Laserstrahlen:Verbesserung der Metallfestigkeit und Haltbarkeit

Laserstrahlen ist ein Metallbearbeitungsprozess, bei dem Laserimpulse auf die Oberfläche eines Metallobjekts gerichtet werden, um dessen mechanische Eigenschaften zu verbessern. Es ähnelt dem Kugelstrahlen, bei dem sehr kleine Metall- oder Keramikkugeln verwendet werden, um die Oberfläche eines Metallgegenstands zu bombardieren. Die Korrosionsbeständigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Eigenspannungen und Verschleißfestigkeit eines Metallgegenstands können im Allgemeinen durch Laserstrahlen verbessert werden.

Vor der Behandlung wird ein Bauteil durch das Aufbringen von zwei Auflagen für das Laserstrahlen vorbereitet. Zuerst wird ein für den Laser undurchsichtiges Overlay und dann ein für den Laser transparentes Overlay aufgetragen. Der Laser wird durch die transparente Auflage geleitet, kann aber die undurchsichtige Auflage nicht durchdringen.

An diesem Punkt verdampft die Energie des Lasers eine Schicht dieser Auflage. Der Dampf bleibt zwischen der transparenten Auflage und der Oberfläche des Bauteils eingeschlossen. Da dieser Dampf mehr Energie vom Laser absorbiert, erwärmt er sich und dehnt sich in dem kleinen Raum, in dem er eingeschlossen ist, schnell aus. Der Druck steigt in diesem Bereich schnell an und führt dazu, dass sich eine Stoßwelle in das Bauteil ausbreitet. Die Stoßwelle und nicht die Hitze des Dampfes führt zu Veränderungen der Materialeigenschaften, sodass der Prozess des Laserstrahlens eher mechanisch als thermisch ist.

Dieser Prozess ähnelt dem Kugelstrahlen, bei dem kleine Keramik- oder Metallkugeln, sogenannte Kugelstrahlen, verwendet werden, um zahlreiche überlappende Vertiefungen auf der Oberfläche eines Metallbauteils zu erzeugen. Solche Vertiefungen bilden eine Oberflächenschicht, die gegenüber mechanischen Fehlerarten wie Rissbildung, Korrosion und Ermüdung äußerst widerstandsfähig ist. Laserstrahlen hat ähnliche Ergebnisse, ersetzt aber die wiederholten Schläge auf das Metall des Strahlmittels durch Lichtimpulse eines Hochenergielasers.

Viele Metalle und Legierungen können durch Laserstrahlen bearbeitet werden. Dazu gehören Materialien wie Stähle und Gusseisen, Aluminium- und Titanlegierungen und mehr. Die verbesserten mechanischen Eigenschaften solcher Materialien machen das Laserstrahlen zu einer wünschenswerten Technik für die Anwendung bei der Herstellung teurer Teile oder dort, wo Ermüdungsbeständigkeit von entscheidender Bedeutung ist.

Zu den Anwendungen, bei denen lasergestrahlte Teile eingesetzt werden können, gehören ermüdungskritische Komponenten im Automobil- oder Flugzeugbau. Auch schwer zu transportierende und zu wartende Komponenten wie große Rotorblätter von Windkraftanlagen können mit diesem Verfahren verbessert werden, um die Lebensdauer zu maximieren. Hüftimplantate, die aufgrund der Risiken einer Operation am besten so selten wie möglich ausgetauscht werden, können diesem Verfahren unterzogen werden, um ihre Lebensdauer zu verlängern.

Lasergestrahlte Bauteile können aufgrund ihrer verbesserten mechanischen Eigenschaften auch dünner und leichter hergestellt werden. Dadurch werden Materialkosten im Herstellungsprozess eingespart. Außerdem können Kosten eingespart werden, da der Energiebedarf beim Betrieb von Fahrzeugen oder anderen Maschinen geringer ist.

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