<p>Razvijene su TiAlN/TiSiN i CrAlN/TiSiN nanoslojne prevlake u kojima je napravljen spoj nanoslojnog i nanokompozitnog dizajna. Akcenat je stavljen na proizvodnju prevlaka visoke tvrdoće i visoke otpornosti na lom. Proučavane su i jednoslojne TiAlN, nanokompozitne TiSiN i višeslojne TiAlN/TiSiN prevlake kako bi se utvrdilo kako dizajn utiče na osobine prevlaka. Sve prevlake pripremane su sa jednim, dva i tri stepena rotacije. Pokazano je da dizajn i vid rotacije značajno utiču na mikrostrukturu i teksturu prevlaka, a time na njihove mehaničke osobine, otpornost na lom, adheziju između prevlake i podloge, topografiju površine i tribološko ponašanje. Nanoslojne i nanokompozitne prevlake odlikuju se kompaktnom nanokristalnom mikrostrukturom, dok jednoslojne TiAlN prevlake imaju stubastu strukturu sa kristalnim zrnima veće veličine. Pri prelasku sa jednog na više stepeni rotacije mikrostruktura prevlaka postaje kompaktnija sa kristalnim zrnima manje veličine i manjom poroznošću. U skladu sa tim, najmanju hrapavost, najveću tvrdoću, najveću otpornost na lom i najveću otpornost na habanje imaju nanoslojne i nanokompozitne prevlake pripremane sa dva i tri stepena rotacije.</p> / <p>With the aim to develop hard coatings characterized by both, high hardness<br />and high resistance to cracking, synergy between nanolayered and<br />nanocomposite design was made and nanolayered TiAlN/TiSiN and<br />CrAlN/TiSiN coatings were produced. Monolayer TiAlN, nanocomposite<br />TiSiN and multilayer TiAlN/TiSiN were also studied in order to find the<br />relation between the coating design and their properties. All coatings were<br />deposited with 1-fold, 2-fold and 3-fold rotation. It is shown that coating<br />design and type of rotation have great influence on coating microstructure<br />and texture, and in this way on their mechanical properties, resistance to<br />cracking, adhesion between coating and substrate, surface topography and<br />tribological behavior. Nanolayered and nanocomposite coatings are<br />characterized by compact nanocrystalline microstructure, while monolayer<br />TiAlN coatings have columnar structure with larger crystalline grains. By<br />increasing the number of rotational degrees from 1-fold to 3-fold size of<br />crystalline grains decreases and microstructure becomes more dense.<br />Therefore, nanolayered and nanocomposite coatings deposited with 2-fold<br />and 3-fold rotation are characterized by the highest hardness, highest<br />resistance to cracking, highest wear resistance and the smoothest surface<br />topography.</p>

Le procédé de projection à froid (cold spray en anglais) est un procédé fondé sur l’accélération de particules qui restent à l’état solide pour former des dépôts. L’un des forts potentiels applicatifs de ce procédé réside dans la réalisation de dépôts composites car l'incorporation des particules céramiques dans des poudres métalliques influence la microstructure et les propriétés des dépôts. Néanmoins, le principe de construction du dépôt composite n’est pas encore parfaitement établi. En conséquence, les recherches menées dans cette étude sur la fabrication de dépôts composites s’articulent autour de plusieurs domaines, à savoir :• La science des matériaux avec des études sur l’effet de la taille et de la teneur (15 vol.% - 60 vol.%) de la particule du renfort (SiC);• La mécanique des fluides avec des modélisations des vitesses des particules céramiques (SiC) et alliage d’aluminium (Al5056) et les simulations du comportement à la déformation de la particule;• Les caractérisations des dépôts avec des analyses de microstructure et de microdureté, de la cohésion du dépôt et de comportement en frottement des dépôts;Les résultats montrent que la température du gaz n'a aucun effet sur la teneur en SiC dans les dépôts mais provoque une amélioration du rendement de dépôt. La teneur en SiC dans les dépôts composites d’Al5056/SiCp augmente avec l’augmentation de la teneur en SiC dans les poudres initiales. L’ajout de SiC dans les dépôts d’Al5056 augmente la dureté et améliore la résistance à l'usure des dépôts, et puis l’amélioration dépend de la teneur en SiC dans les dépôts composites. La force de cohésion des dépôts augmente dans un premier temps avec l’augmentation de la teneur en SiC puis diminue à partir d’environ 26-27%. Les dépôts composites renforcés par SiC-67 et SiC-27 ont une teneur en SiC semblable dans les dépôts ; Pourtant la