Untersuchung der Einflüsse unterschiedlicher Aktivlote und Lötprozessparameter auf die Fügezonenausbildung und die Eigenschaften von CVD-Diamantdickschicht-Hartmetall-Lötverbunden

Osmanda, A.^{1, a}; Tillmann, W.^{1, b}; Yurchenko, S.^{1, c}; Biermann, D.^{2, d}; Mohn, T.^{2, e}

1)

Lehrstuhl für Werkstofftechnologie LWT, Technische Universität Dortmund, Leonhard-Euler-Str. 2, 44227 Dortmund

2)

Institut für Spanende Fertigung, Technische Universität Dortmund, Baroper Str. 301, 44227 Dortmund

a) arturmartin.osmanda@udo.edu; b) wolfgang.tillmann@udo.edu; c) sergiy.yurchenko@udo.edu; d) biermann@isf.de; e) mohn@isf.de

Kurzfassung

Die Anwendung von Diamant, dem härtesten bekannten Werkstoff, als Schneidstoff in der spanenden Fertigung zur Bearbeitung einer Vielzahl von NE-Werkstoffen hat große Potenziale aufgezeigt. Hierbei kommt zunehmend im CVD-Verfahren erzeugter Diamant zum Einsatz, welcher aufgrund seines phasenreinen Diamantgefüges weitere Steigerungen der Zerspanleistungen und der Wirtschaftlichkeit bei der Bearbeitung von NE-metallischen Werkstoffen erwarten lässt. Bei der Anwendung von CVD-Diamant-Dickschichten mit einer Schichtdicke von mehreren 100 μm in Schneidwerkzeugen ist die Aufbringung derartiger freistehenden Schichten auf Hartmetall durch ein geeignetes Fügeverfahren, wie etwa durch Löten erforderlich. Um eine Lötverbindung mit Diamant herzustellen, kommen Aktivlote zum Einsatz. Derartige Lotlegierungen enthalten reaktionsfreudige Elemente in Form einer Aktivmetallkomponente (wie Ti, Cr oder anderen Refraktärmetallen) in geringer Konzentration. Diese können während des Lötprozesses in Wechselwirkung mit der Diamantoberfläche treten und eine dünne karbidische Reaktionsschicht ausbilden, welche durch die Basis-Legierungsbestandteile des Lotwerkstoffes benetzbar ist. Das Ziel der Arbeit ist die Bereitstellung leistungsfähiger gelöteter Hartmetall-CVD-Diamant-Dickschicht Verbunde als Werkzeuge für die spanende Bearbeitung. Die löttechnischen Untersuchungen verfolgten den Ansatz, über Grundlagenuntersuchungen zur Grenzflächenausbildung Kenntnisse über die Haftungsmechanismen am Interfacebereich Diamant-Lot zu erlangen. Benetzungsuntersuchungen mit kommerziell erhältlichen und eigens hergestellten Lotlegierungen auf AgCu-, CuSn- und Ni-Basis mit unterschiedlichen Aktivelementen (Ti, Cr, Si) und Aktivelementgehalten wurden mit Hilfe eines 3D-Mikroskopie-System an erstarrten Benetzungsproben durchgeführt, um die Lotwerkstoffe für die anschließende Untersuchung der Lötverbunde vorzuselektieren und günstige Prozessparameterbereiche für das Löten der Werkzeuge zu identifizieren. Die Ti- und Cr-legierten CuSn-Benetzungsproben wurden mittels REM- und EDXAnalysen auf eine den Benetzungsvorgang bestimmende Reaktionsschichtbildung hin untersucht. Die Einflüsse von Lötprozessparametern, unterschiedlichen Aktivelementen und dem Aktivelementgehalt auf die Reaktionsschichtausbildung, speziell am Interface- Bereich Diamant-Lot wurden an den Lötverbunden rasterelektronenmikroskopisch und mit EDX-Analysen untersucht. In Korrelation mit den Ergebnissen der am Lehrstuhl für spanende Fertigung durchgeführten Schleif- und Einsatzversuche sind mögliche Zusammenhänge zwischen der Ausprägung der Interface Bereiche der Lötverbunde und deren mechanischen Eigenschaften ermittelt worden.

Schlüsselwörter

Schleifen, Löten, CVD-Diamant

Veröffentlichung

In: Löt 2010, 9. Internationales Kolloquium Hart- und Hochtemperaturlöten und Diffusionsschweißen, 15.6.-17.6. 2010, Aachen, Deutschland, ISBN 978-3-87155-589-3