Charakterisierung von CuCr1Zr/CFK-Klebeverbindungen mit oberflächenvorbehandelten Übergangsstrukturen

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Verklebung der Kupferlegierung CuCrZr1 (CCZ) mit kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Es wurde der Einfluss von einer Laservorbehandlung der Oberfläche sowie dem Einbringen von Übergangsstrukturen, den sogenannten Pins, in die Klebung untersucht. Die mechanische Charakterisierung erfolgte mittels Zugscherversuchen, die durch Digital Image Correlation Systems (DIC) ergänzt wurde. Anhand der Versuche ließen sich Aussagen über die Versagensmechanismen der Klebung herleiten. Grundsätzlich konnte durch das Laservorbehandeln ohne die Nutzung von Übergangsstrukturen bereits eine Steigerung der Zugscherfestigkeit der Klebung erreicht werden. Das Einbringen von Übergangsstrukturen erhöhte nicht zwangsläufig die Zugscherfestigkeit. Allerdings konnte durch die Übergangsstrukturen ein schrittweises Versagen der Klebung erzielt werden, was in Hinblick auf die Vorhersage des Versagens einen wichtigen Beitrag leisten kann. Innerhalb der Versuchsreihen kam es zu starken Festigkeitsunterschieden. Anhand der Rissverläufe und der Analyse der Bruchflächen ließen sich diese Unterschiede auf eine teilweise unzureichende Verklammerung der Pins mit den Fasermatten des CFK`s zurückführen. Ein Eindringen der Pins in die Fasermatten erfolgte bei Proben mit niedrigen Festigkeitswerten nicht. Stattdessen legten sich die Fasermatten über die Pins, wodurch ein Zwischenraum zwischen den Fasermatten und dem CCZ entstand. Während des Infiltrierens der Fasermatten füllte sich dieser Zwischenraum mit Matrix. Als Resultat wurde eine geringere Zugscherfestigkeit bei diesen Proben, im Vergleich zu Proben ohne Pins oder bei Proben mit einer guten Verklammerung zwischen den Pins und den Fasermatten erreicht. Grundsätzlich können Übergangsstrukturen in einer CCZ/CFK Klebung die Versagensart von einem schlagartigen Versagen zu einem Stufenversagen verändern. Im Vergleich zu einer Fügung ohne Pins konnte eine höhere Zugscherfestigkeit in einer Probenvariation erzielt werden. Eine klare Aussage über die Verbesserung der Klebung durch die Übergangsstrukturen ist nicht abzuleiten. Grundsätzlich gibt es hohe Ansprüche an die Verfahrenstechnik sowie das Design der Pins, um eine hinreichende Durchdringung der Fasermatten bei der Konsolidierung zu erreichen.