microdureté, la force de cohésion et la résistance à l'usure des dépôts formés par Al5056/SiC-67 sont supérieures à celles des dépôts construits par Al5056/SiC-27. Ce phénomène relève l’importance de l’énergie cinétique des particules renforts.Les résultats expérimentaux ont montré que les particules de SiC ne se déforment pas plastiquement mais qu’elles sont susceptibles de créer des cratères sur le substrat ou le revêtement déjà formé ou encore rebondir ou bien de s’insérer mécaniquement dans le revêtement déposé. Finalement, un modèle eulérien a été développé pour prédire la vitesse critique à partir de la morphologie de l’éjection de matière au moment de l’impact. Ce modèle a également été étendu au dépôt composite pour représenter le procédé d’empilement des particules pendant la projection. Les résultats calculés montrent la plus grande déformation des particules de la matrice grâce à l’impact des renforts. / In cold spraying, particles are accelerated in the gas jet to achieve a high velocity and deposit on the substrate with a solid state. One of potential and important applications of cold spray is realizing the composite coatings. The incorporated ceramic particles in the composite coating can greatly influence the microstructure and properties of the coatings. The objective of this thesis was to investigate factors influencing the reinforcement content in the coatings and especially the formation mechanism in cold spraying. Al5056/SiC composite coatings were prepared by cold spraying. The effect of particle size and the reinforcement content in the powders on the reinforcement content in the coatings and thus on the microstructure and the properties of the coatings were studied. A search on the particle deformation and the formation mechanism of the composite coating was also carried out by using software of fluent and Abaqus.The results show that the addition of the SiC particles in the coating increases the hardness and improves the wear resistance of the coatings. However, the cohesion strength of the coatings first increases with the increase of the SiC content in the coating and then at a certain fraction, it decreases. Moreover, under the condition of having a similar SiC content in the coating, larger SiC particles lead to better properties of the coatings.Finally, an eulerian model was used for predicting the critical velocity by the morphology of the material jet. This model has also been extended to the composite model to demonstrate the built-up process of the composite coating during cold spraying. The calculation results show that the matrix particles deform more greatly after being impacted by the reinforcements.

Le but de ce travail de thèse est de mieux comprendre les mécanismes de déformation à température ambiante dans les alliages de titane bêta-métastable Ti17 et Ti5553. Les microstructures étudiées sont composées de grains bêta transformé, dans lesquels la phase alpha peut précipiter, selon les relations de Burgers, sous la forme de douze variants différents. Une approche multi-échelles est donc préconisée avec trois niveaux représentatifs: macroscopique, mésoscopique (ex-grains bêta), et microscopique (variants alpha et matrice bêta de chaque grain). Différents modèles à champs moyens sont adaptés pour reproduire le comportement mécanique du Ti17 et du Ti5553. Ces modèles impliquent deux transitions d'échelle, et sont basés sur l'homogénéisation des comportements locaux, avec plusieurs manières de représenter les interactions intergranulaires. Les relations entre microstructures et propriétés mécaniques sont également considérées. Les modèles les plus complexes développés dans cette étude vont permettre de simuler l'anisotropie élastique et l'écoulement visqueux de chaque variant alpha (hcp) et de chaque matrice bêta (bcc), en employant la plasticité cristalline avec des écrouissages de type cinématique et isotrope. L'identification des paramètres matériaux est faite à partir d'une vaste base de données expérimentale provenant du projet PROMITI. Pour comprendre le rôle de chaque phase dans le processus de déformation, un calcul EF a également été fait afin de reproduire l'essai de traction sur une très fine éprouvette plate. Dans cette étude, le niveau mésoscopique est explicitement représenté en reprenant fidèlement la géométrie et l'orientation cristallographique de chaque grain bêta transformé. Des comparaisons entre expérience et simulation