EP2794939A2 - Verfahren zur strukturierung einer oberfläche eines werkstücks - Google Patents

Verfahren zur strukturierung einer oberfläche eines werkstücks

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EP2794939A2
EP2794939A2 EP12829208.3A EP12829208A EP2794939A2 EP 2794939 A2 EP2794939 A2 EP 2794939A2 EP 12829208 A EP12829208 A EP 12829208A EP 2794939 A2 EP2794939 A2 EP 2794939A2
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EP
European Patent Office
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metal
workpiece
metal alloy
laser
laser beam
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12829208.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erhard Brandl
Ante Kurtovic
Tobias Mertens
Dominik Raps
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Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
EADS Deutschland GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24355—Continuous and nonuniform or irregular surface on layer or component [e.g., roofing, etc.]

Definitions

  • the invention relates to a method for structuring a surface of a workpiece, in which surface structures are produced with dimensions in the sub-micrometer range, as well as workpieces with surfaces producible therewith.
  • Anodizing processes must be matched to a specific metal.
  • anodizing processes consist of several individual process steps such as a previous cleaning and pickling before the actual
  • CONFIRMATION COPY EP 0 914 395 B1 describes a method for treating an unpurified metal surface comprising treating the surface with an organosilane and exposing the surface with a laser. It was an object of the invention to provide a simple process as possible without
  • the invention relates to a method of structuring a surface of a workpiece comprising a metal or a metal alloy or a metal oxide or metal oxide or metal alloy surface
  • Metal alloy oxide layer comprises in the surface structures with
  • Sub-micron dimensions are created by exposing the entire surface of the metal or metal alloy or the metal or metal alloy oxide layer on the metal or metal alloy, which is amenable to laser irradiation and on which the structures are to be formed, to a pulsed laser beam is scanned one or more times in such a way that adjacent light spots of the laser beam abut gapless or overlap, the following conditions are met:
  • t pulse length of the laser pulses [ns], where t is about 0.1 ns to about 2000 ns, f: repetition rate of the laser pulses [kHz]
  • d diameter of the laser beam on the workpiece [pm]
  • ⁇ Absorption of the laser radiation of the irradiated material [%] under normal conditions
  • the atmosphere in which the process is carried out is vacuum
  • Ambient atmosphere or an inert gas or gas mixture may be Ambient atmosphere or an inert gas or gas mixture.
  • the pressure of the atmosphere in which the process is carried out is generally in the range of about 0 bar - about 15 bar and the temperature of the atmosphere outside the laser beam is generally in the range of about -50 ° C - about 350 ° C.
  • the invention relates to a workpiece comprising a surface of a metal or a metal alloy or a metal oxide or metal alloy oxide layer on the surface of the metal or metal alloy, the surface having a structure as producible by the above method.
  • Figure 1 shows an untreated surface of rolled sheet of Ti-6AI-4V.
  • FIG. 2 shows a pickled surface of pickled sheet of Ti-6AI-4V.
  • FIGS. 3 to 8 show the surfaces of sheets of different materials treated according to the invention in accordance with examples 1 to 5.
  • FIGS. 9 to 11 show the surfaces of Ti-6AI-4V sheets treated according to the invention in Examples 6 to 8. The top two
  • FIG. 12 shows the surface of a comparative example in which the parameter ⁇ lies outside the range according to the invention.
  • Figure 13 is a schematic representation of a wedge test.
  • Figure 14 shows the results of wedge tests of Examples 6 to 8 compared to prior art treated surfaces.
  • Oxide layer are passivated, sub-microstructured (or nanostructured) metal (alloy) oxide surfaces can be produced, which provide excellent adhesion of adhesives, paints, solder, sealants and / or the like as well as biological tissue or other coatings.
  • a room temperature eg cold rolling of gold
  • elevated temperature eg cumulative roll bonding, laser roll bonding
  • microfusion process eg cold gas spraying
  • Nanostructures have been produced according to the invention.
  • the surfaces produced may generally have open-pored, fissured and / or fractal-like nanostructures, such as open-pore hill and valley structures, open-pore undercut structures, and cauliflower or bulbous structures.
  • At least about 80%, preferably at least about 90%, more preferably at least about 95% elevations have a size ⁇ 1 ⁇ , for example, in the range of about 10 nm to about 200 nm moves.
  • At least about 80%, preferably at least about 90%, more preferably at least about 95% of the interstices also have widths ⁇ about 1 ⁇ , for example about 10 nm to about 50 nm.
  • the length of the "valleys" in mountain and valley structures However, often more than about 1 ⁇ ⁇ ⁇ .
  • Such nanostructures usually cover at least about 90% of the surface calculated as a plane, preferably at least about 95%.
  • the nanostructure can even cover about 100% of the surface area calculated as a plane.
  • the scanning of the surface with the laser beam can be performed one or more times in succession. By repeated sampling under certain circumstances an even finer structure can be produced.
  • the metal or metal oxide surface is not pretreated or cleaned prior to scanning with the laser beam, although this is not excluded; e.g. The surface can be cleaned or pickled with a solvent.
