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Die Erfindung betrifft Verwendungen eines im Burst-Modus betriebenen Lasers und Verfahren zur oberflächlichen Ausbildung einer Legierung und/oder eines Gemenges und/oder einer Dotierung auf und/oder in wenigstens einem Bereich eines Körpers.
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Durch die Druckschrift
DE 697 20 531 T2 sind laserinduzierte vergütete Oberflächen bekannt und betrifft das Gebiet der Behandlung metallischer Oberflächen, die einer Oxidation, einer Korrosion und einer Rostbildung unterliegen. Weiterhin betrifft die Druckschrift das Gebiet der Herstellung eines Teils mit einer glatten Oberfläche, die so frei wie möglich von Abweichungen von glatt ist, und Metallprodukte mit glatten und/oder ebenen Oberflächen. Nach Aufbringen eines Legierungsvorläufermaterials auf die Oberfläche eines Metallsubstrats und Anwendung eines Laserstrahls wird eine Legierung aus dem Metallsubstrat und des Legierungsvorläufermaterials gebildet. Das Legierungsvorläufermaterial ist dazu Chrom oder ein Chromoxid. Ein oberflächliches Umschmelzen von Verbundwerkstoffen oder die oberflächliche Legierungsausbildung, deren einzelne Werkstoffe extrem unterschiedliche Schmelztemperaturen aufweisen, geht aus der Druckschrift nicht hervor.
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Die Druckschrift
US 4 229 232 A betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, wobei mittels eines gepulsten Laserstrahls ausgewählte Bereiche aus metallischen und dielektrischen Materialien thermisch bearbeitet werden. Mit den dabei verwendeten relativ langen Pulsdauern entsteht im Material eine wärmebeeinflusste Zone bis in den Millimeterbereich. Der resultierende Temperaturgradient ist sehr gering, so dass die Abkühlung mehrere Mikrosekunden bis Millisekunden dauert. Weiterhin erfordern die erzeugbaren Legierungen Elemente mit vergleichbar hohen Schmelztemperaturen oder einem sich überlappenden Bereich der schmelzförmigen Phase, was zu der aufgeführten Auswahl an möglichen Legierungen führt.
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Die Druckschrift
DE 10 2019 103 960 A1 offenbart ein Verfahren zum Polieren und zum Glätten einer Werkstückoberfläche. Ein Umschmelzen oder eine Erzeugung neuartiger Oberflächenlegierungen mit einer gezielten Veränderung der mechanischen, optischen und/oder chemischen Eigenschaften durch eine Homogenisierung der Materialoberfläche bei Verbundwerkstoffen und der Variation von Legierungselementen sind nicht Gegenstände dieser Druckschrift.
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Die Druckschrift
GB 1 457 835 A beinhaltet Verbesserungen von Oberflächen, wobei auf ein Substrat aus Stahl oder Eisen eine Schicht eines anderen Elementes aufgebacht und dann eine Legierung erzeugt wird. Dabei wird darauf hingewiesen, dass wenn sich das aufgebrachte Element im gleichen Bereich der schmelzförmigen Phase wie das Substrat befindet, eine Legierung entsteht. Ansonsten entsteht eine Sinterschicht. Dazu wird eine cw-Laserstrahlung verwendet.
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Die Druckschrift D. Metzner, P. Lickschat, S. Weißmantel: Surface treatment on cobalt and titanium alloys using picosecond laser pulses in burst mode. In: Applied Physics A, 127, 2021, 8. https://doi.org/10.1007/s00339-020-04179-w bezieht sich auf eine Porenbildung bei Verwendung eines Lasers im Burst-Modus im MHz-Bereich. Dabei werden vorhandene Legierungen mit einer Pulswiederholfrequenz von 12,5 Nanosekunden aufgeschmolzen, um durch die Schmelzbad-Dynamik eine schwammartige Porenstruktur zu erzeugen.
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Der in den Patentansprüchen 1 und 8 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Oberflächen von Körpern so zu bearbeiten, dass sich oberflächlich Legierungen und/oder Gemenge und/oder Dotierungen ausbilden.