sont faites à l'échelle macroscopique pour les courbes contrainte - déformation, ainsi qu'au niveau mésoscopique, en considérant les champs de déplacement hors-plan et les champs de déformation. / The purpose of this PhD work is to investigate deformation mechanisms at room temperature in beta-metastable titanium alloys Ti17 and Ti5553. Studied microstructures are composed of beta-grains, in which alpha phase can precipitate under twelve different variants according to Burgers relationship. A multiscale approach is then proposed with three levels to consider: macroscopic, mesoscopic (prior beta grains) and microscopic (alpha variants and beta matrix of each grain). Different mean field models are adapted to depict Ti17 and Ti5553 mechanical behaviors. These models are based on the two scale-transition homogenization of local behaviors, with various ways of representing intergranular interactions. Relationships between microstructures and mechanical properties are also considered. The most advanced micromechanical models developed in this work depict elastic anisotropy and viscoplastic flow of each hcp alpha variant and each bcc beta matrix, using crystal plasticity with kinematic and isotropic hardening. Identification of material parameters is done using a large experimental database from PROMITI project. To understand the role of each phase in the deformation process, a FE computation was also made to reproduce the uniaxial tensile test of a very thick micro-specimen. In this study, the mesoscopic scale is explicitly represented: each beta grain has a real geometry and crystallographic orientation, according to a measured EBSD map in SEM. Comparisons between experiment and the numerical simulation are made on macroscopic stress - strain curves as well as on the mesoscopic scale, by considering out-of-plane displacement and strain fields.

Two magnesium alloys (Mg-4Y-4Gd-2Ca and Mg-2Y-2Gd-1Ca) with high ignition tem- perature were successfully processed by extrusion. Mg-2Y-2Gd-1Ca alloy was addition- ally processed by equal channel angular pressing (ECAP) to achieve ultrafine-grained microstructure. The effect of extrusion parameters on fraction of recrystallized grains, grain size, and texture was revealed by EBSD analysis. The presence of Mg2Ca, REH2 and Mg5RE secondary phases was proven by SEM and TEM. Microstructural condition including distribution and morphology of secondary phase par- ticles directly affected the mechanical properties. Yield tensile stress exceeding 200 MPa was achieved in each condition. Large non-recrystallized grains with strong {10̄10} tex- ture resulted in a significant anisotropy in mechanical properties. Processing by ECAP led to a homogeneous microstructure with a mean grain size below 1 µm. ECAP condition showed superior mechanical properties with a low anisotropy. The developed and analysed microstructural condition resulted in favourable mechanical properties. The studied alloys are therefore promising for the application in aerospace industry. 1

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La Compaction à Grande Vitesse (CGV) est un procédé efficace pour mettre en oeuvre par frittage, et dans un temps court, des poudres polymères semi-cristallins quelle que soit leur viscosité en partant d’une température inférieure au point de fusion. L’échauffement et la fusion du matériau est obtenu par une succession d’impacts à une énergie donnée ce qui offre la possibilité de définir finement la quantité d’énergie que l’on souhaite apporter au matériau et la qualité du frittage. Une fusion partielle de la poudre permet de profiter de la cristallinité élevée de la poudre native, un compromis est alors possible entre de hautes propriétés élastiques et une ductilité élevée. La contre-partie de cette efficacité est une mise au point délicate du procédé. Dans le cas du polyéthylène ultra haute masse molaire (UHMWPE), il a été montré que le procédé permet une quasi-abstraction des effets de la masse molaire. Le frittage du UHMWPE demande seulement une réorganisation à courte distance des chaînes qui peut se faire dans un temps très limité. La cohésion de la poudre est assurée essentiellement par la cocristallisation et la création de nouveaux enchevêtrements. La modélisation du procédé a permis de comprendre comment l’énergie cinétique lors des impacts est transformée en chaleur dans la poudre et elle a permis l’établissement d’un critère