  • a coupling agent such as a Silanhaftvermittler
  • a titanate such as titatetraisopropylate
  • Titanium acetylacetonate a zirconate such as zirconium tetrabutylate, a
  • Zirconium aluminate a thiazole, a triazole such as 1H-benzotriazole, a phosphonate or a sulfonate, for increasing the adhesion to the Surface to be connected or treated applied to this material. Even after scanning is often no adhesion promoter to increase the
  • Adhesive strength is applied before the surface is bonded to another surface and / or a coating such as an adhesive, paint, solder, sealant and / or the like or biological fabric and / or another
  • Coating in which e.g. may be applied, applied and / or adhered to a protective, stain-resistant or anti-adhesion coating or other functional coating.
  • a protective, stain-resistant or anti-adhesion coating or other functional coating e.g. may be applied, applied and / or adhered to a protective, stain-resistant or anti-adhesion coating or other functional coating.
  • Metal alloy in which the process according to the invention can be carried out is subject to no restrictions. It or it may be selected for example from iron, aluminum, tantalum, copper, nickel or titanium or an alloy thereof, for example of Ti-6AI-4V, pure titanium, Mg-4AI1-Zn, Ta-10W, Cu-OF , CuZn37, AI 2024 (AI-4.4Cu-0.6Mn-1.5mg), V2A-steel (X5CrN18-10) and Inconel 718 ® (high temperature resistant nickel alloy (Ni-19Cr-18Fe-3Mo-5Nb-0.05C material nr 2.4668)).
  • Normal conditions to be used in the above-mentioned expression for ⁇ are therefore simply material properties of the treated metal or the treated metal alloy.
  • the data of the underlying metal or metal alloy is used.
  • Surface structuring is generated are preferably about 0.07 ⁇ ⁇ about 2000, more preferably about 0.07 ⁇ ⁇ about 1500.
  • the pulse length of the laser pulses t is preferably about 0.1 ns to about 300 ns, more preferably about 5 ns to about 200 ns.
  • the peak pulse power of the exiting laser radiation P p is
  • the average power of the exiting laser radiation P m is preferably about 5 W to about 28000 W, more preferably about 20 W to about 9500 W.
  • the repetition rate of the laser pulses f is preferably about 10 kHz to about 3000 kHz, more preferably about 10 kHz to about 950 kHz.
  • the scanning speed at the workpiece surface v is preferably about 30 mm / s to about 19000 mm / s, more preferably about 200 mm / s to about 9000 mm / s.
  • the diameter of the laser beam on the workpiece d is preferably about 20 ⁇ to about 4500 ⁇ , more preferably about 50 ⁇ to about 3500 ⁇ .
  • the laser wavelength ⁇ may be about 100 nm to about 11000 nm.
  • the working atmosphere may be a vacuum, ambient atmosphere or a so-called inert gas such as a noble gas such as argon, helium or neon, or in many cases nitrogen or CO2, or a mixture of Inert gases, wherein the pressure is generally in the range of about 0 bar to about 15 bar and the temperature in the range of about - 50 ° C to about 350 ° C. It is selected to be inert to a given metal, metal alloy, or oxide layer thereon under the pressure and temperature operating conditions, that is, to not react with the metal, metal alloy, or oxide layer thereon. This can in many cases, for example, ambient atmosphere at
  • Ambient pressure and temperature act which is preferred if permitted by the given surface.
  • the person skilled in the art knows under which conditions a given surface is inert and / or can do so by suitable means
  • XPS X-Ray Photoelectron Spectroscopy
  • EDX energy dispersive X-ray analysis
  • FTIR Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry
  • TOF-SIMS Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry
  • EELS electron energy loss spectroscopy
  • HAADF high angle annular dark field
  • NIR near infrared spectroscopy
  • the surfaces produced according to the invention provide excellent adhesion of adhesives, paints and other coatings.
  • nanostructures have been produced on at least one metal or metal oxide according to the invention, two metals, one metal and one metal oxide or two metal oxides or one metal or metal oxide with another material can be added by mere joining under elevated pressure, such as by a rolling process
  • Room temperature e.g., cold rolling of gold
  • elevated temperatures e.g., Accumulative Roll Bonding
  • Micro-forging process e.g., cold gas spraying
  • any adhesive known to those skilled in the art for assisting in bonding may also be used.
  • the coating may be any metal and metal oxide coating and may be applied by any suitable means.
  • coatings are solders, coatings applied by thermal and non-thermal spraying, paints, others
  • biochemical and biological materials e.g. Cells and / or body tissues, called.
  • silane coatings for example silanes polymerizing silanes (obtainable, for example, under the trade name Oxsilan®), which can be applied in particular to surfaces containing oxygen atoms which are structured in accordance with the invention.
  • Silane coupling agents are applied to the surface.
  • An example of such a coupling agent that can be applied to oxygen-free structured metal surfaces is an aqueous solution (Sol) of
  • organosilicon compounds activated zirconium salts, which provides an adhesion-promoting gel after evaporation of the water (available for example under the trade name SOCOGEL® or Alodine® SG 8800).
  • the structured surfaces may, as mentioned above, also be modified chemically in any manner known to those skilled in the art, e.g. by chemical conversion for the preparation of conversion layers, i.a. have an anti-corrosive effect.
  • chemical conversion for the preparation of conversion layers, i.a. have an anti-corrosive effect.