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Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1 und 8 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Die Verwendungen und die Verfahren zeichnen sich insbesondere durch die oberflächliche Ausbildung einer Legierung und/oder eines Gemenges und/oder einer Dotierung auf und/oder in wenigstens einem Bereich eines Körpers.
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Dazu wird die Laserstrahlung des im Burst-Modus betriebenen Lasers zur oberflächlichen Ausbildung einer Legierung und/oder eines Gemenges und/oder einer Dotierung auf und/oder in wenigstens einem Bereich eines Körpers verwendet, wobei der Bereich des Körpers aus wenigstens einem Grundwerkstoff mit wenigstens einer Schicht eines Werkstoffs und/oder wenigstens einem Verbundwerkstoff mit der Laserstrahlung des im Burst-Modus betriebenen Lasers beaufschlagt wird, so dass in der Wechselwirkungszone, bei der Pulsgruppen mit einer definierten Pulsenergie pro Puls und einer definierten Anzahl an Pulsen in einer Gruppe mit der Oberfläche des Körpers wechselwirken, der Grundwerkstoff, der Werkstoff der Schicht und/oder wenigstens ein Werkstoff des Verbundes in die Schmelzphase überführt werden, ohne dass die für eine Verdampfung notwendige Keimbildungsrate erreicht wird, so dass die Schmelzphase Temperaturen größer als eine materialspezifische Verdampfungstemperatur bis zur thermodynamisch kritischen Temperatur erreicht, durch Konvektion der Schmelze gemischt werden und die Schmelze erstarrt, noch bevor der nächste geometrisch versetzte Burst mit der Oberfläche des Körpers wechselwirkt, so dass sich beim Erstarren der Schmelze eine Oberflächenlegierung und/oder ein Oberflächengemenge und/oder eine Oberflächendotierung ausbildet.
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Dazu wird der Bereich des Körpers aus wenigstens einem Grundwerkstoff mit wenigstens einer Schicht eines Werkstoffs und/oder wenigstens einem Verbundwerkstoff mit der Laserstrahlung des im Burst-Modus betriebenen Lasers beaufschlagt, so dass in der Wechselwirkungszone, bei der Pulsgruppen mit einer definierten Pulsenergie pro Puls und einer definierten Anzahl an Pulsen in einer Gruppe mit der Oberfläche des Körpers wechselwirken, der Grundwerkstoff, der Werkstoff der Schicht und/oder wenigstens ein Werkstoff des Verbundes in die Schmelzphase überführt werden, ohne dass die für eine Verdampfung notwendige Keimbildungsrate erreicht wird, so dass die Schmelzphase Temperaturen größer als eine materialspezifische Verdampfungstemperatur bis zur thermodynamisch kritischen Temperatur erreicht, durch Konvektion der Schmelze gemischt werden und die Schmelze erstarrt, noch bevor der nächste geometrisch versetzte Burst mit der Oberfläche des Körpers wechselwirkt, so dass sich beim Erstarren der Schmelze eine Oberflächenlegierung und/oder ein Oberflächengemenge und/oder eine Oberflächendotierung ausbildet.
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Das Verfahren zur oberflächlichen Legierungsbildung und Funktionalisierung von Oberflächen durch die Verwendung ultrakurzer Pulse (UKP) in hochfrequenten Pulsgruppen, dem sogenannten UKP-Burst-Modus, führt zu einem schnellen Aufheizen, das nur im Burst-Modus möglich ist. Das Aufheizen erfolgt dabei so schnell, dass die Keimbildung (oder Nukleation) für die Initiierung einer Verdampfung zu gering ist und die Keimbildungsbarriere nicht überschritten werden kann. Es kann nicht zu einer Verdampfung kommen. Die Schmelze überhitzt. Schlussfolgernd kann die Schmelzphase über der Verdampfungstemperatur des Grundwerkstoffs, des Werkstoffs der Schicht und/oder wenigstens eines Werkstoffs des Verbundes gehalten werden. Es entsteht die Möglichkeit, Werkstoffe gleichzeitig aufzuschmelzen, deren Schmelztemperaturen oder Verdampfungstemperaturen voneinander sehr verschieden sind. Durch Konvektion werden die Werkstoffe untereinander vermischt, so dass sich beim Erstarren der Schmelze eine Oberflächenlegierung bildet. Zur Legierungsbildung durch das Beschichten eines Grundwerkstoffes aus einem Metall, einem Halbleiter oder einer Keramik mit mindestens einem Werkstoff kann im UKP-Burst-Modus der Grundwerkstoff, der Werkstoff der Schicht und/oder ein Werkstoff des Verbundes gleichzeitig in die Schmelzphase überführt werden.