de processabilité par CGV. Ce critère de processabilité repose sur la déformabilité de la poudre contenu dans la matrice au moment de l’impact. Celle-ci doit être suffisante pour que l’énergie dissipée dans le matériau permette sa fusion en moins de cent coups. Ceci a permis de comprendre pourquoi le polyoxyméthylène peut difficilement se mettre en forme par CGV. / High Velocity Compaction (HVC) is an efficient process to mold, in a short time, semicrystalline polymers powders any about their viscosity by starting from a temperature below melting point. Heating and melting occur by successive impacts at a preset energy that offers the possibility to set accurately the energy amount that we would bring to the material and the sintering quality. Partial melting of powder enable to take advantage of the high cristallinity of nascent powders, a compromise is possible between high elastic properties and high ductility. The flip-side of this efficiency is a delicate process settings. For the ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), it has been shown that the process makes it possible a quasi abstraction of molecular weight effects. UHMWPE sintering needs only a short length reorganisation of chains that could be done in a really short time. Powder cohesion is essentially bring by cocrystallisation and by new entanglements creation. Process modelling allowed to understand how kinetic energy during hits is converted into heat in powder and it’s enable to define a HVC processability criterion. This processability criterion rests on the strainability of powder place in a die during a hit. It has to be sufficient to the dissipated energy in material allows his melting in less than one hundred impacts. This criterion allows to understand why the polyoxymethylene is hard to mold by HVC.

Les composites Cu-Cr sont couramment utilisés comme matériaux de contact électrique pour ampoules à vide des disjoncteurs de moyenne tension. Pourtant très répandu, le frittage en phase solide de ces matériaux a été relativement peu étudié. L’optimisation du procédé passe par la compréhension des mécanismes de frittage. Cette étude est focalisée sur deux aspects importants du frittage : les processus d’oxydo-réduction liés aux oxydes de surfaces des poudres et la compétition entre mécanismes de densification et de gonflement au cours du frittage.L’oxydo-réduction a été étudiée par analyse thermogravimétrique couplée à différentes techniques de spectroscopie d’abord sur les matériaux purs puis sur les composites. Des analyses des interfaces par des coupes réalisées au FIB ont permis de préciser la localisation de l’oxyde dans les matériaux frittés. Un transfert d’oxygène a lieu entre les poudres de cuivre et de chrome. L’intensité de ce transfert dépend de la nature réductrice de l’atmosphère utilisée.La densification a été analysée par dilatométrie sur les matériaux purs et sur les composites. Ces analyses ont été appuyées par des observations microstructurales, notamment par tomographie des rayons X. L’effet des paramètres du procédé (atmosphère, vitesse de chauffage, poudres…) a été étudié. Les résultats montrent le lien entre la désoxydation des poudres de cuivre et le frittage. Un phénomène de gonflement du cuivre seul s’explique par le dégazage du cuivre à haute température lors de la fermeture des pores. Ce gonflement n’a pas lieu dans les composites Cu-Cr car le chrome retarde la fermeture des pores et piège les gaz émis par le cuivre en formant l’oxyde Cr2O3. L’atmosphère de frittage, la morphologie et la taille des poudres de chrome influent sur la densification. Le frittage sous vide permet de réduire la porosité. Une morphologie sphérique des particules de chrome limite l’effet inhibiteur de celui-ci sur la densification. Pour de faibles tailles de particules, le chrome participe à la densification, ce qui permet de mieux densifier le matériau. Ces résultats ouvrent des voies d’optimisation du procédé de frittage des matériaux.Les matériaux élaborés ont été testés dans leurs conditions d’utilisation, c'est-à-dire lors de coupures sur court-circuit en ampoule à vide. Ces essais ont montré l’intérêt de réduire la quantité d’oxyde de chrome et ont permis de déterminer l’effet des impuretés rencontrées usuellement sur les poudres de cuivre et de chrome. / Cu-Cr composites are commonly used as contact materials for medium voltage circuit breakers vacuum bottles. Solid state sintering