  • a rolled sheet of Ti-6AI-4V alloy was without any
  • the generated surface structure is shown in the SEM image of FIG. Example 2
  • a rolled sheet of the alloy Mg-3AI-1Zn was treated with a diode-pumped Nd: YAG laser without any pretreatment
  • Wavelength ⁇ 266 nm at ambient atmosphere, ambient pressure and ambient temperature sampled.
  • the remaining process parameters were:
  • a rolled sheet of the Ta-10W alloy was without any
  • Example 4 The generated surface structure is shown in the SEM image of FIG. Example 4 A rolled copper sheet was scanned once without any pretreatment with a diode-pumped Nd: YVO 4 (neodymium-pumped yttrium orthovanadate) laser (wavelength ⁇ : 1064 nm) at ambient, ambient, and ambient temperatures. The remaining process parameters were:
  • a rolled Al 2 O 4 (Al-4.4Cu-1.5Mg-0.6Mn) sheet was subjected to a diode-pumped Nd: YAG (neodymium-pumped yttrium aluminum garnet) laser (wavelength ⁇ : 533 nm) at ambient atmosphere without any pretreatment. Ambient pressure and ambient temperature sampled.
  • Nd YAG (neodymium-pumped yttrium aluminum garnet) laser (wavelength ⁇ : 533 nm) at ambient atmosphere without any pretreatment.
  • Ambient pressure and ambient temperature sampled.
  • a rolled sheet of V2A (1.4301) steel (X5CrNi18-10) was scanned once without any pretreatment with a diode-pumped Nd: YAG laser (wavelength ⁇ : 266 nm) at ambient, ambient, and ambient temperatures.
  • a rolled sheet of Ti-6AI-4V alloy was without any
  • Ambient atmosphere, ambient pressure and ambient temperature sampled.
  • the generated surface structure is shown in Figure 9, wherein in the upper two figures a top view of the scanned surface in two SEM images of different resolution is shown while the lower two images show SEM images of rupture edges in different resolution.
  • Example 8 A rolled sheet of the Ti-6AI-4V alloy was without any
  • Ambient atmosphere, ambient pressure and ambient temperature sampled.
  • the generated surface structure is shown in Fig. 10, wherein in the upper two figures a plan view of the scanned surface in two SEM images of different resolution is shown, while the lower two images show SEM images of rupture edges in different resolution.
  • a rolled sheet of Ti-6AI-4V alloy was without any
  • the sample thus generated was designated as Ti-5.
  • a rolled sheet of Ti-6AI-4V alloy was without any
  • Ambient atmosphere, ambient pressure and ambient temperature sampled.
  • the bath consists of an alkali hydroxide, a titanium complexing agent and an impurity complexing agent.
  • the samples were bonded after pretreatment with "Turco 5578" or the "NaTESi method” as described above with FM 73.
  • FIG. 14 shows the crack propagation of the laser-treated Ti1, Ti2 and Ti5 samples and the two comparative samples over a storage time of 1000 h.
  • the TM and Ti2 samples achieved very good results.
  • the crack spread over the entire aging time from 27.8 ⁇ 1.6 to 30.2 ⁇ 1.7 mm.
  • the Ti5 samples also achieved better results than the NaTESi method (55.1 ⁇ 2.5 mm) with a crack length of 48.6 ⁇ 1.9 mm after 1000 hours of testing. Only at the beginning of the test is the crack rate slightly higher than in the NaTESi method.
  • the surface nanomorphology therefore provides a very good
  • the Ti1 and Ti2 samples have an open-pore structure with deep valleys. Such a construction of the surface allows the adhesive to penetrate into the pores, thereby allowing mechanical bonding of the adhesive in the substrate material.
  • the Ti5 samples show a roughened, knob-like surface, which also increases the effective gluing area and enables mechanical clamping.
  • Example 11 Making an (ultra) hydrophobic surface with
  • a rolled sheet of alloy AI2024 (Al-4.4Cu-1 .5Mg-0.6Mn) was subjected without further pretreatment once to a diode-pumped Nd: YVO4 (neodymium-pumped yttrium orthovanadate) laser (wavelength ⁇ : 1064 nm) at ambient atmosphere , Ambient pressure and ambient temperature
  • ⁇ 1, 24, ie ⁇ is in the range according to the invention.
  • the sample was cleaned with isopropanol and dried with nitrogen.
  • the laser-textured surface must still be provided with a chemical non-stick coating (functionalized). This can be, for example by attachment of fluorinated hydrocarbons, fluorosilanes, long-chain hydrocarbons or oils.
  • the samples were treated with a fluorosilane (Dynasylan F 8261 from Degussa). This silane is 2 hours in one
  • the contact angle of the samples produced with water was 140 °. At such a contact angle, the adhesion of ice to the surface is greatly reduced.
  • a contact angle can be adjusted with water from about 100 ° to about 150 ° (surfaces with a contact angle 150 ° are referred to as ultrahydrophobic or superhydrophobic).
  • surfaces with a contact angle 150 ° are referred to as ultrahydrophobic or superhydrophobic.
