Entwicklung keramischer Schutzschichtsysteme auf den niedrigschmelzenden Leichtmetallen Aluminium und Magnesium mittels Laserbestrahlung

Horcher, Alexander

• Verlag: Cuvillier Verlag
• Jahr: 2023
• eBook-ISBN:
  9783736967779
• ISBN drucken:
  9783736977778
• Auflage: 1

Vor dem Hintergrund wachsender Klimaschutzanstrengungen liegt im Bereich der Automobil- Luft- und Raumfahrtindustrie ein besonderer Schwerpunkt auf der Reduzierung der Emissionen. Dies kann u.a. durch Gewichtseinsparrungen erreicht werden. Für strukturtragende Leichtbauanwendungen sind eine hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit die geforderten Haupteigenschaften. Vor allem die Leichtmetalle Aluminium und Magnesium besitzen bei Raumtemperatur diese Eigenschaften. Allerdings sind Aluminium und Magnesium wenig korrosions- und verschleißbeständig. Daher wurden im Rahmen dieser Arbeit keramische Schutzschichtsysteme auf den beiden Leichtmetallen entwickelt, die zum Ziel hatten, die Substrate vor Korrosion und Verschleiß zu schützen. Die entwickelten Systeme basieren auf einer Al?O? und YSZ gefüllten Silazanbeschichtung, die mittels einem Nd: YVO?-Laser thermisch behandelt wurde. Die Laserbehandlung führte zu einem Aufschmelzen der keramischen Füllstoffpartikel. Nach der Erstarrung hat sich ein dichte und harte vollkeramische Schicht ausgebildet, welche einen exzellenten Verschleiß- und Korrosionsschutz aufweist. Durch die optimale Anpassung der Laserparameter und auf Grund der hohen Wärmeleitfähigkeit der beiden Leichtmetalle konnten Diffusionsvorgänge und eine thermische Schädigung der Aluminium- und Magnesiumsubstrate vermieden werden. Die Herstellung keramischer Schutzschichtsysteme auf niedrigschmelzenden Leichtmetallen mittels der Laserbestrahlung gefüllter silazanbasierten Schichten stellt ein völlig neuartiges Verfahren dar.

Inhaltsverzeichnis

• 1 Einleitung, Problemstellung und Zielsetzung
• 2 Grundlagen und Literaturübersicht
• 2.1 Oberflächenbehandlungs- und Beschichtungsverfahren
• 2.2 Precursorkeramik
• 2.3 Physikalische Grundlagen zur Laserbearbeitung sowie Literaturübersicht zurLaserbehandlung präkeramischer Polymere und keramischer Werkstoffe
• 2.4 Resümee
• 3 Experimentelle Durchführung
• 3.1 Substratwerkstoffe und Probenvorbehandlung
• 3.2 Verwendete Materialien
• 3.3 Zusammensetzung der Funktionsschichten und Herstellung der silazanbasiertenGrünschichten
• 3.4 Thermische Behandlung der Schichten mittels Laserbestrahlung
• 3.5 Charakterisierungsmethoden
• 4 Ergebnisse und Diskussion
• 4.1 Entwicklung der Beschichtungssysteme
• 4.2 Untersuchung der Laserbehandlung zum Pyrolyse-, Schmelz- undErstarrungsverhalten der silazanbasierten Beschichtungen
• 4.3 Eigenschaften der laserbehandelten Schichten auf Aluminium und Magnesium
• 4.4 Untersuchungen zum Einfluss der Laserpyrolyse auf die Substratwerkstoffe
• 5 Zusammenfassung und Ausblick
• 6 Summary and outlook
• 7 Literaturverzeichnis
• 8 Anhang
• 8.1 Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
• 8.2 Verzeichnis der verwendeten Symbole und Formelzeichen
• 8.3 Eigene wissenschaftliche Veröffentlichungen