Matthias Manka, 2025
| Titel | Prozessauslegung für hochfeste und korrosionsbeanspruchte Lötverbindungen | |
| Autor/Autor | Matthias Manka | |
| Verleger | Vulkan Verlag GmbH | |
| Erscheinungsjahr | 2025 | |
| Gesamttitel | Werkstofftechnologische Schriftenreihe ; Band 27 | |
| Hochschulschrift | Zugl.: Dortmund, Technische Universität Dortmund, 2025 | |
| ISBN | 978-3-8027-8834-5 | |
| Sprache | Deutsch | |
| Schlagwörter | B, Definitive Screening Design, Korrosion, Löten, Prozessauslegung | |
| Bezugsquelle | 31,50€ beim Vulkan-Verlag |
Kurzfassung
Gelötete Abgaswärmetauscher leisten einen elementaren Beitrag bei der Erfüllung der gesetzlichen Normen und Grenzwerte zur Reduktion des Schadstoffausstoßes von Verbrennungsmotoren. Die vorherrschenden Betriebsbedingungen im Abgasstrang fordern von den Fügestellen eine Korrosionsbeständigkeit gegen die Abgase und gleichzeitig eine hinreichende mechanische Festigkeit. Eine prozesssichere Auslegung der Lötverbindungen ist somit von essentieller Bedeutung und bedarf der Kenntnis über die relevanten Prozesseinflussgrößen sowie ihrer Wechselwirkungen auf die Fügeverbundqualität.
In der vorliegenden Forschungsarbeit wurde erstmalig in der Löttechnologie das Definitive Screening Design mit einer zweistufigen Auswertung zur systematischen Auslegung von Fügeverbindungen qualifiziert. Hierzu wurden für die Fügeverbunde 1.4307/Ni 620, 1.4307/Au 827 und 1.4404/Ni 620 mit jeweils 14 Versuchen die verbundspezifischen, statisch signifikanten Prozesseinflussgrößen der Fügeverbundfestigkeit ermittelt, um mit diesen Prozessparametern individuelle Prognosemodelle zu generieren. Mit einer maximalen Abweichung von 1,4% wurden die optimierten Festigkeitswerte aller Verbunde präzise vorhergesagt, deren Werte experimentell verifiziert und die Mikrostruktur der Fügeverbunde analysiert.
Eine gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber dem synthetischen Abgaskondensat K2.2 wurde für den optimierten Lötverbund 1.4404/Ni 620 erreicht, da bei den anderen Lötverbunden elektrochemische Spannungsunterschiede einzelner Phasen selektive Korrosiosprozesse hervorrufen. Mit Hilfe einer gezielten Grenzflächenmodifikation des Verbundes 1.4307/Ni 620 mit einer reinen Nickelfolie und einer geeigneten Lötprozessführung wurde die elektrochemische Spannungsdifferent der Grenzfläche signifikant reduziert und mit potenziodynamischen Korrosionsuntersuchungen die signifikant verbesserte Korrosionsbeständigkeit dieser Reaktionslötung nachgewiesen. Die Reaktionslötung ermöglichte eine maximale Zugfestigkeit von 476 MPa, was in etwa einer Verdopplung der Festigkeit der optimierten Schmelzlötverbindung 1.4307/Ni 620 und nahezu der Grundwerkstofffestigkeit entspricht. Diese Arbeit liefert somit einen Beitrag zur Auslegung von hochfesten sowie korrosionsfesten Lötverbindungen am Anwendungsbeispiel eines Abgaswärmetauschers.
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