process of Cu-Cr composites is widespread but has been relatively little studied. Optimizing the process requires understanding the sintering mechanisms. This study was focused on two important aspects of sintering: the redox reactions associated to oxides on the powder surface and the competition between densification and swelling mechanisms during sintering.The redox reactions were studied by thermogravimetric analysis coupled to various spectroscopic techniques, first on isolated Cu and Cr, then on Cu-Cr composites. Interfaces analyses obtained by FIB clarified the location of the oxide inside the sintered materials. Oxygen transfer takes place between copper and chromium powders. This phenomenon strongly depends on the reducing character of the sintering atmosphere.Densification was analyzed by dilatometry on Cu, Cr and Cu-Cr composites. This analysis was supported by microstructural observations, including X-ray tomography .The effect of process parameters (atmosphere, heating rate, powders ...) was studied. The results show the relationship between sintering and copper oxide reduction. The swelling phenomenon of copper compacts is explained by high temperature degassing of copper during pore closure. This swelling does not occur in Cu-Cr composites as chromium delays pore closing and entraps the gases released by copper. Sintering atmosphere, chromium morphology and chromium particle size affect densification. Vacuum sintering reduces porosity. Chromium particles with spherical shape limit its inhibiting effect on densification. For small particle sizes, chromium participates to densification, leading to better densification of the material. These results open the route for optimizing the sintering of Cu-Cr composites.Cu-Cr composites were tested for short circuit performance in vacuum interrupters. The result of these tests showed the importance of reducing the chromium oxide amount. The effect of impurities commonly encountered on the powders copper and chromium powders was also determined.

The demanding structural applications (e.g. aerospace, biomedical, etc.) require new materials with improved mechanical performance. The novel Ti-based dendrite + nano-/ultrafine-structured (Ti-based DNUS) composites exhibit an advantageous combination of high compressive strength (2000 – 2500 MPa) and large compressive ductility (10 – 30 %) already in the as-cast state [1,2] and, therefore, can be referred as high-performance materials. However, these Ti-based composites frequently exhibit very low or even lack of tensile ductility [3]. Therefore, the aim of this research work is to develop high strength Ti-based DNUS composites with pronounced tensile plasticity and to correlate the mechanical properties with their microstructure. In order to reach the goal, the high-strength Ti66Nb13Cu8Ni6.8Al6.2 (at.%) alloy exhibiting large compressive ductility [4] was selected for the modification. The microstructure of Ti66Nb13Cu8Ni6.8Al6.2 is composed of two metallographic constituents including β-Ti dendrites and an interdendritic component. The β-Ti dendrites are enriched in Nb and, therefore, Nb is referred as “dendritic element” whereas the interdendritic component is enriched in Ni and Cu and, therefore, these are referred as “interdendritic elements”. To perform a systematic study of the “interdendritic elements” (Ni, Cu and Co) effect on microstructure, a number of alloys with different concentration and types of alloying elements (Ti-Nb-Cu-Ni-Al, Ti-Nb-Co-Ni-Al, Ti-Nb-Cu-Co-Al and Ti-Nb-Ni(Co)-Al) were developed. It was shown that a higher concentration of the “interdendritic elements” in a composition within one alloy system corresponds to a higher volume fraction of the interdendritic component. Additionally, the crystal structure of the interdendritic phases is affected by type of the “interdendritic elements”. Since the most advanced applications (e.g. aerospace) require materials with high specific strengths, the new ductile Ti-Nb-Cu-Ni-Al alloys were modified to reduce their density, i.e. the Nb was substituted by lighter V. As a result, a new family of Ti-V-Cu-Ni-Al alloys with improved specific strength compared to the Ti-Nb-Cu-Ni-Al alloys was developed. Additionally, moduli of resilience of the Ti-V-Ni-Cu-Al alloys are superior when compared with those of the commercial Ti-based spring materials. The effect of microstructure on deformation of the newly developed alloys was studied through the in-situ microstructural analysis of samples at different strained states by means of scanning electron microscopy. To reveal the effect of the metallographic constituents on strength, the microhardness mapping of the new alloys was performed. Using the obtained empirical principles of microstructure adjustment, a new Ti68.8Nb13.6Co6Cu5.1Al6.5 (at.