Wechselwirkungen beim Laserfügen von Metallen an Polymeren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Hopmann; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Tillmann
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417913350

Durch den verstärkten Einsatz von Kunststoffen in zahlreichen industriellen Bereichen sowie einem erhöhten Bedarf an Leichtbaustrukturen gewinnt das Fügen von Metallen und Kunststoffen immer mehr an Bedeutung. Treiber hierfür sind einerseits die zunehmende Miniaturisierung und Funktionsintegration in der Elektroindustrie und andererseits die Ausschöpfung des spezifischen Leichtbaupotentzials der Werkstoffe im Automobilwesen. Derartige Verbindungen sind prozesstechnisch allerdings nicht einfach zu realisieren, da die Werkstoffe sehr unterschiedliche physikalische sowie mechanische Eigenschaften aufweisen und insbesondere eine flächige, stoffschlüssige Verbindung schwer realisiert werden kann. Das Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist die fundamentale Aufklärung der vorherrschenden Haftungsmechanismen und Verbundeigenschaften sowie die Erlangung eines tiefgreifenden Verständnisses des Schädigungsverhaltens von laserstrahlgefügten stoffschlüssigen Kunststoff-Metall-Verbunden, die einer physikalisch/chemischen Oberflächenvorbehandlung unterzogen wurden.Die Metallprobekörper werden unter Verwendung zweier unterschiedlicher Konfigurationen im Überlappverfahren direkt mit Kunststoffprobekörpern gefügt. Hierbei wird das direkte- und indirekte Laserstrahlfügen eingesetzt. Zunächst werden die maßgeblichen Einflussfaktoren auf die Verbundfestigkeit thermisch gefügter Metall-Kunststoff-Verbindungen ermittelt. Die Korrelation der Prozessparameter und erzielter Verbundfestigkeiten gestattet die Ermittlung von sinnvollen Prozessfenstern für ausgewählte Materialkombinationen. Hierfür wird das Versagensverhalten thermisch gefügter Verbindungen analysiert und bewertet. Anschließend wird in Abhängigkeit der Plasmavorbehandlung/-beschichtung eine Untersuchung der Haftfestigkeit und Haftmechanismen vorgenommen. Zusätzlich wird der Einfluss der Plasmavorbehandlung/-beschichtung auf die Alterung des Verbundes analysiert. Auch werden Metall-Kunststoff-Verbunde unter Verwendung von metallischen Zwischenschichten hergestellt und Untersuchungen an diesen Verbunden hinsichtlich Haftfestigkeit und Haftmechanismen durchgeführt. Der Einfluss der metallischen Zwischenschichten auf die Alterung des Verbundes wird ebenfalls geprüft. In dem Modellierungsteil wird die thermische und thermomechanische Abbildung des direkten und indirekten Laserstrahlfügeprozesses zur Berechnung der lokalen Temperaturfelder sowie der thermisch induzierten Eigenspannungen angestrebt. Abschließend werden die Prozessvarianten mit Plasmavorbehandlung/-beschichtung oder mit metallischer Zwischenschicht verglichen und bewertet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen