Das Hochleistungspolymer Polyetheretherketon (PEEK) wird in der Industrie als reibmindernde Beschichtung verwendet. Konventionell wird PEEK als Pulver oder Dispersion auf ein Bauteil aufgebracht und anschließend im Ofen über der Schmelztemperatur von PEEK (340 °C) bei Temperaturen von 380 bis 420 °C für einige Minuten bis Stunden erhitzt. Durch die große thermische Belastung des Bauteils ist die Beschichtung von temperaturempfindlichen Bauteilen nur unter signifikantem Härteverlust möglich. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, eine partikuläre PEEK-Beschichtung, durch die gleichzeitige Verwendung zweier unterschiedlicher Laserstrahlen, haftfest auf einem Aluminiumsubstrat zu schmelzen (Zwei-Strahl-Ansatz). Der erste Laserstrahl wird dabei durch die Beschichtung transmittiert, um die Substratoberfläche auf die für die Herstellung einer haftfesten Beschichtung notwendigen Temperatur zu erhitzen. Der zweite Laserstrahl wird für das Schmelzen der Schicht auf der heißen Substratoberfläche verwendet. Die zentrale Fragestellung ist, ob die Umsetzung eines solchen Zwei-Strahl-Ansatzes auf Aluminiumsubstraten möglich ist und welche die limitierenden Faktoren sind. Zwei mögliche Ansätze werden untersucht: Eine vorgeschaltete Aufheizung der Substratoberfläche mittels Diodenlaserstrahlung vor dem Schmelzen der PEEK-Schicht mittels CO2-Laserstrahlung (Transmission durch partikuläre PEEK-Schicht) und eine nachgeschaltete Aufheizung der Substratoberfläche mittels Diodenlaserstrahlung durch die bereits mit CO2-Laserstrahlung geschmolzene PEEK-Schicht (Transmission durch geschmolzene PEEK-Schicht). Für die Vorwärmung der Substratoberfläche mittels Transmission durch die PEEK-Schicht werden drei limitierende Faktoren identifiziert: Der Transmissionsgrad der Schicht, die minimal erforderliche Vorschubgeschwindigkeit ohne Zersetzung der PEEK-Schicht und die Abnahme der Strahlungsintensität aufgrund von Streuung. Mit Hilfe einer Wärmeleitungssimulation kann identifiziert werden, dass für die nachgeschaltete Aufheizung die notwendige Vorwärmtemperatur des Bauteils mit einer einzelnen Überfahrt des Laserstrahls und für die vorgeschaltete Aufheizung die Temperatur nur mit mehreren Überfahrten des Laserstrahls erreicht werden kann. Die Herstellung einer haftfesten und dichten PEEK-Beschichtung ist nur mit dem Zwei-Strahl-Ansatz mit vorgeschalteter Aufheizung möglich, wobei Verbundfestigkeiten von > 7 MPa bei einem Härteverlust des Aluminiumsubstrates von < 15 % erreicht werden.
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Autor Dahmen, Marius
Gewicht 0.236 kg
Erscheinungsdatum 12.12.2023
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Dissertationen

Dahmen, Marius

Laserbasierte Funktionalisierung von partikulären Polyetheretherketon-Beschichtungen auf Aluminiumsubstraten mittels Zwei-Strahl-Ansatz

ISBN: 978-3-98555-190-3
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Kurzbeschreibung

Konventionell werden reibmindernde Beschichtungen auf Basis des Hochleistungspolymers Polyetheretherketon (PEEK) mittels Ofenverfahren hergestellt, was bei temperaturempfindlichen Bauteilen jedoch zu großen Härteverlusten führt. In dieser Arbeit wird ein laserbasierter Zwei-Strahl-Ansatz zum Schmelzen von partikulären PEEK-Beschichtungen vorgestellt, der es möglich macht haftfeste und dichte Schichten auf temperaturempfindlichen Bauteilen nur mittels Laserstrahlung herzustellen. 

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