Ein Funke, der Materialien verbindet – ECEMP auf der Hannover Messe

So haben Wissenschaftler im ECEMP-Teilprojekt NanoWearJoin unter Leitung von Prof. Eckhard Beyer, vom Institut für Fertigungstechnik der TU Dresden, auf Basis sogenannter reaktiver Nanometermultischichten (RMS) ein effektives, milli-sekundenschnelles Fügesystem entwickelt, mit dem die zu fügenden Bauteile praktisch nicht mehr erwärmt werden müssen.

Zudem ist es ihnen gelungen, keramische Nanopartikel auf einfache Weise so zu modifizieren, dass sie sich in Metalle einbetten lassen und so deren mechanischen und physikalischen Eigenschaften deutlich verbessern können. Die Wissenschaftler stellen ihr Projekt vom 08. bis zum 12. April 2013 auf der Hannover Messe, Halle 2, Stand A32, vor.

Bei konventionellen Fügeverfahren, wie beim Löten oder Schweißen, werden die Bauteile lokal sehr stark erhitzt. Das führt einerseits zu Veränderungen im Ausgangsgefüge, andererseits treten beim Abkühlen häufig hohe Spannungen auf, die das Fügeergebnis negativ beeinflussen. Ein besonders schonendes Fügeverfahren beruht auf der Verwendung sogenannter reaktiver Nanometermultischichten (RMS). RMS sind aus Schichtstapeln von Hunderten, manchmal bis zu einigen Tausend, nur wenige Nanometer dicken Einzelschichten zusammengesetzt und aus mindestens zwei Materialien aufgebaut.

Gezündet werden die Reaktivmultischichten durch einen elektrischen Funken oder einen Laserpuls. Dadurch kommt es zur Ausbildung einer fortschreitenden Reaktionsfront. So wird in Bruchteilen von Sekunden eine hohe Temperatur in einem räumlich eng begrenzten Gebiet erzeugt und eine auf die Schichten aufgebrachte Lotschicht aufgeschmolzen. Durch die besonders kurze Reaktionsdauer ist der Wärmeeintrag in den Grundwerkstoff sehr gering. Daher eignen sich RMS zum spannungsarmen Fügen von Materialien mit sehr unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und für besonders wärmeempfindliche Materialpaarungen.

Keramische Nanopartikel besitzen Eigenschaften, die viele Leichtmetalle nicht haben: Eine sehr große mechanische Festigkeit sowie, je nach Art der Partikel, eine besonders gute thermische und elektrische Leitfähigkeit. Gelingt es, Nanopartikel in Bauteile aus Aluminium oder Magnesium einzubringen, kann deren Beanspruchung deutlich erhöht werden. Die Integration der Nanopartikel in Metalle ist jedoch nicht trivial, sie lassen sich von Metallschmelzen nicht benetzen. Daher haben die Wissenschaftler auf Basis kostengünstiger Reaktanden und Lösungsmitteln ein einfaches Verfahren entwickelt, um die Nanopartikel zunächst mit einer Metallschicht zu überziehen. Die Schicht dient als Dispersionsvermittler zur metallischen Schmelze. Die vorbehandelten Partikel können dann in Bauteiloberflächen integriert werden. Oft genügt es dabei, nur die Bereiche der Werkstücke mit Nanopartikeln zu behandeln, die besonders stark beansprucht werden.

ECEMP – Vom Atom zum komplexen Bauteil

Die Wissenschaftler im Spitzentechnologiecluster„ECEMP – European Centre for Emerging Materials and Processes Dresden“ entwickeln ressourcenschonende Werk-stoffe, Technologien und Prozesse für die drei Zukunftsfelder Energietechnik, Umwelttechnik und Leichtbau. Dabei bündeln sie die Kompetenzen in allen Materialklassen (Metalle, Kunststoffe, Naturstoffe und Keramik) und der gesamten Wertschöpfungskette (Materialdesign (CMS), Entwicklung, Herstellung, Verarbeitung und Anwendung von Bauteilen). Das ECEMP umfasst 14 Teilprojekte, an denen 40 Professuren aus 23 Instituten der TU Dresden, der TU Freiberg, der HTW Dresden und der Wissenschaftsorganisationen HG, FhG, MPG und LG beteiligt sind. Das ECEMP wird finanziert aus Mitteln der Europäischen Union und des Freistaates Sachsen (EFRE – Europäischer Fonds für regionale Entwicklung).

ECEMP-Sprecher:
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. Werner A. Hufenbach
TU Dresden
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
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Informationen für Journalisten:
Dr. Silke Ottow
TU Dresden
ECEMP
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