Funktionalisierung von Bauteiloberflächen durch Mikro-Laserauftragschweißen

Jambor, Torsten; Poprawe, Reinhart (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2013)
Doktorarbeit

Kurzfassung

In der vorliegenden Arbeit werden Ergebnisse der Systemtechnik- und Verfahrensentwicklung zur Verkleinerung der erreichbaren Strukturgrößen (Einzelspurgeometrie) beim Mikro-Laserauftragschweißen mit pulverförmigen Zusatzwerkstoffen vorgestellt. Schwerpunkt der Systemtechnikentwicklung sind die Komponenten Pulverförderer, Pulververteiler, Transportleitungen und Pulverdüse inklusive Schutzgasabschirmung. Ziele sind die Förderung von nicht fließfähigen Pulverwerkstoffen (mittlerer Pulverpartikeldurchmesser d50< 10 µm), die Reduzierung des Pulverfokusdurchmessers der Pulverdüse, eine gute Abschirmung der Bearbeitungsstelle durch das Schutzgas sowie die Vermeidung von Ablagerungen im Transportleitungssystem. Durch die Integration eines Bürstenförderers und die Verwendung von 316L mit einer Pulverkornfraktion d50= 4,7 µm wird gezeigt, dass sich Einzelspurgeometrien (hES x bES x t) von 25 x 6 x 1 µm3 realisieren lassen. Durch die Verwendung einer außen liegenden Schutzgasglocke und die Anpassung der Gasvolumenströme werden Pulverfokusdurchmesser von 200 – 240 µm bei 40 ppm Sauerstoffgehalt an der Bearbeitungsstelle erreicht.Bei der Verfahrensentwicklung werden für die Herstellung von Einzelspuren mit Einzelspurbreiten zwischen 25 und 50 µm Prozessfehler wie auftretender Overspray untersucht sowie ein systematischer Ansatz zur Untersuchung der Topographie und des Aufmischungsgrades von Einzelspuren und Schichten präsentiert. Neben den grundlegenden Untersuchungen mit eisenbasierten Zusatzwerkstoffen werden Ergebnisse mit Edelmetallen (Gold und Silber) als Zusatzwerkstoff für die Herstellung von Kontaktpunkten auf Bipolarplatten für Brennstoffzellen und für Tantal bei der Herstellung von röntgensichtbaren Markierungen auf Stents durch Mikro-Laserdispergieren gezeigt. Die verzugsfreie Herstellung von Goldkontaktpunkten mit den Abmessungen 60x30 µm auf metallischen Bipolarplatten (d= 100 µm) für Brennstoffzellen führt zu einer Halbierung der Degradation einer aufgebauten Zelle und einer Erhöhung der Zellleistung um 30%, so dass die Zellleistung mit konventionellen graphitischen Bipolarplatten vergleichbar ist. Dabei wird nur 1/100 der Menge an Gold eingesetzt, die bei einer konventionellen galvanischen Beschichtung der metallischen Bipolarplatte notwendig ist. Bei der Dispersion von Tantalpartikel in die Endlöffel von Nitinol-Stents mit einer Wandstärke von 0,2 mm wird die Eignung dieses Verfahrens für die Herstellung von Röntgenmarkierungen auf 1 x 1,5 mm großen Endlöffeln gezeigt.

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