
- TEM-Characterisation of intermetallic FeAl-phases in laser beam aluminium-steel mixed materials joints. Microscopy and Microanalysis 13 (Suppl. 2), 2007
U. Glatzel, E. Guimaraens, H. Laukant
- Flux-less laser weld-brazing technique of aluminium with zinc-coated steel sheets using different filler materials and welding parameters. ICAA11 11th International Conference in Aluminium Alloys, 2008
E. Guimaraens, H. Laukant, U. Glatzel
- Metallurgical characterization of laser joined aluminium-steel mixed-materials using different filler materials. MSE08 Materials Science and Engineering Congress, 2008
E. Guimaraens, H. Laukant, U. Glatzel
- Metallurgical characterization of aluminium steel joints joined by laser weld-brazing process using different filler materiais and welding parameters Trends Welding Research, Proc. 8. International Conference, 2009, 508-513
E. Guimaraens, H. Laukant, U. Glatzel
