Mechanisches Legieren von Aluminium durch Rührreibprozesse

Friction Stir Processing (FSP) can be used to locally modify properties in materials such as aluminium. Furthermore, the composition of the alloy can be changed by this technique. Dispersing metallic and fiber additions inside a matrix of lightweight aluminium-alloys by FSP can produce homogenous solid solutions of the two elements, if suitable processing parameters are used. Different material properties can be influenced positively by adding various elements. A substantial hardening effect is shown for copper, whereas Zirconium can help to improve grain stability. Starting from electron microscopy results on the formation and dissolution of copper based intermetallic compounds (IMCs) at addition particle / matrix interfaces during FSP, a modelling of the thermal conditions and IMC fracture as dominant dissolution mechanisms were conducted. The comparability of the integration on harder and less soluble metals like iron and zirconium was checked and could be partially validated. Even though detrimental grain growth in AN EW-2195 FS-welds could not be fully controlled by Zr-additions, valuable insights on the process could be gained. First studies on other possible applications of iron or carbon fibers where explored as well. The results can now be applied to effectively rise the addition content and strengthen FS welded joints as well as FSPed surfaces.Mittels Friction Stir Processing (FSP) lassen sich die Eigenschaften von Materialien wie Aluminium lokal verändern. Darüber hinaus kann die Zusammensetzung der Legierung durch diese Technik verändert werden. Das Verteilen von Metall- und Faserzusätzen in einer Matrix aus leichten Aluminiumlegierungen mittels FSP kann bei geeigneten Verarbeitungsparametern homogene Mischkristalle der beiden Komponenten erzeugen. Unterschiedliche Materialeigenschaften können durch die Zugabe verschiedener Elemente positiv beeinflusst werden und die Zusatzstoffe Kupfer, Zirconium, Eisen und Kohlenstofffasern wurden dahingehend untersucht. Für Kupfer zeigt sich ein erheblicher Härtungseffekt für Prozessparameter, bei denen es zur Auflösung der Zusatzelementpartikel kommt. Ausgehend von elektronenmikroskopischen Ergebnissen zur Bildung und Auflösung von intermetallischen Verbindungen (IMC) an den Grenzflächen zwischen Zusatzelementpartikeln und Matrix während FSP wurde eine Modellierung der thermischen Bedingungen und des IMC-Bruchs als vorherrschendem Auflösungsmechanismus durchgeführt. Die Vergleichbarkeit der Integration zu härteren und weniger löslichen Metallen wie Eisen und Zirconium wurde geprüft und konnte teilweise validiert werden. Auch wenn das schädliche Kornwachstum in AN EW-2195 FS-Schweißnähten durch Zr-Zusätze nicht vollständig kontrolliert werden konnte, wurden wertvolle Erkenntnisse über den Prozess gewonnen. Erste Studien zu anderen möglichen Anwendungen von Eisen- oder Kohlenstofffasern wurden ebenfalls durchgeführt. Die Ergebnisse können genutzt werden, um den Zusatzgehalt effektiv zu erhöhen und FS-Schweißnähte sowie FSP-behandelte Oberflächen zu verstärken