Oberflächenbearbeitung und Schichtsysteme

Im Bereich Oberflächentechnik befasst sich das LZH mit den Verfahren Härten, Umschmelzen, Legieren, Dispergieren und Auftragschweißen.
Ziel der Verfahren ist im Allgemeinen die Anpassung der Oberfläche an vorhandene Belastungsfälle bzw. die Steigerung von Härte und Verschleißfestigkeit. Neben diesen Aspekten spielen die lokale Reparatur von hochwertigen Bauteilen z.B. in der Umformtechnik eine wesentliche Rolle.

Als präzises, verzugsarmes Verfahren in der festen Phase des Werkstoffes wird das Laserstrahlhärten vor allem für das lokale Härten von Bauteilbereichen verwendet. Für maximale und gleichmäßige Einhärtetiefen ist es notwendig, den Prozess geregelt zu führen.
Hierfür ist ein Regelungssystem entwickelt worden, mit dem Prozesstemperaturen im Toleranzbereich von +/- 10 °C eingehalten werden können. Durch konsequente Weiterentwicklung beabsichtigt das LZH, diese Software auch für die im Folgenden vorgestellten Oberflächenverfahren anbieten zu können.

Das Umschmelzen von Werkstoffbereichen in der schmelzflüssigen Phase dient durch die gezielte Temperaturführung zur Einstellung bestimmter Gefügestrukturen und wird demnach ohne die Zufuhr von Zusatzwerkstoffen durchgeführt. In Abhängigkeit des Abkühlgradienten lassen sich durch eine entsprechende Parameterwahl die gewünschten Bereiche einstellen.

Das Legieren mittels Laserstrahlung zeichnet sich gegenüber konventionellen Schmelzschweißverfahren durch die geringere Einbringung thermischer Energie in den Werkstoff aus. Es ist möglich, die Elementgehalte eines Werkstoffes innerhalb eines lokal begrenzten Bereiches zu modifizieren und so gewünschte Eigenschaften wie Härte oder Zähigkeit einzustellen. Dies kann gezielt durch die Variation des Zusatzwerkstoffes beeinfl usst werden. Im Unterschied dazu werden beim Laserstrahldispergieren Hartstoffe wie z.B. Titankarbid oder Titannitrid lokal in die Werkstückoberfläche eingebracht. Im Vergleich zum Legieren lösen sich die Hartstoffe nicht im Grundwerkstoff auf. Es entsteht eine feinkörnige Matrix, in der die Hartstoffe als grobes Korn eingelagert sind.

Die Präzision beim Laserstrahl-Auftragschweißen lässt sich z.B. zur Werkzeugreparatur nutzen, indem abgetragene Strukturen wieder mit dem Laserstrahl auftraggeschweißt werden können. Verwendung finden hierbei verschiedene Legierungen, die je nach Zusammensetzung unterschiedlichen Eigenschaften gerecht werden können.