TY  - JOUR
A1  - Maier, Christoph
A1  - Rachwalsky, Paul
A1  - Wittmann, Armin
A1  - Koch, Klaus P.
A1  - Fischer, Georg
T1  - Characterizing surface roughness evolution in copper conductors under mechanical strain using power spectral density analysis
T2  - Materials Science & Engineering Technology
N2  - This study investigates the effects of mechanical strain on the surface roughness of copper conductors, focusing on the electrolyte-refined copper (Cu-ETP, CW004A) used in H07V-U 1.5 mm2 single-core cables. For the first time, the surface roughness evolution is characterized using the power spectral density (PSD) function, enabling a detailed roughness analysis across different spatial length scales. Conductors were subjected to mechanical stress, with measurements taken at multiple stages of service life. The study confirms the results from other studies that surface roughness increases significantly in the early stages of loading, with a plateau observed in 50 % - 75 % of cycles to failure. Micro crack formation and material extrusion are identified as key mechanisms driving roughness growth, especially at small length scales, with a shift towards larger length scales as strain intensifies. The increasing Hurst exponent suggests a transformation from a random to a more persistent and correlated surface. The results underscore the potential of power spectral density analysis in understanding surface behavior in copper conductors.
N2  - In dieser Studie werden die Auswirkungen mechanischer Belastung auf die Oberflächenrauheit von Kupferleitern untersucht, wobei der elektrolytisch raffinerte Kupferleiter (Cu-ETP, CW004A) in H07V-U 1.5 mm2 Aderleitung im Fokus steht. Erstmals wird die Entwicklung der Oberflächenrauheit unter Verwendung der spektralen Leistungsdichte (PSD) charakterisiert, die eine detaillierte Analyse der Rauheit über verschiedene Längenskalen ermöglicht. Die Leiter wurden mechanischen Belastungen ausgesetzt, wobei Messungen in mehreren Phasen bis zum Versagen durchgeführt wurden. Die Studie bestätigt die Ergebnisse aus anderen Arbeiten, dass die Oberflächenrauheit in den frühen Phasen der Beanspruchung deutlich zunimmt, wobei bei 50 % - 75 % der Zyklen bis zum Versagen ein Plateau zu beobachten ist. Die Bildung von Mikrorissen und Materialextrusion werden als Hauptmechanismen für das Wachstum der Rauheit identifiziert, insbesondere auf kleinen Längenskalen, mit einer Verschiebung hin zu größeren Längenskalen, wenn die Belastung zunimmt. Die Steigerung des Hurst-Exponenten deutet auf eine Transformation von einer zufälligen hin zu einer persistenteren und korrelierten Oberfläche hin. Die Ergebnisse unterstreichen das Potenzial der spektralen Leistungsdichte, ein umfassendes Verständnis des Oberflächenverhaltens unter mechanischer Belastung in Kupferleitern zu liefern.
KW  - copper conductors
KW  - surface roughness
KW  - power spectral density
KW  - mechanical strain
KW  - Hurst exponent
KW  - Kupferleiter
KW  - Oberflächenrauheit
KW  - spektrale Leistungsdichte
KW  - mechanische Belastung
KW  - Hurst-Exponent
KW  - Kupfer
KW  - Elektrischer Leiter
KW  - Rauigkeit
KW  - Mechanische Spannung
KW  - Mikroriss
KW  - Leistungsdichte <Physik>
Y1  - 2026
UR  - https://hst.opus.hbz-nrw.de/frontdoor/index/index/docId/1101
UR  - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:tr5-11014
VL  - 56
IS  - 9
SP  - 1225
EP  - 1234
PB  - Wiley
ER  -