Wechselwirkung beim Laserfügen von Metallen an Polymere

Innerhalb dieses Forschungsprojekts ist die Identifizierung der vorherrschenden Haftungsmechanismen und Verbundeigenschaften sowie die Erarbeitung eines tiefgreifenden Verständnisses des Bruchverhaltens von laserstrahlgefügten Kunststoff-Metall-Verbunden, welche einer physikalischen bzw. chemischen Oberflächenbehandlung unterzogen wurden. Als Fügeverfahren werden hier sowohl das direkte, als auch das indirekte Laserstrahlfügen genutzt. Im Überlappverfahren werden die Metallkörper je nach Fügeprinzip angeordnet, um sowohl teilkristalline, als auch amorphe Polymere zu fügen. Die vorgesehenen Untersuchungsmethoden werden in einen Analytik- und einen Modellierungsteil unterteilt. Zuerst werden die maßgebenden Einflussparameter der gefügten Metall-Kunststoffverbindungen ermittelt. Das Verständnis der Korrelation dieser Parameter mit der erzielten Festigkeit des Verbundes erlaubt die Erstellung von optimalen Parametersätzen für die unterschiedlichen Materialkombinationen. Dazu werden sowohl Festigkeitskennwerte ermittelt, als auch fraktographische Analysen durchgeführt. Nachfolgend werden die Oberflächen mittels Plasma vorbehandelt bzw. beschichtet und die Einflüsse auf die Verbundfestigkeit sowie die Haftmechanismen analysiert. Ebenso wird die Alterungsbeständigkeit der Verbunde analysiert. Des Weiteren werden metallische Zwischenschichten metallseitig appliziert. Die Alterungsbeständigkeit dieser Versuchsreihe mit Zwischenschicht wird ebenfalls ermittelt. Zusätzlich zu den experimentellen Untersuchungen wird im Modellierungsteil der thermische Einfluss des Laserstrahlfügens auf die Temperaturverteilung sowie die induzierten Eigenspannungen simuliert. Abschließend werden die verschiedenen Variationen von Vorbehandlung und applizierter Zwischenschicht im Hinblick auf Festigkeiten und Wirtschaftlichkeit verglichen und bewertet.

Makroskopische und rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Kunststoffüberreste einer lasergefügten AISI 304 – PA6.6 Bruchfläche

Poster

1. W. Tillmann, L. Wojarski, C. Hopmann, P. Fatherazi, C. Timmer: The effect of low-pressure plasma treatment on the lap shear strength of laser assisted joining of polyamide 6.6 – AISI 304 hybrid structures. MCIC 2022, Bochum, Germany, 29. August 2022.

Vorträge

1. W. Tillmann, L. Wojarski, C. Hopmann, P. Fatherazi, C. Timmer: Influence of different surface metallizations on the lap shear strength of laser hybrid metal-plastic joints. MCIC 2022, Chemnitz, Germany, 29-30. March 2023.

Veröffentlichungen

1. W. Tillmann, L. Wojarski, C. Hopmann, P. Fatherazi, C. Timmer: Development of a thermal simulation model for the transmission joining of PA 6.6 with CrNi steel. Joining plastics, Issue 3-4 (2021) Volume 15.