Kurzfassung der Arbeit | 8 |
Inhaltsverzeichnis | 10 |
Verzeichnis der Symbole | 14 |
Extended Abstract | 20 |
1 Einleitung | 24 |
2 Stand der Technik | 26 |
2.1 Verfahren des Laseroberflächenveredelns von Al- Legierungen | 26 |
2.2 Physikalische Grundlagen | 29 |
2.2.1 Absorption von Laserstrahlen | 29 |
2.2.2 Wärmeleitung im Bauteil | 34 |
2.2.3 Extinktion an metallischen Partikeln | 35 |
2.2.4 Energieeinkopplung beim Laserbeschichten | 42 |
2.2.5 Vorgänge in der schmelzflüssigen Phase | 46 |
2.2.6 Schichteigenschaften und -fehler | 67 |
2.3 Grund- und Zusatzwerkstoffe | 73 |
2.3.1 Zusatzwerkstoffe beim Oberflächenveredeln von Al- Legierungen | 73 |
2.4 Vergleich zu anderen Beschichtungsverfahren | 80 |
2.4.1 Thermische Spritzverfahren | 81 |
2.4.2 Auftragschweißen | 82 |
2.5 Industrielle Anwendungen und Perspektiven | 84 |
3 Motivation und Aufgabenstellung | 88 |
4 Versuchsanordnung und untersuchte Werkstoffe | 90 |
4.1 Untersuchte Grundwerkstoffe | 90 |
4.2 Untersuchte Zusatzwerkstoffe | 91 |
4.2.1 Metallische Zusatzwerkstoffe | 91 |
4.2.2 Hartstoffverstärkte Zusatzwerkstoffe | 92 |
4.3 Eingesetzte Strahlquellen | 95 |
4.4 Pulverdüsen und Pulverförderer | 95 |
5 Experimente zur Vertiefung des Prozessverständnisses | 98 |
5.1 Versuchsbeschreibung zur Prozessbeobachtung | 98 |
5.2 Oberflächenströmung beim Laserumschmelzen | 100 |
5.3 Beobachtungen beim Dispergieren mit karbidischen Hartstoffen | 104 |
5.4 Beobachtungen beim Beschichten mit Pulvermi-schungen | 119 |
5.5 Beobachtungen beim Beschichten mit metallischen Zusatzwerkstoffen | 120 |
5.5.1 Startphase des Beschichtungsprozesses | 121 |
5.5.2 Einfluss der Pulverförderrate und des Zusatzwerkstoffes | 122 |
5.5.3 Einfluss der Laserleistung | 126 |
5.5.4 Einfluss der Vorschubgeschwindigkeit | 129 |
5.5.5 Einfluss des Schutzgases | 129 |
5.5.6 Einfluss der Vorschubrichtung | 133 |
5.6 Synopsis | 135 |
6 Untersuchungen zur Prozesseffizienz | 137 |
6.1 Experimentelle Untersuchungen zur Pulverextinktion | 137 |
6.1.1 Betrachtung des Pulverstrahls | 137 |
6.1.2 Versuchsaufbau für Transmissionsmessungen | 141 |
6.1.3 Transmission bei lateraler Pulverzufuhr | 143 |
6.1.4 Transmission bei koaxialer Pulverzufuhr | 145 |
6.2 Experimentelle Untersuchungen zum Einkoppelgrad | 147 |
6.2.1 Messverfahren zur Ermittlung des Einkoppelgrades | 147 |
6.2.2 Messaufbau und Auswertung der Messungen | 149 |
6.2.3 Energieeinkopplung bei lateraler Pulverzufuhr | 150 |
6.2.4 Energieeinkopplung bei koaxialer Pulverzufuhr | 159 |
6.2.5 Thermischer Wirkungsgrad und Prozesseffektivität | 160 |
6.3 Synopsis | 163 |
7 Werkstoffkundliche Schichtcharakterisie-rung | 165 |
7.1 Untersuchungsmethoden zur Schichtcharakterisie-rung | 165 |
7.2 Aluminiumbasislegierungen | 165 |
7.3 Kupferbasislegierungen | 174 |
7.4 Hartstoffverstärkte Schichten | 187 |
7.4.1 Wolframschmelzkarbidhaltige Schichten | 188 |
7.4.2 Siliziumkarbidhaltige Schichten | 193 |
7.4.3 Titankarbidhaltige Schichten | 195 |
7.5 Synopsis | 198 |
8 Anwendungsbeispiele | 201 |
9 Zusammenfassung und Ausblick | 204 |
10 Anhang | 208 |
10.1 Optische Daten und Werkstoffkennwerte | 208 |
11 Literatur- und Quellenverzeichnis | 211 |