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Der sich rasant entwickelnde Markt, vor allem in den Bereichen der Elektromobilität und der Windkraftanlagen, wird in den nächsten Jahren zu einer verstärkten Nachfrage von Kupfer führen und so den Kupferpreis weiter deutlich ansteigen lassen.
Daher gibt es in verschiedensten Anwendungsfällen Bestrebungen Kupfer durch billigeres Aluminium, zumindest teilweise, zu substituieren. Schwierigkeiten ergeben sich jedoch beim Fügen derartiger Mischverbindungen aus Kupfer und verschiedenen Aluminiumlegierungen mittels konventioneller Schmelzschweißverfahren, da beide Werkstoffe aufgrund ihrer Oxidschichten und hohen thermischen Leitfähigkeiten schlechte Benetzungseigenschaften aufweisen und sich beim Abkühlen aus der Schmelzeharte, spröde intermetallische Phasen bilden. Alternative Fügemethoden z. B. durch formschlüssigen Verbund, wie bei verschiedenen Kontaktierungsmethoden angewendet, führen jedoch zu deutlich schlechteren Übergangswiderständen als stoffschlüssige Fügeverbindungen. Auswege ergeben sich hier durch Festkörperschweißverfahren wir z.B. das Diffusionsschweißen, das in diesem Beitrag beispielhaft zum Verständnis der Bildung intermetallischer Phasen diskutiert wird.
Das Stoffsystem Kupfer-Aluminium weist nur geringe Bereiche der vollständigen Mischbarkeit auf. Für das Diffusionsschweißen dieser Mischverbindung ergibt sich daraus, dass die Fügezeiten möglichst kurz und die Fügetemperaturen so gering wie möglich zu halten sind, um die Sprödphasen weitgehend zu vermeiden bzw. deren Wachstum zu unterdrücken. Entscheidend ist daher wie weitere Einflussgrößen, zum Beispiel der Anteil zusätzlicher Legierungselemente und der Aktivierungszustand der Ausgangsbauteile durch Oberflächenkonditionierung, sich auf die Diffusionsprozesse auswirken. Ausgehend von diesem Ansatz, beschäftigt sich der Beitrag mit der Klärung der Mechanismen die zur Verbindungsbildung zwischen Cu und Al führen. Daraus werden Strategien für ein werkstoff- und anwendungsgerechtes Fügen abgeleitet.
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