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Das Verfahren zur oberflächlichen Legierungsbildung, Vermengung und Funktionalisierung von Oberflächen durch die Verwendung ultrakurzer Pulse in hochfrequenten Pulsgruppen führt weiterhin dazu, dass ein gezieltes Umschmelzen eines Verbundwerkstoffes zu einer oberflächlichen Legierung erfolgen kann, wobei eine Homogenisierung der Materialeigenschaften gefördert wird.
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Darüber hinaus können die oberflächlichen Materialeigenschaften wie zum Beispiel die thermische oder chemische Belastbarkeit, die Magnetisierung oder die Dotierung durch die Verwendung unterschiedlicher Legierungselemente geändert werden.
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Die wirkende Konvektion kann vorteilhafterweise verwendet werden, um spezifische Schmelzstrukturen zu erzeugen, die eine topologische Änderung der Oberfläche bewirkt. Beispielsweise können Benetzungswinkel oder Gleitreibungskoeffizienten geändert werden.
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Dazu wird der Burst-Modus der Lasertechnik verwendet und genutzt, bei der Pulsgruppen mit einer definierten Anzahl an Pulsenergie pro Puls (eine Pulsgruppe ist ein Burst) und einer definierten Anzahl an Pulsenergie pro Puls in einer Gruppe mit der Materialoberfläche wechselwirken. Der eingesetzte Bereich der Pulswiederholfrequenz in einem Burst kann dabei von gleich/größer 1 GHz sein. Die Pulsdauer eines Pulses in einer Gruppe kann kleiner/gleich 1 ns sein. Mit einer Relativbewegung zwischen einem Burst und der Materialoberfläche werden die Pulsgruppen mit einer definierten Burstwiederholfrequenz auf dem Material abgelenkt. Durch die hohe Pulswiederholfrequenz im Burst entsteht in der Wechselwirkungszone eine sehr hohe Heizrate, so dass Material in wenigen Pikosekunden in die Schmelzphase überführt wird. Die Keimbildungsrate, die für eine Verdampfung nötig ist, wird nicht erreicht, so dass die Schmelzphase Temperaturen größer als die Verdampfungstemperatur, bis zur thermodynamisch kritischen Temperatur, erreicht. Dadurch ist es möglich, Werkstoffe/Materialien mit extrem unterschiedlichen Schmelztemperaturen gleichzeitig zu vermischen. Das Material erstarrt noch bevor der nächste geometrisch versetzte Burst mit der Materialoberfläche wechselwirkt und die Prozedur erneut durchgeführt wird. Die resultierende Oberflächenlegierung und die Oberflächenstruktur sind von unterschiedlichen Laserparametern, wie der Anzahl an Pulsen, Pulsdauer, Fluenz und Pulswiederholfrequenz im Burst und Überfahrtenzahl, abhängig. Ebenso von der Wahl der einzelnen Legierungselementen.
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Das Umschmelzen von Verbundwerkstoffen zu einer oberflächlichen Legierung kann nur im UKP-Burst-Modus mit Pulswiederholfrequenzen innerhalb eines Bursts im GHz Bereich erfolgen. Durch die hoch selektive Homogenisierung der Materialoberfläche können die Standzeit von Werkzeugen erhöht und neue Anwendungsgebiete ermöglicht werden.
