Oberflächenmodifikation von Aluminiumlegierungen mit Laserstrahlung: Prozessverständnis und Schichtcharakterisierung

Kurzfassung der Arbeit

Inhaltsverzeichnis

Verzeichnis der Symbole

Extended Abstract

1 Einleitung

2 Stand der Technik

2.1 Verfahren des Laseroberflächenveredelns von Al- Legierungen

2.2 Physikalische Grundlagen

2.2.1 Absorption von Laserstrahlen

2.2.2 Wärmeleitung im Bauteil

2.2.3 Extinktion an metallischen Partikeln

2.2.4 Energieeinkopplung beim Laserbeschichten

2.2.5 Vorgänge in der schmelzflüssigen Phase

2.2.6 Schichteigenschaften und -fehler

2.3 Grund- und Zusatzwerkstoffe

2.3.1 Zusatzwerkstoffe beim Oberflächenveredeln von Al- Legierungen

2.4 Vergleich zu anderen Beschichtungsverfahren

2.4.1 Thermische Spritzverfahren

2.4.2 Auftragschweißen

2.5 Industrielle Anwendungen und Perspektiven

3 Motivation und Aufgabenstellung

4 Versuchsanordnung und untersuchte Werkstoffe

4.1 Untersuchte Grundwerkstoffe

4.2 Untersuchte Zusatzwerkstoffe

4.2.1 Metallische Zusatzwerkstoffe

4.2.2 Hartstoffverstärkte Zusatzwerkstoffe

4.3 Eingesetzte Strahlquellen

4.4 Pulverdüsen und Pulverförderer

5 Experimente zur Vertiefung des Prozessverständnisses

5.1 Versuchsbeschreibung zur Prozessbeobachtung

5.2 Oberflächenströmung beim Laserumschmelzen

5.3 Beobachtungen beim Dispergieren mit karbidischen Hartstoffen

5.4 Beobachtungen beim Beschichten mit Pulvermi-schungen

5.5 Beobachtungen beim Beschichten mit metallischen Zusatzwerkstoffen

5.5.1 Startphase des Beschichtungsprozesses

5.5.2 Einfluss der Pulverförderrate und des Zusatzwerkstoffes

5.5.3 Einfluss der Laserleistung

5.5.4 Einfluss der Vorschubgeschwindigkeit

5.5.5 Einfluss des Schutzgases

5.5.6 Einfluss der Vorschubrichtung

5.6 Synopsis

6 Untersuchungen zur Prozesseffizienz

6.1 Experimentelle Untersuchungen zur Pulverextinktion

6.1.1 Betrachtung des Pulverstrahls

6.1.2 Versuchsaufbau für Transmissionsmessungen

6.1.3 Transmission bei lateraler Pulverzufuhr

6.1.4 Transmission bei koaxialer Pulverzufuhr

6.2 Experimentelle Untersuchungen zum Einkoppelgrad

6.2.1 Messverfahren zur Ermittlung des Einkoppelgrades

6.2.2 Messaufbau und Auswertung der Messungen

6.2.3 Energieeinkopplung bei lateraler Pulverzufuhr

6.2.4 Energieeinkopplung bei koaxialer Pulverzufuhr

6.2.5 Thermischer Wirkungsgrad und Prozesseffektivität

6.3 Synopsis

7 Werkstoffkundliche Schichtcharakterisie-rung

7.1 Untersuchungsmethoden zur Schichtcharakterisie-rung

7.2 Aluminiumbasislegierungen

7.3 Kupferbasislegierungen

7.4 Hartstoffverstärkte Schichten

7.4.1 Wolframschmelzkarbidhaltige Schichten

7.4.2 Siliziumkarbidhaltige Schichten

7.4.3 Titankarbidhaltige Schichten

7.5 Synopsis

8 Anwendungsbeispiele

9 Zusammenfassung und Ausblick

10 Anhang

10.1 Optische Daten und Werkstoffkennwerte

11 Literatur- und Quellenverzeichnis