Plattieren á la IWS

Laserwalzplattieren: Gerade bei schwer schweißbaren MaterialKombinationen wird oftmals das Walzplattieren angewandt. Das Fraunhofer IWS hat dieses Verfahren jetzt mit einem Laser veredelt — Hier lesen Sie warum.

27. August 2008

Als Plattieren bezeichnet man in der Metallbearbeitung, das Aufbringen einer höherwertigen Metallschicht auf ein anderes Metall. Dabei soll eine möglichst unlösliche Verbindung entstehen. Die untrennbare Verbindung wird durch Temperatur und Druck erzielt. Mögliche Verbindungen sind zum Beispiel Kupfer auf Stahl, Silber oder Gold auf Messing. Erreicht wird dieses durch unterschiedlichste Techniken, wie beispielsweise durch Aufwalzen von dünnen Metallfolien, Aufschweißen, Angießen, Tauchen, Sprengplattieren oder durch galvanotechnische Verfahren (Elektroplattieren). Nach dem derzeitigen Stand der Produktionstechnik geschieht dies meistens nach der Methode der Walzschweißplattierung. Mit dem Überzug kann Korrosionsschutz, eine höhere Oberflächenhärte, bessere Gleiteigenschaften oder gefälligeres Aussehen erreicht werden. Soweit zur Definition des Plattierens aus Wikipedia.

Walzplattieren auf IWS-Art

Multifunktionale Halbzeuge aus metallischen Werkstoffen eröffnen Freiräume für neue konstruktive Lösungen, Produkte mit verbesserten Eigenschaften und die Reduzierung der Fertigungskosten. Für die effektive Herstellbarkeit von Halbzeugen aus schwer schweißbaren Werkstoffkombinationen wurde eine neue verfahrens- und systemtechnische Prinziplösung entwickelt — das Laserinduktionswalzplattieren. Bei dieser Technologie der Halbzeugherstellung werden die Ausgangsbänder vor ihrem Einlauf in den Walzenstock durch eine durchgreifende induktive Erwärmung auf eine Temperatur von 40 bis 80 Prozent der Schmelztemperatur gebracht. Gleichzeitig erhitzt ein direkt in den Walzspalt zielender, linienförmig geformter Laserstrahl die beiden zu fügenden Innenseiten der Bänder unter Schutzgas bis knapp unter Schmelztemperatur. Dadurch lokalisiert sich die Verformung im Walzspalt weitgehend auf die laserstrahlerhitzten Volumina.

Gleichmäßiger Gefügeübergang

Dies führt schon bei geringen Gesamtumformungen zu einer für die metallische Bindung ausreichenden Verformung der Bandinnenseiten. Unter dem Einfluss des Walzendrucks und bei Vermeidung des schmelzflüssigen Zustandes bildet sich zwischen beiden Bändern ein gleichmäßiger, fehler- und grenzflächenfreier Gefügeübergang aus. Eine Aufhärtung des Vergütungsstahles wird vermieden. Das bei Walzgeschwindigkeiten bis 14 m/min plattierte Band, das unmittelbar nach dem Walzspalt kontinuierlich in Stücke geschnitten werden kann, lässt sich im walzplattierten Zustand nahezu beliebig verformen und kann somit ohne eine anschließenden Wärmebehandlung direkt weiterverarbeitet werden. Gegenüber konventionellen Walzplattierverfahren ergibt sich bei dem bisher auf die Verarbeitung von Schmalband ausgelegten Laserwalzplattierverfahren eine höhere Variabilität bei der Kombination verschiedener sowie unterschiedlich dicker Bandwerkstoffe. Durch die Lokalisierung der Verformung auf die unmittelbaren Fügezonenbereiche kann in nur einem Walzstich eine ausreichend innige Gefügeverzahnung erreicht werden.

Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen

Die Wirtschaftlichkeit des Laserwalzplattierverfahrens wird sehr stark von der Leistungsfähigkeit der eingesetzten Laser bestimmt. Durch die zusätzliche induktive Bandvorwärmung kann die verfügbare Laserenergie optimal genutzt und die Effektivität dieses Verfahrens wesentlich erhöht werden. Neben der Herstellung von Halbzeugen aus der Kombination härtbarer Stahl mit preiswerten oder schweißbaren Trägerwerkstoffen für die Fertigung von Werkzeugen (z.B. Bohrer, Sägebänder) und Teilen der Antriebstechnik (z.?B. gebaute Nocken, Zahnstangen, gebaute Zahnräder, Spindeln) eignet sich dieses Verfahren auch für die Herstellung von Halbzeugen aus nicht oder schwer schweißbaren Nichteisen-Werkstoffkombinationen (z.B. Ti-Al, Ni-Ti, Ni-Al). Darüber hinaus kann mittels dieses Plattierprinzips eine Plattierung direkt auf der Bauteiloberfläche vorgenommen werden, zum Beispiel bei der Fertigung von Führungsbahnen und Verschleißleisten. Einige der mit dieser Technologie herstellbaren Halbzeuge stellte das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden erstmals auf der Messe »O&S — Internationale Fachmesse für Oberflächenbeschichtungen« im Juni in Stuttgart vor.

Das IWS Dresden

Das Fraunhofer IWS in Dresden befasst sich mit einer Reihe von speziellen Technologien rund um den Laser und bietet diese in den verschiedensten Branchen der Wirtschaft an. So befassen sich die verschiedenen Arbeitsbereiche des Fraunhofer-Institutes Werkstoff- und Strahltechnik mit dem Laserstrahlfügen, Laserstrahlhärten, Laserauftragschweißen, dem thermischen Spritzen, dem Laserstrahlschneiden, dem Mikrobearbeiten, dem Laserstrahlreinigen, CVD-Technologien, PVD-Technologien, Röntgen- und EUV-Technologie, Prozess-Monitoring sowie der Nanotechnologie.

Erschienen in Ausgabe: 7-8/2008