Untersuchung des Laserunterstützten Lichtbogendrahtspritzens

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Kirsten Bobzin; Dr.-Ing. Jörg Hermsdorf
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 548719456

Das Lichtbogendrahtspritzen (LDS) zeichnet sich im Vergleich zu anderen thermischen Spritzverfahren vor allem durch höhere Auftragsraten aus. Allerdings können Beschichtungen mittels LDS bisher nur mit einer vergleichbaren geringen Schichthaftung hergestellt werden. Im Rahmen der Substratvorbereitung vor dem Beschichtungsprozess wird die Substratoberfläche üblicherweise durch konventionelles Sandstrahlen aufgeraut. Das Strahlgut verbleibt in der Folge häufig auf der Substratoberfläche, so dass die Schichthaftung zwischen Substrat und Beschichtungsmaterial nachteilig beeinflusst wird. Zur Verbesserung der Haftzugfestigkeit werden Laserstrahlquellen als Ergänzung zum Thermischen Spritzen bereits eingesetzt, allerdings dienen statische Laserstrahlen als Wärmequelle bisher lediglich zur Vorwärmung und Aufrauhung des Substrates. In diesem Forschungsvorhaben wird der Laserstrahl zusammen mit dem LDS als eine Einheit verfahren. Erste Versuche zeigen, dass die Applikation von Beschichtungen mit Laserunterstütztem LDS ohne Substratvorbereitung möglich ist. Das Ziel des beantragten Vorhabens ist die Entwicklung eines grundlegenden Verständnisses des laserunterstützten LDS-Verfahrens, die Quantifizierung seiner Einflussfaktoren und die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Prozessparametern und resultierenden Schichteigenschaften. Begleitend zu der experimentellen Entwicklung des Prozesses soll ein numerisches Modell zur grundlegenden Untersuchung des thermisch geprägten Profils erstellt werden, das für die Realisierung der stoffschlüssigen Anbindung notwendig ist. Dabei soll die Wechselwirkung zwischen den Spritzzusatzwerkstoffen und des aufgeprägten thermischen Profils durch gependelte Laserstrahlung beim Laserunterstützten LDS untersucht werden. Das im Rahmen des Vorhabens entwickelte Modell baut auf einem bereits vorhandenen Tropfenaufprallmodell auf und ergänzt dieses um die Eingangsgrößen des Laserstrahls. Das Modell soll die physikalischen Grundlagen des Prozessergebnisses beschreiben und ein effizientes Werkzeug zur Prozessentwicklung darstellen. Anhand des Modells sollen in diesem Forschungsvorhaben Prozessparameter für das Laserunterstützte LDS-Verfahren vorhergesagt und anhand experimenteller Untersuchungen bewertet werden. Auf Basis des ermittelten Prozessfensters wird der Einfluss der Prozessvariablen auf die Schichteigenschaften und die Wechselwirkung der Prozessvariablen mittels statistischer Versuchsplanung quantifiziert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen