Werkstoff-Thermoanalyse-System
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen der Forschungsarbeiten, in denen das Werkstoff-Thermoanalyse-System zum Einsatz kam, konnte insbesondere die Möglichkeit, unterschiedlichste Atmosphären und auch hohe Temperaturen in der Untersuchung abzubilden, in drei Schwerpunktbereichen erfolgreich genutzt werden, um neue Erkenntnisse über die im Bereich der Beschichtungs- und Fügetechnik untersuchten Werkstoffe zu gewinnen: Analyse von Reaktionen zwischen dem untersuchten Material und anderen Werkstoffen und/oder der Atmosphäre in thermischen Prozesse, insbesondere in Lötprozessen; Untersuchung des Verhaltens von Werkstoffen bei Einsatzbedingungen, beispielsweise unter korrosiven Atmosphären; Ermittlung von thermischen Werkstoffkenndaten als Basis zur Simulation. In den DFG Projekten zum Reactive Air Brazing wurde mithilfe der Differenzkalorimetrie (DSC) das Aufschmelz- und Reaktionsverhalten verschiedener Lotwerkstoffe erforscht. Dazu wurde ein Versuchsaufbau mit miniaturisierten Lötproben konzipiert, so dass der gesamte Lötprozess im Werkstoff-Thermoanalyse-System auch in Hinblick auf Atmosphäre und Zeit-Temperatur-Verlauf abgebildet werden konnte. Hierbei konnten insbesondere neue Erkenntnisse zu den Wechselwirkungen zwischen den Elementen des Lotes und den zu fügenden Grundwerkstoffen gewonnen und die zugehörigen Reaktionstemperaturen und -enthalpien ermittelt werden. Dies ermöglichte einerseits die gezielte Anpassung von Loten und Lötprozessen zur Vermeidung der Ausbildung unerwünschter Reaktionsprodukte und bildete andererseits die Datenbasis für eine Simulation der Gefügeentstehung beim Projektpartner ACCESS. Im Rahmen des ZIM-Projektes EAGLE wurden ebenfalls DSC- Messungen zur Ermittlung geeigneter Lötparameter und zur Analyse der Wechselwirkungen zwischen Nickelbasisloten und Additiven genutzt. Die Differenzkalorimetrie lieferte weiterhin wichtige Erkenntnisse zur Phasenstabilität von Magneli-Phasen bei der Oxidation von Vanadium im Rahmen des SPP1299 „Haut“ sowie zum Verhalten von gamma-Aluminiumoxid-Beschichtungen. Das thermische Ausdehnungsverhalten von nanostrukturierten TBC-Schichten wurde im Rahmen eines DFG Projektes mittels des im Werkstoff-Thermoanalyse-System enthaltenen Dilatometers charakterisiert, um so den Einfluss der Schichtstruktur auf die Ausbildung thermisch induzierter Spannungen und damit das Schichtversagen bei thermischer Beanspruchung analysieren zu können. Im Rahmen eines anwendungsorientierten BMBF-Projektes wurde die thermische Leitfähigkeit von thermisch gespritzten Schichten analysiert. Im Fokus stand hierbei der Einfluss von Schichtwerkstoff und Oberflächenstruktur. Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnungsverhalten von Lot- und Grundwerkstoffen wurden zudem im IGF-Projekt „Fügeverbundeigenschaften 2“ untersucht, um so in Simulationsrechnungen auf die im Lötprozess entstehenden thermisch Spannungen schließen zu können. Diese haben einen wesentlichen Einfluss auf das spätere mechanische Verhalten. Durch die Kennwertermittlung konnte ein wichtiger Beitrag zur erstmaligen umfassenden Beschreibung des Verhaltens gelöteter Fügeverbunde geleistet werden. Ebenfalls in diesem Projekt wurde die Möglichkeit der in situ Untersuchung von Gewichtsänderungen durch thermogravimetrische Messungen unter verschiedenen Atmosphären genutzt, so dass das Korrosionsverhalten von gelöteten Stahlverbunden in feuchter Umgebung bei erhöhter Temperatur analysiert werden konnte. Ähnliche Messungen wurden in weiteren Projekten durchgeführt. Ziel war hier die Untersuchung des Reaktionsverhaltens verschiedener Glaswerkstoffe mit Sauerstoff oder Stickstoff. Im IGF-Projekt „I-RAB“ wurden thermogravimetrische Analysen zudem dazu genutzt, das zeit- und temperaturabhängige Entbinderungsverhalten von Lotpasten zu ermitteln und die Ergebnisse anschließend mit der Porositätsentwicklung im Lötprozess zu korrelieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Konturtreue Lote zum Fügen von Keramik an Luft. LÖT 2010, Aachen, 15-17.06.2010; DVS Berichte Band 263, 2010
Bobzin, K., Schläfer, T., Kopp, N.
- Latest Developments and Future Potential of Brazing as a Maintenance Step Tribute to the Prediction of the Mechanical Behaviour. Turbine Forum 2011, 04.05.11-06.05.11, Nizza, Frankreich
Bobzin, K., Bagcivan, N., Kopp, N., Puidokas, S., Tillmann, W., Wojarski, L., Liu, C., Manka, M.
- Thermochemistry of brazing ceramics and metals in air. International Journal of Materials Research, 102, 8, 2011
Bobzin, K., Schläfer, T., Kopp, N.
- Development of New Brazing Fillers and Process Variants for Reactive Air Brazing (RAB) of Electrochemical Devices. IBSC - 5th International Brazing and Soldering Conference, 22.-25.04.2012, Las Vegas
Bobzin, K., Bagcivan, N., Kopp, N., Weiler C.
- Improving Contour Accuracy and Strength of Reactive Air Brazed (RAB) Ceramic / Metal Joints by Controlling Interface Microstructure. Advanced Engineering Materials, 1527-2648, 2012
Li, C., Kuhn, B., Brandenberg, J., Beck, T., Singheiser, L., Kopp, N., Bobzin, K., Bagcivan, N.
- Influence of Dynamic Stresses and Operating Environment on the Mechanical Properties of Copper-Based Braze Joints. IBSC - 5th International Brazing and Soldering Conference, 22.-25.04.2012, Las Vegas
Bobzin, K., Bagcivan, N., Kopp, N., Puidokas, S.M., Tillmann, W., Wojarski, L., Liu, C., Manka, M.