%) alloy with a large static toughness (superior to those of the recently developed Ti-based metallic glass composites) was developed. This large static toughness is due to both high strength and significant tensile plasticity. To study the effect of microstructure on tensile plasticity of Ti68.8Nb13.6Co6Cu5.1Al6.5 the in-situ microstructural analysis of samples at different strained states in the scanning electron microscope as well as the transmission electron microscopy studies were performed. / Der erhöhte Anspruch an strukturelle Anwendungen (z.B. Luftfahrt, Biomedizin, etc.) verlangt neue Werkstoffe mit verbesserten mechanischen Leistungsfähigkeiten. Neuartige Ti-basierte dendritische nano-/ultrafeine Komposite (Ti-basierte DNUS Komposite) besitzen eine vorteilhafte Kombination von hoher Druckfestigkeit mit großer plastischer Verformbarkeit unter Druckbelastung bereits im Gusszustand [1,2] wodurch sie als hochleistungsfähige Werkstoffe angesehen werden. Jedoch besitzen diese Ti-basierte DNUS Komposite heufig eine stark verringerte oder gar keine Duktilität unter Zugbelastung [3]. Deswegen ist es das Ziel dieser Forschungsarbeit neue hochfeste Ti-basierte DNUS Komposite mit ausgeprägter Duktilität unter Zugbelastung zu entwickeln und die mechanischen Eingeschaften mit ihrer Mikrostruktur zu korrelieren. Um dieses Ziel zu erreichen wurde die hochfeste Legierung Ti66Nb13Cu8Ni6.8Al6.2 (at.%) [4], die eine große plastische Verformbarkeit unter Druckbelastung aufweist, ausgewählt. Die Mikrostruktur von Ti66Nb13Cu8Ni6.8Al6.2 setzt sich aus zwei metallographischen Konstituenten, einschließlich β-Ti Dendriten und einer interdendritischen Komponente, zusammen. Die β-Ti Dendriten sind mit Nb angereichert, weswegen Nb als “dendritisches Element” bezeichnet wird, wohingegen die interdendritische Komponente mit Ni und Cu angereichert ist und deswegen diese als “interdendritische Elemente” bezeichnet werden. Um den Einfluss der “interdendritischen Elemente” (Ni, Cu and Co) auf die Mikrostruktur zu untersuchen wurden Legierungen mit verschiedenen Konzentrationen unterschiedlicher Legierungselemente (Ti-Nb-Cu-Ni-Al, Ti-Nb-Co-Ni-Al, Ti-Nb-Cu-Co-Al and Ti-Nb-Ni(Co)-Al) entwickelt. Es wurde gezeigt, dass eine höhere Konzentration “interdendritischer Elemente” in einer bestimmten Zusammensetzung einem höheren Volumanteil der interdendritischen Komponente entspricht. Zusätzlich wird die Kristallstruktur der interdendritischen Phase sehr stark durch die “interdendritischen Elemente” beeinflusst. Da die meisten hoch entwickelten Anwendungen (z.B. Luftfahrt) gesteigerte spezifische Festigkeiten erforden, wurden die neuen duktilen Ti-Nb-Cu-Ni-Al Legierungen modifiziert um ihre Dichte zu reduzieren, indem Nb durch das leichtere V ersetzt wurde. Als Ergebniss wurde eine neue Familie von Ti-V-Cu-Ni-Al Legierungen, mit im Vergleich zu Ti-Nb-Cu-Ni-Al Legierungen verbesserten spezifischen Festigkeiten, entwickelt. Zusäzlich ist die elastische Formänderungsenergiedichte der neu entwickelten Legierungen höher verglichen mit kommerziellen Ti-basierten Federmaterialien. Der Effekt der Mikrostruktur auf das Verformungsverhalten der Legierungen wurde mittels in-situ mikrostruktureller Analysen verschiedener Verformungszustände im Rasterelektronenmikroskop untersucht. Um ein Einfluss der metallographischen Konstituenten auf die Festigkeit zu bestimmen wurden Mikrohärtekarten erstellt. Unter Verwendung der erhalten empirischen Prinzipen zur Einstellung der Mikrostruktur wurde eine neue Legierung Ti68.8Nb13.6Co6Cu5.1Al6.5 (at.%) mit hoher statischer Zähigkeit (besser als die der kürzlich entwickelten Ti-basierten gläsernen metallischen Kompositlegierungen) entwickelt. Diese hohe statische Zähigkeit wird sowohl durch die hohe Festigkeit als auch durch die ausgeprägte Plastizität unter Zugbelastung verursacht. Um den Einfluss der Mikrostruktur auf die Plastizität unter Zug zu untersuchen wurde Transmissionelektronmikroskopie sowie in-situ mikrostrukturelle Analysen verschiedener Verformungszustände im Rasterelektronmikroskop durchgefühlt.