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Durch die oberflächliche Legierungsbildung auf einem Grundwerkstoff, wobei Legierungswerkstoffe auf dem Grundwerkstoff beschichtet und nachträglich mit dem UKP-Burst-Modus umgeschmolzen/vermischt werden, können neuartige Legierungen mit unterschiedlichsten Eigenschaften für spezielle Anforderungen realisiert werden. Dabei muss kein kostenintensiver Legierungsvollkörper eingesetzt werden, wenn die Anforderungen durch eine kostengünstige und ressourcenschonende Oberflächenlegierung bewältigt werden kann.
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Mit einer geeigneten Wahl an Legierungswerkstoffen können materialspezifische, wie beispielsweise thermische, mechanische, chemische, magnetische oder antibakterielle Eigenschaften und Dotierungen an der Materialoberfläche realisiert werden. Durch eine gezielte Beeinflussung des Schmelzbades können an der Materialoberfläche sich selbstorganisierende Strukturen erstarren, so dass topologische Eigenschaften, wie der Benetzungswinkel, gezielt eingestellt werden können.
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Grundlage dazu ist eine sogenannte „überhitze Schmelze“, wobei nur im UKP-Burst-Modus ein für eine Vermischung ausreichend tiefes Schmelzbad von bis zu einigen Mikrometern realisierbar ist. Bei normaler UKP-Strahlung, auch nicht mit Nanosekundenpulsen oder cw-Strahlung oder in einem Schmelzofen ist das nicht realisierbar. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass keine chemischen Abprodukte erzeugt werden.
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Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 angegeben.
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Der auf die Schmelze des Grundwerkstoffs, des Werkstoffs der Schicht und/oder des Werkstoffs des Verbundes laserinduzierte Druck und/oder ein auf die Schmelze des Grundwerkstoffs, des Werkstoffs der Schicht und/oder des Werkstoffs des Verbundes wirkendes Plasma, wobei mit dem ersten Puls im Burst das Plasma erzeugt wird und mit den weiteren Pulsen im Burst das Plasma weiter erhitzt und/oder ionisiert wird, führt oder führen zu einer erzwungenen Konvektion, welche zur Mischung der Schmelze verwendet wird.
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Die durch den Temperaturgradienten hervorgerufene Strömung in der Schmelze des Grundwerkstoffs, des Werkstoffs der Schicht und/oder des Werkstoffs des Verbundes führt zu einer freien (natürlichen) Konvektion, welche zur Mischung der Schmelze verwendet wird.
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Die Laserstrahlung des im Burst-Modus betriebenen Lasers kann zur Ausbildung einer Funktionsoberfläche durch sich ausbildende Schmelzstrukturen und/oder durch den Grundwerkstoff und dem Werkstoff der Schicht und/oder einem Werkstoff des Verbundes durch eine damit hervorgerufene Eigenschaftsänderung bei Erstarren der Schmelze verwendet werden. Damit kann sich bei Erstarren eine Funktionsoberfläche durch sich ausbildende Schmelzstrukturen und/oder durch den Grundwerkstoff und dem Werkstoff der Schicht und/oder einem Werkstoff des Verbundes hervorgerufene Eigenschaftsänderung ausbilden.
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Die Laserstrahlung des im Burst-Modus betriebenen Lasers kann zur Ausbildung einer physikalischen und/oder biologischen Eigenschaftsänderung der Oberflächenlegierung und/oder dem Oberflächengemenge bei Erstarren der Schmelze verwendet werden. Damit kann sich bei Erstarren der Schmelze eine physikalische und/oder biologische Eigenschaftsänderung der Oberflächenlegierung und/oder dem Oberflächengemenge ausbilden.
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Zur oberflächlichen Ausbildung der Legierung und/oder des Gemenges und/oder der Dotierung können insbesondere Pulsgruppen mit jeweils einer Pulswiederholfrequenz innerhalb eines Bursts (Pulsgruppe) größer/gleich 1 GHz verwendet werden.
