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Vortrag

Charakterisierung der Fügezone in thermisch gefügten Kunststoff-Metall-Verbindungen

Mittwoch (18.04.2018)
17:20 - 17:40 Uhr

17:20 - 17:40 Uhr

Die aktuellen Fragestellungen zur Nutzung von Leichtbaupotenzialen, belastungsoptimierten Ingenieurkonstruktionen und einem gezielten, anwendungsoptimierten Werkstoffeinsatz treiben die Entwicklung hybrider Materialkombinationen voran. Insbesondere die Verbindung von thermoplastischen Kunststoffen mit Metallen bietet ein hohes Anwendungspotenzial. Gleichzeitig ermöglicht ein laserbasiertes, thermisches Fügen von Kunststoff-Metall-Hybriden die Herstellung flächiger Verbindungen hoher Tragfähigkeit verbunden mit einer hohen Gestaltungsfreiheit, ohne auf die Verwendung eines Zusatzwerkstoffes (bswp. Klebstoff) oder Fügeelementes angewiesen zu sein. Daraus ergibt sich ein hohes Anwendungspotenzial in vielfältigen Anwendungsbereichen, beispielsweise der Automobilindustrie, dem Maschinen- und Anlagenbau oder im Energiesektor.

 

Dieses hohe Potenzial kann allerdings nur dann genutzt werden, wenn innerhalb der Technologieentwicklung wesentliche Fragestellungen für die Wechselwirkung aus Prozess- und Werkstofftechnik geklärt sind. Im Fügeprozess wird der metallische Fügepartner durch einen Laserstrahlprozess erwärmt und der Kunststoff an der Grenzfläche plastifiziert. Durch das Benetzen der Metalloberfläche und das Eindringen in die Oberflächenstrukturen bildet sich ein fester Verbund zwischen beiden Werkstoffen aus. Diese thermisch beeinflusste Fügezone ist dabei im gegenwärtigen Stand der Technik nur oberflächlich beschrieben. Im Rahmen des Beitrages wird die geometrische Ausbildung der Fügezone in Abhängigkeit der Fügezeit und -energie ermittelt sowie verschiedene Effekte (Blasenbildung, Schmelzbadströmung, Erstarrung) auf Basis eines neuartigen Halbschnitt-Versuchsstandes durch Hochgeschwindigkeitsaufnahmen zeitabhängig erfasst. Eine allgemeingültige Beschreibung des Verhaltens gelingt durch die Verwendung verschiedener Thermoplaste (PA 6, PA 66, PP) im Verbund mit Aluminium (EN AW 6082) bzw. Stahl (1.4301). Darüber hinaus werden mikrostrukturelle Änderungen der Fügezone mittels thermischer Analyse beschrieben und somit ein ganzheitliches Bild der Fügezone von direkt gefügten Kunststoff-Metall-Verbunden ermittelt, dessen Einfluss auf die mechanischen Verbundeigenschaften abschließend gezeigt wird.

Sprecher/Referent:
Klaus Matthias Schricker
Technische Universität Ilmenau
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Jean Pierre Bergmann
    Technische Universität Ilmenau