  • an increase in the contact angle with water of about 50 ° - is reached about 100 °. Comparing a pickled and chemically hydrophobized surface with a laser-structured and chemically hydrophobized surface, it turns out that the hydrophobicity

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Abstract

In einem Verfahren zur Erzeugung einer Metall- oder Metalllegierungsoberfläche oder Metalloxid- oder Metalllegierungsoxidschicht auf der Oberfläche eines Werkstücks, die Oberflächenstrukturen mit Abmessungen im Sub-Mikrometerbereich aufweist, wird die gesamte Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung oder der Metall- oder der Metalllegierungsoxidschicht auf dem Metall oder der Metalllegierung, auf der die Strukturen zu erzeugen sind und die für eine Laserbestrahlung zugänglich sind, mit einem gepulsten Laserstrahl ein- oder mehrmals auf solche Weise abgetastet, dass benachbarte Lichtflecke des Laserstrahls lückenlos aneinander stoßen oder sich überlappen und ein bestimmter Bereich einer vorgegebenen Relation zwischen Verfahrensparametern eingehalten wird.

Description

Verfahren zur Strukturierung einer Oberfläche eines Werkstücks Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturierung einer Oberfläche eines Werkstücks, bei dem Oberflächenstrukturen mit Abmessungen im Sub- Mikrometerbereich erzeugt werden, sowie Werkstücke mit damit herstellbaren Oberflächen.
Stand der Technik
Die Benetzbarkeit mit und Haftung von flüssigen, halbfesten und festen
Substanzen auf Metallen und Metalloxiden hängt stark von der
Oberflächenbeschaffenheit ab. Dies ist bei der Behandlung mit oder Aufbringung und Haftung von Materialien wie beispielsweise Klebstoff, Lack, Lot, Dichtmittel oder auch biologischem Gewebe von hoher Bedeutung. Entfettung und
anderweitige weitere Reinigung sowie Beizen erhöhen die Benetzbarkeit und Haftung bis zu einem gewissen Grad. Mit zunehmender Rauigkeit der Oberfläche, d.h. größerer und strukturierterer Oberfläche und dadurch erhöhter
chemischer/mechanischer Verankerung aufzubringender Materialien, verbessern sich diese Eigenschaften aber noch wesentlich. Mit Anodisierprozessen kann z.B. ebenfalls eine zufriedenstellende Rauigkeit der Oberfläche erreicht werden, jedoch sind die Verfahren technisch relativ aufwändig und beinhalten teilweise
gesundheitsgefährdende Chemikalien. Ein weiterer Nachteil ist, dass die
Anodisierprozesse auf ein bestimmtes Metall abgestimmt werden müssen.
Außerdem bestehen Anodisierprozesse aus mehreren einzelnen Prozessschritten wie einem vorherigen Reinigen und Beizen vor dem eigentlichen
Anodisierprozess.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Die EP 0 914 395B1 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung einer ungereinigten Metalloberfläche, das die Behandlung der Oberfläche mit einem Organosilan und das Belichten der Oberfläche mit einem Laser umfasst. Es war ein Ziel der Erfindung, ein einfaches Verfahren möglichst ohne
Notwendigkeit des Einsatzes von Chemikalien zur Erzeugung einer guten
Rauigkeit auf einer Metall(legierungs)oberfläche zu entwickeln.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturierung einer Oberfläche eines Werkstücks, die ein Metall oder eine Metalllegierung oder eine auf einer Metalloder Metalllegierungsoberfläche vorliegende Metalloxid- oder
Metalllegierungsoxidschicht umfasst, bei dem Oberflächenstrukturen mit
Abmessungen im Sub-Mikrometerbereich erzeugt werden, indem die gesamte Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung oder der Metall- oder der Metalllegierungsoxidschicht auf dem Metall oder der Metalllegierung, die für eine Laserbestrahlung zugänglich ist und auf der die Strukturen zu erzeugen sind, mit einem gepulsten Laserstrahl ein- oder mehrmals auf solche Weise abgetastet wird, dass benachbarte Lichtflecke des Laserstrahls lückenlos aneinander stoßen oder sich überlappen, wobei die folgenden Bedingungen eingehalten werden:
etwa 0,07 < ε < etwa 2300
mit
worin:
Pp: Impulsspitzenleistung der austretenden Laserstrahlung [kW]
Pm: Mittlere Leistung der austretenden Laserstrahlung [W]
t: Impulslänge der Laserimpulse [ns], wobei t etwa 0,1 ns bis etwa 2000 ns ist, f: Repetitionsrate der Laserimpulse [kHz]
v: Abtastgeschwindigkeit an der Werkstückoberfläche [mm/s]
d: Durchmesser des Laserstrahls am Werkstück [pm] α: Absorption der Laserstrahlung des bestrahlten Material [%] bei Normalbedingungen
λ: Wellenlänge der Laserstrahlung [nm], wobei λ = etwa 100 nm bis etwa 11000 nm
Tv: Siedepunkt des Materials [K] bei Normaldruck
cp: Spezifische Wärmekapazität [J/kgK] bei Normalbedingungen
K: Spezifische Wärmeleitfähigkeit [W/mK] bei Normalbedingungen
wobei die Atmosphäre, in der das Verfahren durchgeführt wird, Vakuum,
Umgebungsatmosphäre oder ein inertes Gas oder Gasgemisch ist.
Der Druck der Atmosphäre, in der das Verfahrens durchgeführt wird, liegt im Allgemeinen im Bereich von etwa 0 bar - etwa 15 bar und die Temperatur der Atmosphäre liegt außerhalb des Laserstrahls im Allgemeinen im Bereich von etwa -50°C - etwa 350°C.