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Zur oberflächlichen Ausbildung der Legierung und/oder des Gemenges und/oder der Dotierung können vorteilhafterweise Pulsgruppen mit jeweils einer Pulsdauer kleiner 1 ns verwendet werden.
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Die Ausführungen können einzeln oder in Kombinationen verwendet werden. Das schließt die Verwendung in dem oder in Verfahren zur oberflächlichen Ausbildung einer Legierung und/oder eines Gemenges und/oder einer Dotierung auf und/oder in wenigstens einem Bereich eines Körpers ein.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 eine Einrichtung zur oberflächlichen Ausbildung einer Legierung und/oder eines Gemenges und/oder einer Dotierung auf und/oder in wenigstens einem Bereich eines Körpers,
- 2 eine schematische Darstellung einer gepulsten Laserstrahlung mit einem Einzelpuls-Modus,
- 3 eine schematische Darstellung einer gepulsten Laserstrahlung mit einem Burst-Modus,
- 4 ein Körper mit einer Schicht zur Ausbildung einer oberflächlichen Legierung, eines oberflächlichen Gemenges und/oder einer oberflächlichen Dotierung,
- 5 ein Körper mit einer Schicht zur Ausbildung einer oberflächlichen Legierung, eines oberflächlichen Gemenges und/oder einer oberflächlichen Dotierung mit einer funktionalisierten Oberfläche und
- 6 ein Körper aus einem Verbund zur Ausbildung einer oberflächlichen Legierung, eines oberflächlichen Gemenges und/oder einer oberflächlichen Dotierung.
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Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel werden eine Verwendung eines im Burst-Modus betriebenen Lasers, ein Verfahren zur oberflächlichen Ausbildung einer Legierung und/oder eines Gemenges und/oder einer Dotierung auf und/oder in wenigstens einem Bereich mit Einbeziehung einer Einrichtung zur oberflächlichen Ausbildung einer Legierung und/oder eines Gemenges und/oder einer Dotierung zusammen prinzipiell erläutert.
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Die 1 zeigt eine Einrichtung zur oberflächlichen Ausbildung einer Legierung und/oder eines Gemenges und/oder einer Dotierung auf und/oder in wenigstens einem Bereich eines Körpers in einer prinzipiellen Darstellung.
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Eine Einrichtung zur oberflächlichen Ausbildung einer Legierung und/oder eines Gemenges und/oder einer Dotierung auf und/oder in wenigstens einem Bereich des Körpers 1 besteht im Wesentlichen aus einem Laser 2, einem Scanner 4, einer Antriebsvorrichtung 5 und einem Datenverarbeitungssystem 6. In Strahlrichtung nach dem im Burst-Modus betriebenen Laser 2 sind der Scanner 4 zur Ablenkung der Laserstrahlung 3 und der Körper 1 angeordnet. Der Körper 1 befindet sich auf der Antriebsvorrichtung 5, die vorteilhafterweise einen Träger zum Platzieren und Befestigen des Körpers 1 besitzt. Die Antriebsvorrichtung 5 kann dazu insbesondere eine xy-Positioniervorrichtung sein, so dass der Körper 1 in zwei Richtungen in einer Ebene bewegbar ist. Der Laser 2, der Scanner 4 und die Antriebsvorrichtung 5 sind mit dem Datenverarbeitungssystem 6 verbunden, so dass wenigstens ein Bereich der Oberfläche des Körpers 1 mit der Laserstrahlung beaufschlagbar ist.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer gepulsten Laserstrahlung 3 mit einem Einzelpuls-Modus und
die 3 eine schematische Darstellung einer gepulsten Laserstrahlung 3 mit einem Burst-Modus jeweils in einer prinzipiellen Darstellung.
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Der Burst-Modus ist eine Lasertechnik, bei der Pulsgruppen 8 (eine Vielzahl an Bursts) mit einer definierten Anzahl an Pulsen pro Gruppe 8 (eine Pulsgruppe 8 ist ein Burst) und einer definierten Anzahl an Fluenz pro Puls in einer Gruppe 8 mit der Oberfläche des Körpers 1 wechselwirken. Die 2 zeigt zwei Einzelpulse 7 mit der Pulsenergie (y) in Abhängigkeit der Zeit (x). In der 3 sind zwei Pulsgruppen 8 und damit zwei Bursts mit der Pulsenergie (y) in Abhängigkeit der Zeit (x) dargestellt.
