D02 - Laser-Härte

Ausgangspunkt der Untersuchungen war die Bestimmung einer geeigneten Indentergeometrie. Hierbei musste eine Indenterform identifiziert werden, welche sich gut positionieren und führen lässt. Als geeignet erwiesen sich Keramikindenter aus Aluminiumoxid mit einem Durchmesser von 3 mm. Außerdem muss durch die laserinduzierte Schockwelle ein möglichst hoher Impuls auf den Indenter übertragen werden. Dies konnte durch den Einsatz einer zylindrischen Druckreflektionszelle erreicht werden. Anschließend sind diejenigen Prozessparameter bestimmt worden, welche den größten Einfluss auf die Eindringtiefe sowie Reproduzierbarkeit des Prüfkörpereindrucks in der Probenoberfläche haben (siehe Bild 3).

Durch die Untersuchung des Umgebungsmedium, der Positioniertoleranzen und der Oberflächenbeschaffenheit wurden die relevanten Kenngrößen, welche die Schockwelle und die Indenterbewegung beeinflussen, genauer bestimmt. Von besonderer Bedeutung erwies sich die Positionierung zwischen Laserstrahl und Indenter, sowie die Führung des Indenters in der Druckreflektionszelle. Der Einsatz von Gasen wie Helium oder Argon führte tendenziell zu einer Erhöhung des Druckes, aber ebenfalls zu einer größeren Streuung im Prozess. Als geeignet erwies sich hingegen die Spülung der Atmosphäre mit Luft, um ein zufälliges Zünden des Plasmas in der Luft (in unterschiedlichen Abständen oberhalb des Indenters) zu vermeiden. Hierdurch konnte der elementare Baustein des Teilprojektes – die Realisierung einer hohen Reproduzierbarkeit des Messverfahrens – erreicht werden.

Das Teilprojekt ist als Deskriptor ermittelndes Verfahren in der Prozesskette eng vernetzt mit anderen Teilprojekten des SFB 1232. Die Daten der durchgeführten Messungen werden so früh wie möglich an die entsprechenden Teilprojekte geliefert. In Kooperation mit dem Teilprojekt P04 soll zuerst die Probenvorbereitung abgestimmt werden. Anschließend werden unterschiedliche Probengeometrien und -materialien und deren Einflüsse untersucht und Zusammenhänge des Deskriptors mit den Werkstoffeigenschaften mit dem Teilprojekt P02 identifiziert. Gemeinsam mit dem Teilprojekt U04 soll der Mechanismus der Entstehung des Härteeindrucks genauer untersucht werden.

Ziel des weiteren Vorhabens ist eine Etablierung der Messmethode als automatisch durchgeführtes Hochdurchsatzverfahren. Hierzu soll ein dynamisches Gesamtsystem erarbeitet werden, womit die Eindringkörperbewegung während des Eindringens in-situ gemessen werden kann (siehe Bild 4). Hieraus lassen sich zum einen Informationen über das elastisch-plastische Werkstoffverhalten gewinnen. Zum anderen lassen sich der Kraft-Weg-Verlauf aus Zeitreihen der Indenterbewegung und der Kraftbeaufschlagung ableiten. Hierdurch sollen Rückschlüsse auf weitere geeignete Deskriptoren und somit auf mechanische Werkstoffeigenschaften gezogen werden.