Ferner betrifft die Erfindung ein Werkstück, das eine Oberfläche aus einem Metall oder einer Metalllegierung oder einer Metalloxid- oder Metalllegierungsoxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung umfasst, wobei die Oberfläche eine wie durch das vorstehende Verfahren erzeugbare Struktur aufweist.
Die Unteransprüche betreffen zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung. Kurze Beschreibung der Figuren
Figur 1 zeigt eine unbehandelte Oberfläche von gewalztem Blech aus Ti-6AI-4V.
Figur 2 zeigt eine gebeizte Oberfläche von gebeiztem Blech aus Ti-6AI-4V. Die Figuren 3 bis 8 zeigen die Oberflächen von gemäß den Beispielen 1 bis 5 erfindungsgemäß behandelten Blechen aus verschiedenen Materialien. Die Figuren 9 bis 11 zeigen die Oberflächen von gemäß den Beispielen 6 bis 8 erfindungsgemäß behandelten Blechen aus Ti-6AI-4V. Die oberen beiden
Abbildungen zeigen die Oberflächen in unterschiedlicher Auflösung, die unteren beiden Schaubilder zeigen die entsprechenden Bruchkanten.
Figur 12 zeigt die Oberfläche eines Vergleichsbeispiels, bei dem der Parameter ε außerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs liegt.
Figur 13 ist eine schematische Darstellung eines Keiltests.
Figur 14 zeigt die Ergebnisse von Keiltests der Beispiele 6 bis 8 im Vergleich zu gemäß dem Stand der Technik behandelten Oberflächen.
Detaillierte Beschreibung
Wie eingangs erwähnt, ist die Aufrauhung bzw. Strukturierung im Submikrometer- Bereich von Oberflächen für eine gute Haftung von Klebstoffen, Lacken und sonstigen Beschichtungen essentiell. Es wurde nun überraschend gefunden, dass lediglich durch eine einmalige oder mehrmalige Bestrahlung mit einem gepulsten Laser unter den in Anspruch 1 genannten Bedingungen sub-mikrostrukturierte (oder nanostrukturierte) Metall- und Metalllegierungsoberflächen sowie, falls die Oberflächen durch eine
Oxidschicht passiviert sind, sub-mikrostrukturierte (oder nanostrukturierte) Metall(legierungs)oxid-Oberflächen erzeugt werden können, die für eine ausgezeichnete Haftung von Klebstoffen, Lacken, Lot, Dichtmittel und/oder Ähnlichem sowie von biologischem Gewebe oder sonstigen Beschichtungen sorgen. Wenn zwei Metalle oder ein Metall mit einem anderen Werkstoff durch einen Walzprozess bei Raumtemperatur (z.B. Kaltwalzen von Gold) oder bei erhöhten Temperaturen (z.B. Kumulatives Rollwalzen - Accumulative Roll Bonding, Laserwalzplattieren) oder durch einen Mikroschmiedeprozess (z.B. Kaltgasspritzen) miteinander verbunden werden, kann auch die Haftung dieser gefügten Materialien erhöht werden, wenn auf mindestens einer Seite
erfindungsgemäß Nanostrukturen erzeugt worden sind.
Die erzeugten Oberflächen können je nach Ausführungsform im Allgemeinen offenporige, zerklüftete und/oder fraktalartige Nanostrukturen, wie offenporige Berg- und Tal-Strukturen, offenporige hinterschnittene Strukturen und blumenkohl- oder knollenartige Strukturen, aufweisen. Mindestens etwa 80%, bevorzugt mindestens etwa 90%, noch bevorzugter mindestens etwa 95% Erhebungen weisen eine Größe < 1 μηι auf, die sich zum Beispiel im Bereich von etwa 10 nm bis etwa 200 nm bewegt. Mindestens etwa 80%, bevorzugt mindestens etwa 90%, noch bevorzugter mindestens etwa 95% der Zwischenräume weisen ebenfalls Breiten < etwa 1 μηι auf, z.B. etwa 10 nm bis etwa 50 nm. Die Länge der "Täler" bei Berg- und Tal-Strukturen beträgt jedoch häufig mehr als etwa 1 μηι. Derartige Nanostrukturen bedecken in der Regel zumindest etwa 90 % der als Ebene berechneten Oberfläche, bevorzugt mindestens etwa 95 %. Bei optimal abgestimmten Prozessparametern (insbesondere Repetitionsrate,
Abtastgeschwindigkeit und Fokusdurchmesser) kann die Nanostruktur sogar etwa 100% der als Ebene berechneten Oberfläche bedecken.