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Die 4 zeigt einen Körper 1 mit einer Schicht 10 zur Ausbildung einer oberflächlichen Legierung 11, eines oberflächlichen Gemenges und/oder einer oberflächlichen Dotierung in einer prinzipiellen Darstellung.
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Zur Ausbildung der Legierung 11 und/oder des Gemenges und/oder der Dotierung kann in einer Ausführungsform wenigstens ein Bereich einer Oberfläche des Körpers 1 mit Laserstrahlung 3 des im Burst-Modus betriebenen Lasers 2 beaufschlagt werden, so dass durch eine sehr hohe Wärmeakkumulation der Grundwerkstoff 9 und der Werkstoff der Schicht 10 in die Schmelzphase aber nicht in die Verdampfungsphase überführt und durch Konvektion der Schmelze gemischt werden. Die Schmelztemperaturen des Grundwerkstoffs 9 und des Werkstoffs der Schicht 10 sind dabei höher als die jeweilige materialspezifische Verdampfungstemperatur, so dass sich beim Erstarren der Schmelze eine Oberflächenlegierung 11 und/oder ein Oberflächengemenge ausbildet. Die wirkende Konvektion kann sowohl eine erzwungene Konvektion als auch eine freie und damit natürliche Konvektion sein. Bei der erzwungenen Konvektion wirkt der laserinduzierte Druck und/oder ein Plasma 12 auf die Schmelze des Grundwerkstoffs 9 und/oder des Werkstoffs der Schicht 10.
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In einer Ausführungsform kann zur Ausbildung der Legierung 11 und/oder des Gemenges und/oder der Dotierung wenigstens ein Bereich der Oberfläche des Körpers 1 mit Laserstrahlung 3 des im Burst-Modus betriebenen Lasers 2 beaufschlagt. Die Schicht 10 kann hier aus einem Verbund mehrerer Werkstoffe bestehen, so dass durch eine sehr hohe Wärmeakkumulation der Grundwerkstoff 9 und wenigstens ein Werkstoff des Verbundes in die Schmelzphase aber nicht in die Verdampfungsphase überführt und durch Konvektion der Schmelze gemischt werden. Die Schmelztemperatur oder Schmelztemperaturen des Grundwerkstoffs 9 und des wenigstens einen Werkstoffs des Verbundes sind dabei höher als die materialspezifische Verdampfungstemperatur oder die jeweilige materialspezifische Verdampfungstemperatur, so dass sich beim Erstarren der Schmelze eine Oberflächenlegierung 11 und/oder ein Oberflächengemenge ausbildet. Die wirkende Konvektion kann sowohl eine erzwungene Konvektion als auch eine freie und damit natürliche Konvektion sein. Bei der erzwungenen Konvektion wirkt der laserinduzierte Druck und/oder ein Plasma auf die Schmelze des Grundwerkstoffs 9 und des wenigstens einen Werkstoffs der Schicht 10.
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Die 5 zeigt einen Körper 1 mit einer Schicht 10 zur Ausbildung einer oberflächlichen Legierung, eines oberflächlichen Gemenges und/oder einer oberflächlichen Dotierung mit einer funktionalisierten Oberfläche in einer prinzipiellen Darstellung.
