Einfluss von Grenzflächenmodifikationen auf die Festigkeit und Alterungsbeständigkeit von Aluminium- und Hybridklebungen

Abstract

Das adhäsive Fügen von artfremden Werkstoffen ist eine wichtige Technologie für den Leichtbau in der Automobilindustrie. Ein entscheidender Faktor für Qualitätsmerkmale wie die werkstoffmechanischen Eigenschaften und die hydrotherme Alterungsbeständigkeit solcher Klebungen sind die Oberflächeneigenschaften der Fügeteile. Eine Möglichkeit, die Fügeteiloberfläche für das adhäsive Fügen vorzubereiten, ist die Laserablation. Hiermit lassen sich mikro- und nanoskalige Strukturen auf den Oberflächen der Fügepartner erzeugen, die zur Verbesserung der Klebeeigenschaften beitragen können. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Oberflächenstrukturen mit einem gepulsten Laser auf der Aluminiumlegierung EN-AW 6082-T6 erzeugt. Anhand von Zugscherversuchen an laservorbehandelten, einschnittig-überlappenden Proben wurden die Auswirkungen der Oberflächenbehandlungen auf die initiale Festigkeit, sowie die Festigkeit nach siebentägiger hydrothermischer Auslagerung bei 80 °C untersucht. Dabei wurden sowohl Klebungen, in denen beide Fügeteile aus der Aluminiumlegierung bestanden, als auch hybride Verbindungen aus der laserbehandelten Aluminiumlegierung und einem kohlefaserverstärkten Kunststoff analysiert. Die Metallklebungen zeigten nach der Laserbehandlung in allen Fällen gesteigerte Festigkeiten im Vergleich zu unbehandelten Proben. Bei den hybriden Proben konnte nur ein Teil der Vorbehandlungen eine Verbesserung der Festigkeiten erzielen. Strukturen, die mit einer größeren Oberflächenvergrößerung einhergehen führten tendenziell zu einer größeren Festigkeitssteigerung als solche die eine geringere Vergrößerung erzielten. Durch Trockeneisstrahlen nach der Laserbehandlung sollten Nanostrukturen von der Oberfläche entfernt werden, um die Einflüsse der verschiedenskaligen Strukturen auf die mechanischen Eigenschaften näher zu untersuchen. Die Nanostrukturen konnten nahezu vollständig entfernt werden, erhebliche Veränderungen der Mikrostrukturen traten nur auf vereinzelten Oberflächen auf. Die Zugscherversuche an diesen Proben zeigen ebenfalls eine Verbesserung der Festigkeit und deuten zudem auch auf einen nennenswerten Zusammenhang der Oberflächenvergrößerung und der Festigkeit hin.