Das Abtasten der Oberfläche mit dem Laserstrahl kann einmal oder mehrmals hintereinander durchgeführt werden. Durch mehrmaliges Abtasten kann unter Umständen eine noch feinere Struktur erzeugt werden. Gewöhnlich wird die Metall- oder Metalloxidoberfläche vor dem Abtasten mit dem Laserstrahl nicht vorbehandelt oder gereinigt, obwohl dies nicht ausgeschlossen wird; z.B. kann die Oberfläche mit einem Lösungsmittel gereinigt oder gebeizt werden. Bevorzugt wird sie jedoch, anders als in der EP 0 914 395 B1
beschrieben, vor dem Abtasten nicht mit einem Haftvermittler, wie beispielsweise einem Silanhaftvermittler, einem Titanat, wie Titatetraisopropylat oder
Titanacetylacetonat, einem Zirconat, wie Zirconiumtetrabutylat, einem
Zirconiumaluminat, einemThiazol, einem Triazol, wie 1 H-Benzotriazol, einem Phosphonat oder einem Sulfonat, zur Erhöhung der Haftfestigkeit an ein mit der Oberfläche zu verbindendes oder auf diese aufzubringendes Material behandelt. Auch nach dem Abtasten wird häufig kein Haftvermittler zur Erhöhung der
Haftfestigkeit aufgetragen, bevor die Oberfläche mit einer anderen Oberfläche verbunden und/oder eine Beschichtung, wie ein Klebstoff, Lack, Lot, Dichtmittel und/oder Ähnliches oder biologisches Gewebe oder und/oder eine sonstige
Beschichtung, bei der es sich z.B. um einen Schutzüberzug, schmutzabweisenden oder Anti-Haftungsüberzug oder sonstigen funktionellen Überzug handeln kann, aufgebracht und/oder oder anhaften gelassen wird. Das bzw. die gegebenenfalls mit einer Oxidschicht überzogene Metall oder
Metalllegierung, bei dem bzw. der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, unterliegt keinen Beschränkungen. Es bzw. sie kann beispielsweise aus Eisen, Aluminium, Tantal, Kupfer, Nickel oder Titan oder einer Legierung derselben ausgewählt sein, z.B. aus Ti-6AI-4V, Rein-Titan, Mg-4AI1 -Zn, Ta-10W, Cu-OF, CuZn37, AI 2024 (AI-4.4Cu-1.5Mg-0.6Mn), V2A-Stahl (X5CrNi18-10) und Inconel 718® (hochwarmfeste Nickellegierung mit Ni-19Cr-18Fe-5Nb-3Mo-0,05C (Werkstoff nr. 2.4668)) ausgewählt sein.
Der Siedepunkt bei Normaldruck, die spezifische Wärmekapazität cp bei
Normalbedingungen, die spezifische Wärmeleitfähigkeit bei Normalbedingungen und die Absorption der Laserstrahlung des bestrahlten Material α bei
Normalbedingungen, die in den oben erwähnten Ausdruck für ε einzusetzen sind, sind demnach einfach Materialeigenschaften des behandelten Metalls oder der behandelten Metalllegierung. Bei mit einer Oxidschicht bedeckten Metallen oder Metalllegierungen werden die Daten des bzw. der zugrunde liegenden Metalls oder Metalllegierung verwendet.
Es sollte noch erwähnt werden, dass naturgemäß nur solche Oberflächenbereiche behandelt werden können, die von einem Laserlicht erreicht werden können. Bereiche, die vollständig "im Schatten" (z.B. bei hinterschnittenen Geometrien) liegen, können auf die hierin beschriebene Weise nicht strukturiert werden. Es wird geglaubt - jedoch ohne dass man an eine Theorie gebunden sein will - dass der Mechanismus der Oberflachenstrukturierung ein partielles Verdampfen des Metalls an der Oberfläche sowie ein Wiedererstarren von geschmolzenem Material beinhaltet. Die verdampfte Menge des Metalls sowie der Bereich, indem das Material schmilzt, dürften von der Intensität des Lichtes an jeder einzelnen Stelle der Oberfläche abhängen. Bei einer Oxidschicht auf dem Metall oder der Metalllegierung ist es denkbar, dass unter dem Laserlicht zunächst Sauerstoff von der Oberfläche abdampft, wobei er sich dann beim Abkühlen wieder mit der Oberfläche verbinden würde. Auch das bloße Schmelzen und Wiedererstarren des Metalls oder Metalloxids könnte zu einer dentritischen, offenporigen, zerklüfteten, und/oder fraktalartigen Struktur führen.
Der Werte von ε, die sich aus den Parametern der oben angegebenen Gleichung ergeben müssen, damit die erfindungsgemäß angestrebte
Oberflächenstrukturierung erzeugt wird, liegen bevorzugt bei etwa 0,07 < ε < etwa 2000, mehr bevorzugt bei etwa 0,07 < ε < etwa 1500.
Im Folgenden werden bevorzugte Parameter des Verfahrens der Erfindung angegeben. Es muss betont werden, dass alle Parameter unabhängig
voneinander variiert werden können.
Die Impulslänge der Laserimpulse t beträgt vorzugsweise etwa 0,1 ns bis etwa 300 ns, mehr bevorzugt etwa 5 ns bis etwa 200 ns. Die Impulsspitzenleistung der austretenden Laserstrahlung Pp beträgt
vorzugsweise etwa 1 kW bis etwa 1800 kW, mehr bevorzugt etwa 3 kW bis etwa 650 kW.
Die mittlere Leistung der austretenden Laserstrahlung Pm beträgt vorzugsweise etwa 5 W bis etwa 28000 W, mehr bevorzugt etwa 20 W bis etwa 9500 W.
