Forscher haben gezeigt, dass Reibschweißen (Friction Stir Welding, FSW) die Verbindung von LPBF CuNiSiCr-Kupferlegierungen ermöglicht, während gleichzeitig Porosität nahezu eliminiert und die Festigkeit signifikant gesteigert wird. Dies eröffnet einen vielversprechenden Weg zur Herstellung größerer und leistungsfähigerer thermischer Hardware.
Die traditionellen Methoden zur Verbindung von Kupferlegierungen, insbesondere von mittels Laser Powder Bed Fusion (LPBF) hergestellten Bauteilen, stoßen oft an Grenzen, wenn es um die Vermeidung von Defekten wie Porosität geht. Diese Defekte können die mechanischen Eigenschaften und die Wärmeleitfähigkeit erheblich beeinträchtigen. FSW hingegen ist ein Festkörper-Schweißverfahren, das durch mechanische Verformung Wärme erzeugt und so eine Verbindung ohne Schmelzen ermöglicht. Dies führt zu einer feinkörnigeren Mikrostruktur und reduziert die Bildung von Poren und Rissen erheblich.
Die Studie konzentrierte sich auf die LPBF CuNiSiCr-Kupferlegierung, die aufgrund ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit und mechanischen Eigenschaften für thermische Anwendungen wie Kühlkörper und Wärmeübertrager von Interesse ist. Durch die Anwendung von FSW konnten die Forscher eine nahezu porenfreie Verbindung erzielen und die Zugfestigkeit des Materials im Vergleich zu herkömmlichen Schweißverfahren um bis zu 30 % steigern. Dies ist ein entscheidender Fortschritt, da eine höhere Festigkeit die Konstruktionsmöglichkeiten erweitert und die Zuverlässigkeit der Bauteile erhöht.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass FSW eine praktikable und skalierbare Methode zur Herstellung komplexer Kupferkomponenten für Hochleistungsanwendungen darstellt. Insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, die Elektromobilität und die Elektronikindustrie, wo effiziente Wärmeableitung und hohe Zuverlässigkeit unerlässlich sind, bietet diese Technologie erhebliche Vorteile. Die Fähigkeit, größere und robustere thermische Bauteile zu fertigen, könnte zu einer verbesserten Energieeffizienz und einer längeren Lebensdauer von Systemen führen.