Aufgabenstellung
Zielsetzung des Vorhabens ist es, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit von laserstrahlgeschweißten Kupfer-Aluminium-Verbindungen für Anwendungen in der mobilen Leistungselektronik signifikant zu steigern. Hierzu soll Zusatzmaterial in Form plattierter Cu-Al-Übergangsstücke verwende werden, um einen direkten Kontakt von Reinkupfer und Reinaluminium in der schmelzflüssigen Phase zu vermeiden, da diese eine geringe metallurgische Löslichkeit besitzen.

Vorgehensweise
Das Projekt beinhaltet eine Einflussanalyse für das Laserstrahlschweißen und die resultierende Verbindungszone in der Walzplattierung hinsichtlich einer thermischen Vorschädigung. Basierend auf der Charakterisierung der Plattierungseigenschaften vor bzw. nach dem Laserstrahlschweißen, erfolgen experimentelle und numerische Analysen der Temperaturverteilung in der Walzplattierung während eines Schweißprozesses. Als Ergebnis können für verschiedene Plattierungen unter anderem die maximal zulässigen Temperatur-Zeit-Verläufe bestimmt werden, die zu keiner übermäßigen Bildung intermetallischer Phasen in den Verbindungszonen der Plattierungswerkstoffe führen.

Ergebnisse
Die Resultate der experimentellen Laserschweißuntersuchungen und numerischen Prozesstemperaturanalysen zeigen eine Korrelation der Schweißnahtgeometrie (Bild links) und den Isothermenverläufen (Bild rechts) der numerischen Simulation bei den gewählten Plattierungsdicken sowie den verwendeten Laserparametern. Die resultierende Temperaturverteilung, speziell in Richtung Plattierungszone, wird als Basis für eine Prozess- und Baugruppendimensionierung der zu schweißenden Kupfer-Aluminium-Kontakte verwendet, sodass eine Degradierung der stoffschlüssigen Verbindung hinsichtlich übermäßigem intermetallischen Phasenwachstum vermieden wird. Basierend auf der Temperaturverteilung in der Diffusionszone sowie deren Verweildauer erfolgen Berechnungen zum Wachstum der intermetallischen Phasen in Abhängigkeit der Plattierungsdicken, die lokal einen Maximalwert von 1 µm erreichen und somit unkritisch hinsichtlich mechanischer und elektrischer Eigenschaften sind.