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Laserbasierte Herstellung nanokeramischer Verschleißschutzschichten auf temperaturempfindlichen Substraten (E-Book)

ISBN: 978-3-86359-323-0

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Durch die Entwicklung eines Laserverfahrens zur Induzierung von Temperaturverteilungen mit kurzer Haltezeit wird eine inline-fähige Prozesskette zur Herstellung nanokeramischer Verschleißschutzschichten realisiert. Die laserbasierte Funktionalisierung gedruckter Sol-Gel-Schichten bietet neben Kostenvorteilen gegenüber teuren Vakuumbeschichtungsverfahren gemäß den Ergebnissen der Arbeit überdies funktionale Vorteile durch die Möglichkeit gezielt eingestellter Schichtstrukturgradienten.

Laserbasierte Herstellung nanokeramischer Verschleißschutzschichten auf temperaturempfindlichen Substraten (E-Book)

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Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines laserbasierten Inline-Beschichtungsverfahrens für die Herstellung nanokeramischer Verschleißschutzschichten auf temperaturempfindlichen Substraten. Das Verfahrenskonzept basiert auf dem Einsatz laserbasierter Kurzzeittemperaturbehandlungen zur Funktionalisierung von mittels Sol-Gel-Verfahren deponierten ZrO2-basierten Schichten. Als konkreter Anwendungsfall werden Komponenten aus vergütetem 100 Cr 6 Stahl betrachtet, deren Oberfläche im Einsatz einer hohen mechanischen Belastung ausgesetzt sind. Neben den prinzipbedingten Kostenvorteilen gegenüber teuren Vakuumbeschichtungsverfahren bietet das entwickelte Laserverfahren gemäß den im Rahmen der Arbeit gewonnenen Erkenntnissen überdies funktionale Vorteile durch die Möglichkeit gezielt eingestellter Schichtstrukturgradienten.

Den Kern der Arbeit stellt die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen den erzielten Schichtstrukturänderungen und den laserinduzierten Temperaturverteilungen dar. Zu diesem Zweck wird eine simulationsgestützte Vorgehensweise zur Ermittlung experimentell nicht zugänglicher Prozessgrößen wie der Temperatureindringtiefe und der Temperaturhaltezeit mittels Finite Elemente Methode etabliert. Dazu werden die optischen Eigenschaften sowie das Temperaturverhalten der beteiligten Substrat- und Beschichtungsmaterialien im Rahmen von laserbasierten Kurzzeittemperaturbehandlungen untersucht. Auf Basis der ermittelten optischen Eindringtiefen der Laserstrahlung wird ein Wärmeleitungsmodell für die beschichteten 100 Cr 6-Stahlsubstrate erstellt, welches anhand von Gefügeanalysen laserbehandelter 100 Cr 6 Proben verifiziert wird. Dieses Modell wird zur Berechnung der laserinduzierten Temperaturverteilungen genutzt und ermöglicht somit die Bestimmung des zielführenden Laserverfahrensparameterbereichs mit Blick auf eine möglichst geringe Temperatureinflusszone im Substrat. Die Gegenüberstellung der simulierten Prozessgrößen wie der Temperatureindringtiefe und –haltezeit auf der einen und der erzielten Schichtstruktur auf der anderen Seite liefert überdies ein fundiertes Prozessverständnis. Durch die Entwicklung eines laserbasierten Trocknungsverfahrens sowie der Applikation des Beschichtungsmaterials mittels Drucktechnik wird abschließend die gesamte inline-fähige Prozesskette abgebildet.

Zusatzinformation

Autor Hawelka, Dominik
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-323-0
Gewicht 0.280 kg
Erscheinungsdatum 08.05.2015
Lieferzeit 10-14 Tage
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