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Description
Electron Channeling Contrast Imaging (ECCI) ermöglicht die hochauflösende, ortsspezifische Charakterisierung von Versetzungen in metallischen Werkstoffen im Raster-Elektronenmikroskop (REM).
Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung wird ECCI an einer AlMg0.5Si-Legierung angewendet, die für Kühlplatten in der Leistungselektronik von E-Motoren eingesetzt wird.
Die in dieser Untersuchung zusätzlich eingesetzte TOCA-Software (Tool for Orientation and Crystallographic Analysis) erlaubt eine ECCI-Abbildung unter kontrollierten Bedingungen (cECCI). Die jeweiligen Elektronen-Channeling Patterns (ECP) der Probe werden hierfür basierend auf EBSD-Messdaten (Electron Backscatter Diffraction) simuliert. Somit ist es möglich, die notwendigen Probenkippwinkel für die Dual-Beam-Condition im REM zu berechnen und dabei eine aussagekräftige Defektabbildung zu erzielen.
Die untersuchten Bauteile zeigen lokal stark unterschiedliche Massivumformgrade. Speziell die zur Wärmeabfuhr integrierten, hoch kaltumgeformten Pins weisen signifikant erhöhte lokale Umformzustände auf, während die Bereiche darunter deutlich geringere plastische Verformung erfahren haben.
Ziel der Studie ist es, die Versetzungsdichten in den stark umgeformten Bereichen quantitativ zu erfassen und diese mit den Versetzungsdichten in Zonen mit geringerem lokalen Umformgrad desselben Bauteils zu vergleichen.
Zusätzlich wird untersucht, inwieweit thermische Belastungen, wie sie während der späteren Verarbeitungs-Prozesskette auftreten, die Versetzungsdichte beeinflussen. Die Auswertung der Analyse vor und nach der thermischen Belastung mit einer KI-Auswertetechnik erlaubt Rückschlüsse darauf, ob und in welchem Umfang Erholungsvorgänge, lokale Rekristallisation oder Versetzungsumlagerungen stattfinden und wie stabil die durch die Kaltmassivumformung eingebrachten Defektstrukturen sind.
Insbesondere zeigen diese Defektstrukturen, wie sich unterschiedliche lokale Umformgrade sowie nachfolgende thermische Prozessschritte auf die mikrostrukturelle Integrität und damit auf die Wärmeleitfähigkeit, mechanische Stabilität und Lebensdauer von Kühlkomponenten auswirken, die in der E-Mobilität eingesetzt werden.
Die gewonnenen Ergebnisse liefern wichtige Beiträge für die Auslegung und Fertigungsoptimierung von thermisch belasteten Struktur- und Funktionsbauteilen.
Zusätzlich können die Daten bei der Verifizierung und Weiterentwicklung der FEM-Umformsimulationen bzw. Vorhersagemodelle hilfreich sein.