Über die additive Fertigung, oftmals bezeichnet als 3D-Druck, lassen sich Bauteile nahezu beliebiger geometrischer Komplexität herstellen. Gleichzeitig lassen die Prozessrandbedingungen die direkte Einstellung der Mikrostruktur in den verwendeten metallischen Werkstoffen zu. Hieraus ergeben sich weitreichende Möglichkeiten bezüglich der Eigenschaftsoptimierung aktueller Hochleistungswerkstoffe.

Das ultraschallunterstützte Rührreibschweißen (USE-FSW) als innovatives Hybrid-Pressschweißverfahren zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus, welche es für die Kombination artfremder metallischer Werkstoffe mit deutlich unterschiedlichem Schmelzpunkt ermöglichen, qualitativ hochwertigere Verbunde zu realisieren. Die vorliegende Arbeit thematisiert experimentelle Untersuchungen der Auswirkungen des zusätzlich eingekoppelten Leistungsultraschalls auf das Prozessverhalten und die Bindungsmechanismen sowie daraus resultierender mechanischer Verbundeigenschaften beim ultraschallunterstützten Rührreibschweißen von Aluminium/Stahl-Verbunden. Im Anschluss an die Ermittlung geeigneter Parameter für das konventionelle Rührreibschweißen erfolgen grundlegende Betrachtungen des Einflusses des Leistungsultraschalls auf das Schwingungsverhalten, das thermische Verhalten und das insitu- Prozesskraftverhalten, aus denen bestmögliche Ultraschallparameter abgeleitet werden. Nachfolgende detaillierte, vergleichende Untersuchungen des konventionellen und des ultraschallunterstützten Rührreibschweißprozesses belegen unter anderem eine Reduktion der Dicke spröder, aluminiumreicher intermetallischer Phasen am Verbund-Interface des USE-FSW-Verbundes, was in einer Erhöhung der Zugfestigkeit und der Duktilität resultiert. / The ultrasound enhanced friction stir welding (USE-FSW) as an innovative hybrid solid state joining process is characterized by a number of advantages that enable the realization of higher quality joints for the combination of dissimilar, metallic material combinations with strongly differing melting points. The present work addresses the impact of the additional power ultra- sound transmission on the process behavior and the bonding mechanisms as well as resulting mechanical joint properties for the ultrasound enhanced friction stir welding of aluminum/steel joints via experimental investigations. Subsequent to the determination of suitable parameters for the conventional friction stir welding basic considerations of the power ultrasound influence on the oscillation behavior, the thermal behavior and the in-situ process force behavior take place for deriving a best possible set of ultrasound parameters. Moreover, the conventional and the ultrasound enhanced friction stir welding process are investigated comparatively in detail, proving a reduction in thickness for brittle, aluminum-rich intermetallic phases at the USE-FSW joint interface among other things, resulting in an improved tensile strength and ductility.