Erforschung der systemimmanenten Eigenschaften von vakuumgelöteten NiTi-Formgedächtnislegierungen

Nickel- Titan- Formgedächtnislegierungen (kurz: NiTi - FGL) zeichnen sich durch diffusionslose und reversible Phasenumwandlungen aus. Die Formänderung findet temperatur- und/oder spannungsinduziert statt. NiTi - FGL finden in vielen Bereichen, wie beispielsweise der Medizintechnik oder bei Aktoren, Anwendung. Die Legierungseigenschaften und somit auch die Formgedächtniseigenschaften, wie die Pseudoelastizität, hängen von der Legierungszusammensetzung ab. Da der Grundwerkstoff beim Lötvorgang nicht aufgeschmolzen wird, kommt es zu keinen Verdampfungsmechanismen, die zu einer Veränderung des Ni/Ti Verhältnisses führen könnten. Allerdings kann die Pseudoelastizität durch eine Wärmebehandlung, welche Kornwachstum und Phasenausscheidungen begünstigt, einschränkt werden.

Die Verwendung von Vakuumlöten bei NiTi - FGL Fügeverbunden ist bislang unzureichend erforscht, weswegen Ziel dieses Projektes sein soll eine prozesssichere und reproduzierbare Fertigung von NiTi - FGL Fügeverbunden mittels Vakuumlöten zu erzeugen. Ein besonderer Fokus liegt auf dem Erreichen einer höchstmöglichen Pseudoelastizität und möglichst geringer irreversiblen Dehnung.

Im Rahmen des Projektes soll zunächst der Einfluss der Wärmebehandlung auf die Mikrostruktur und die Pseudoelastizität des NiTi Grundwerkstoffes untersucht werden. Anhand dieser Ergebnisse soll eine Ableitung der beschränkenden Prozessparameter beim Vakuumlöten erfolgen. Im weiteren Verlauf findet eine metallurgische Charakterisierung von artgleichen NiTi Lötverbunden mit unterschiedlichen Loten (Nb, Nb1Zr, Cu, AuCu65) statt. Neben artgleichen NiTi Fügeverbunden sollen NiTi - Stahl Lötverbunde metallurgisch untersucht werden. Bei diesen werden ebenfalls verschiedene Lote (Nb, Cu, Ag26,5Cu3Ti, Au65Cu) untersucht. Bei NiTi - Stahl Verbunden ist von besonderem Interesse wie sich das einseitige pseudoelastische Verhalten auf die Fügezone auswirkt. Es zeigte sich, dass eine Wolfram - Diffusionssperre beim Löten von NiTi - Stahlverbindungen positiv auf die Vermeidung von Sprödphasen auswirkt. In diesem Projekt soll nun der Einfluss dieser Wolfram - Diffusionssperre auf die Pseudoelastizität untersucht werden. Darüber hinaus soll im Rahmen des Projektes eine mechanisch - technologische Charakterisierung der Vakuumlötverbunde, sowie die Analyse der zyklischen Beanspruchung eben dieser, erfolgen. Die ermittelten Optimierungsgrößen sollen abschließend in situ Dehnungsanalysen verifiziert werden. 

Veröffentlichungen

1. Tillmann, W., Eilers A., Henning, T. (2021): “Vacuum brazing and heat treatment of NiTi shape memory alloys”. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 1147 (2021) 012025, DOI:10.1088/1757-899X/1147/1/012025.
2. Wojarski L, Nebel A, Ulitzka T, Koymatli M, Tillmann W (2024): “Influence of vacuum brazing on microstructure and pseudoelasticity of NiTi shape memory alloy brazements”. Brazing and soldering conference. Charleston, SC, pp 1–6
3. Wojarski, L., Nebel, A., & Tillmann, W. (2025): “Effects of vacuum brazing on microstructure and pseudoelasticity of NiTi shape memory alloy brazements.” Welding in the World, pp 1-8, DOI: 10.1007/s40194-025-02044-z
4. Tillmann, W., Wojarski, L., Nebel, A., Koymatli, M. (2025): “Microstructural analysis of vacuum brazed NiTi - NiTi joints using various filler metals.” LÖT 2025 – 14th Conference on Brazing, High Temperature Brazing and Diffusion Bonding, DVS Berichte, pp 105 – 113
5. Nebel, A., W. Tillmann, and L. Wojarski (2026): “Vacuum Brazing of NiTi Shape Memory Alloys Using Ag26. 5Cu3Ti.” Journal of Materials Engineering and Performance (2026): 1-8, DOI: 10.1007/s11665-026-13522-w

Poster

1. W. Tillmann, T. Ulitzka, M. Koymatli, L. Wojarski, H. Ulitzka, A. Nebel: “The effect of brazing procedures and heat treatment on the mechanical properties and microstructure of pseudo-elastic NiTi alloy.” 4th Materials Chain International Conference, Bochum (2023)