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Zur Ausbildung der Legierung 11 und/oder des Gemenges und/oder der Dotierung kann in einer Ausführungsform wenigstens ein Bereich einer Oberfläche des Körpers 1 mit Laserstrahlung 3 des im Burst-Modus betriebenen Lasers 2 beaufschlagt werden, so dass durch eine sehr hohe Wärmeakkumulation der Grundwerkstoff 9 und der Werkstoff der Schicht 10 in die Schmelzphase aber nicht in die Verdampfungsphase überführt und durch Konvektion der Schmelze gemischt werden. Die Schmelztemperaturen des Grundwerkstoffs 9 und des Werkstoffs der Schicht 10 sind dabei höher als die jeweilige materialspezifische Verdampfungstemperatur, so dass sich beim Erstarren der Schmelze eine Oberflächenlegierung 11 und/oder ein Oberflächengemenge mit einer funktionalisierten Oberfläche ausbildet. Die wirkende Konvektion kann sowohl eine erzwungene Konvektion als auch eine freie und damit natürliche Konvektion sein. Bei der erzwungenen Konvektion wirkt der laserinduzierte Druck und/oder ein Plasma 12 auf die Schmelze des Grundwerkstoffs 9 und/oder des Werkstoffs der Schicht 10. Beispielsweise können so Benetzungswinkel oder Gleitreibungskoeffizienten geändert werden.
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Die 6 zeigt einen Körper 1 aus einem Verbund zur Ausbildung einer oberflächlichen Legierung 11, eines oberflächlichen Gemenges und/oder einer oberflächlichen Dotierung in einer prinzipiellen Darstellung.
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Zur Ausbildung der Legierung 11 und/oder des Gemenges und/oder der Dotierung wird in einer Ausführungsform wenigstens ein Bereich einer Oberfläche des Körpers 1 aus einem Verbund mit Laserstrahlung 3 des im Burst-Modus betriebenen Lasers 2 beaufschlagt, so dass durch eine sehr hohe Wärmeakkumulation Werkstoffe des Verbundes in die Schmelzphase aber nicht in die Verdampfungsphase überführt und durch Konvektion der Schmelze gemischt werden. Die Schmelztemperaturen von Werkstoffen des Verbundes sind dabei höher als die jeweilige materialspezifische Verdampfungstemperatur, so dass sich beim Erstarren der Schmelze eine Oberflächenlegierung und/oder ein Oberflächengemenge ausbildet. Die wirkende Konvektion kann sowohl eine erzwungene Konvektion als auch eine freie und damit natürliche Konvektion sein. Bei der erzwungenen Konvektion wirkt der laserinduzierte Druck und/oder ein Plasma 12 auf die Schmelze von Werkstoffen des Verbundes.
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Bei den Ausführungsformen kann mit dem ersten Puls im Burst das Plasma 12 erzeugt werden, welches mit den weiteren Pulsen im Burst das Plasma 12 weiter erhitzt und/oder ionisiert wird. Bei der natürlichen Konvektion wird die durch den Temperaturgradienten hervorgerufene Strömung in der Schmelze des Grundwerkstoffs 9, des Werkstoffs der Schicht und/oder des Werkstoffs des Verbundes zur Mischung der Schmelze verwendet.
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In einer Ausführungsform kann so beispielsweise Hartmetall bestehend aus Kobalt mit einer Verdampfungstemperatur von ungefähr 2900°C und Wolframkarbid mit einer Schmelztemperatur über 2900°C zeitgleich aufgeschmolzen werden, ohne dass Kobalt schon verdampft. Durch die Beaufschlagung mit Laserstrahlung 3 im UKP-Burst-Modus wird so aus dem Verbundwerkstoff an der Oberfläche eine Legierung.
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In einer weiteren Ausführungsform kann auf einem Körper 1 aus einem Grundwerkstoff 9, beispielsweise aus Eisen, eine Schicht 10, beispielsweise aus Wolfram, aufgebracht werden. Mit der Beaufschlagung mit Laserstrahlung 3 im UKP-Burst-Modus können damit der Grundwerkstoff 9 und der Werkstoff der Schicht 10 an der Oberfläche des Körpers 1 zu einer Legierung (Ferrowolfram) 11 gemischt werden. Bei einer Beaufschlagung mit konventioneller Laserstrahlung 3 würde Eisen schon lange verdampft sein, bevor das Wolfram in der Schmelzphase ist. So können eine Vielzahl von Schicht-zu-Grundwerkstoff-Kombinationen miteinander gemischt werden.