Die Repetitionsrate der Laserimpulse f beträgt vorzugsweise etwa 10 kHz bis etwa 3000 kHz, mehr bevorzugt etwa 10 kHz bis etwa 950 kHz. Die Abtastgeschwindigkeit an der Werkstückoberfläche v beträgt vorzugsweise etwa 30 mm/s bis etwa 19000 mm/s, mehr bevorzugt etwa 200 mm/s bis etwa 9000 mm/s.
Der Durchmesser des Laserstrahls am Werkstück d beträgt vorzugsweise etwa 20 μητι bis etwa 4500 μητι, mehr bevorzugt etwa 50 μητι bis etwa 3500 μητι.
Die Laserwellenlänge λ kann, wie oben erwähnt, etwa 100 nm bis etwa 11000 nm betragen. Als Laser können z.B. Festkörperlaser, wie z.B. Nd:YAG (λ = 1064 nm oder 533 nm oder 266 nm), Nd:YVO4 (λ = 1064 nm), Diodenlaser mit z.B. λ = 808 nm, Gaslaser, wie z.B. Excimer-Laser, mit z.B. KrF (λ = 248 nm) oder H2 (λ = 123 nm bzw. 116 nm) oder ein C02-Laser (10600 nm) benutzt werden. Bei der Atmosphäre, in der gearbeitet wird, kann es sich, wie oben erwähnt, um Vakuum, Umgebungsatmosphäre oder ein sogenanntes Inertgas, wie ein Edelgas, z.B. Argon, Helium oder Neon, oder in vielen Fällen auch Stickstoff oder CO2, oder ein Gemisch von Inertgasen handeln, wobei der Druck im Allgemeinen im Bereich von etwa 0 bar bis etwa 15 bar liegt und die Temperatur im Bereich von etwa - 50°C bis etwa 350°C liegt. Sie wird so ausgewählt, dass sie bei einem bzw. einer gegebenen Metall, Metalllegierung oder Oxidschicht auf denselben unter den Arbeitsbedingungen von Druck und Temperatur inert ist, das heißt keine Reaktion mit dem Metall, der Metalllegierung oder einer Oxidschicht darauf, eingeht. Dabei kann es sich in vielen Fällen zum Beispiel um Umgebungsatmosphäre bei
Umgebungsdruck und -temperatur handeln, was bevorzugt wird, wenn es die gegebene Oberfläche zulässt. Der Fachmann weiß, unter welchen Bedingungen eine gegebene Oberfläche inert ist und/oder kann dies durch geeignete
Analyseverfahren, wie X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), EDX (energy dispersive X-ray analysis), FTIR-Spektroskopie, Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (TOF-SIMS), EELS (electron energy loss spectroscopy), HAADF (high angle annular dark field) oder NIR (near infrared spectroscopy) in Erfahrung bringen. In Ausführungsformen des Verfahrens der Erfindung wird nach der Strukturierung der Oberfläche die Oberfläche mit oder ohne Klebstoff mit einer Oberfläche eines zweiten Werkstücks zu einem Werkstückverbund zusammengefügt oder mit einem einer Beschichtung versehen wird oder chemisch modifiziert.
Die erfindungsgemäß erzeugten Oberflächen sorgen für eine ausgezeichnete Haftung von Klebstoffen, Lacken und sonstigen Beschichtungen. Wenn auf mindestens einem Metall oder Metalloxid erfindungsgemäß Nanostrukturen erzeugt worden sind, können zwei Metalle, ein Metall und ein Metalloxid oder zwei Metalloxide oder ein Metall oder Metalloxid mit einem anderen Werkstoff durch bloßes Fügen unter erhöhtem Druck, wie durch einen Walzprozess bei
Raumtemperatur (z.B. Kaltwalzen von Gold) oder bei erhöhten Temperaturen (z.B. Kumulatives Rollwalzen - Accumulative Roll Bonding) oder durch einen
Mikroschmiedeprozess (z.B. Kaltgasspritzen), mit zufriedenstellender Haftung miteinander zu einem Werkstückverbund verbunden werden. Falls erforderlich, kann jedoch auch jeder dem Fachmann für diesen Zweck bekannte Klebstoff zur Unterstützung des Verbindens verwendet werden.
Bei der Beschichtung kann es sich um jede beliebige Beschichtung für Metall und Metalloxide handeln und sie kann durch jegliche geeignete Weise aufgebracht werden.
Als Beispiele für solche Beschichtungen werden Lote, durch thermisches und nicht-thermisches Spritzen aufgebrachte Beschichtungen, Lacke, andere
Beschichtungen mit glasartigen Materialien, Keramiken und anorganischorganischen oder organischen Materialien, die gegebenenfalls direkt auf der erfindungsgemäß hergestellten Oberfläche erzeugt werden, sowie mit
biochemischen und biologischen Materialien, z.B. Zellen und/oder Körpergewebe, genannt.
Als spezielle Beispiele für Lacke und ähnliche Beschichtungen werden
Polyurethan-, Acryl-, Vinyl- und Epoxid-basierte Beschichtungen sowie zinkreiche anorganische und anorganisch-organische Beschichtungen genannt. Ein weiteres Beispiel sind Silanbeschichtungen, z.B. zu Siloxanen polymerisierende Silane (erhältlich z.B. unter dem Handelsnamen Oxsilan®), die insbesondere auf Sauerstoffatome enthaltende erfindungsgemäß strukturierte Oberflächen aufgebracht werden können.
Falls eine Haftvermittler-Beschichtung verwendet wird, können u.a. Silan- Haftvermittler auf die Oberfläche aufgebracht werden. Ein Beispiel für einen solchen Haftvermittler, der auf sauerstofffreie strukturierte Metalloberflächen aufgebracht werden kann, ist eine wässrige Lösung (Sol) von durch
siliciumorganische Verbindungen aktivierten Zirkoniumsalzen, die nach dem Verdampfen des Wassers ein haftvermittelndes Gel liefert (erhältlich z.B. unter dem Handelsnamen SOCOGEL® oder Alodine® SG 8800).
Die strukturierten Oberflächen können, wie vorstehend erwähnt, auch chemisch auf jede dem Fachmann bekannte Weise modifiziert werden, z.B. durch chemische Umwandlung zur Herstellung von Konversionsschichten, die u.a. eine antikorrosive Wirkung besitzen. Hier können beispielsweise die klassische Chromatierung mit Chrom(VI), die Chromatierung mit Reagenzien auf der Basis von Chrom(lll) (z.B. SurTec® 650), die chromfreie Zinkphosphatierung oder die Aufbringung von chromfreien Zirkonium-, Titan oder Vanadium- Umwandlungsschichten genannt werden.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu beschränken. BEISPIELE Beispiel 1
Ein gewalztes Blech aus der Legierung Ti-6AI-4V wurde ohne irgendeine
Vorbehandlung einmal mit einem diodengepumpten Nd:YVO4 (Neodymgepumptem Yttrium-Orthovanadat)-Laser (Wellenlänge λ: 1064 nm) bei
Umgebungsatmosphäre, Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur abgetastet. Die übrigen Verfahrensparameter waren:
Pp (Impulsspitzenleistung der austretenden Laserstrahlung): 38 kW
Pm (mittlere Leistung der austretenden Laserstrahlung): 6 W
t (Impulslänge der Laserimpulse): 17 ns
f (Repetitionsrate der Laserimpulse) 10 kHz
v (Abtastgeschwindigkeit an der Werkstückoberfläche): 800 mm/s
d (Durchmesser des Laserstrahls am Werkstück): 80 μιη
(Absorption der Laserstrahlung des bestrahlten Material): 15 %
Tv (Siedepunkt des Materials bei Normaldruck): 3560 K
cp (Spezifische Wärmekapazität): 580 J/kgK
K (Spezifische Wärmeleitfähigkeit) 22 W/mK
Daraus ergibt sich ε = 1,2, d.h. ε liegt im erfindungsgemäßen Bereich.
Die erzeugte Oberflächenstruktur ist in der REM-Aufnahme der Figur 3 gezeigt. Beispiel 2 Ein gewalztes Blech aus der Legierung Mg-3AI-1Zn wurde ohne irgendeine Vorbehandlung einmal mit einem diodengepumpten Nd:YAG Laser der
Wellenlänge λ: 266 nm bei Umgebungsatmosphäre, Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur abgetastet. Die übrigen Verfahrensparameter waren:
Pp: 16 kW; Pm: 88 W; t: 140 ns; f: 40 kHz; v: 200 mm/s; d: 45 μιη; α: 85 %; Tv: 1375 K; cp: 1023 J/kgK; κ: 170 W/mK.
Daraus ergibt sich ε = 2274, d.h. ε liegt im erfindungsgemäßen Bereich.
Die erzeugte Oberflächenstruktur ist in der REM-Aufnahme der Figur 4 gezeigt. Beispiel 3
Ein gewalztes Blech aus der Legierung Ta-10W wurde ohne irgendeine
Vorbehandlung einmal mit einem diodengepumpten Nd:YVO4 (Neodymgepumptem Yttrium-Orthovanadat)-Laser (Wellenlänge λ: 1064 nm) bei
Umgebungsatmosphäre, Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur abgetastet. Die übrigen Verfahrensparameter waren:
Pp: 86 kW; Pm: 11 ,5 W; t: 13 ns; f: 10 kHz; v: 800 mm/s; d: 80 pm; a: 30 %;
Tv: 3773 K; cp: 140 J/kgK; κ: 57 W/mK
Daraus ergibt sich ε = 19,3, d.h. ε liegt im erfindungsgemäßen Bereich.
Die erzeugte Oberflächenstruktur ist in der REM-Aufnahme der Figur 5 gezeigt. Beispiel 4 Ein gewalztes Kupferblech wurde ohne irgendeine Vorbehandlung einmal mit einem diodengepumpten Nd:YVO4 (Neodym-gepumptem Yttrium-Orthovanadat)- Laser (Wellenlänge λ: 1064 nm) bei Umgebungsatmosphäre, Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur abgetastet. Die übrigen Verfahrensparameter waren:
Pp: 16 kW; Pm: 24,5 W; t: 30 ns; f: 50 kHz; v: 800 mm/s; d: 80 pm; a: 3 %;
Tv: 2609 K; cp: 285 J/kgK; κ: 370 W/mK
Daraus ergibt sich ε = 3,4, d.h. ε liegt im erfindungsgemäßen Bereich.
Die erzeugte Oberflächenstruktur ist in der REM-Aufnahme der Figur 6 gezeigt. Beispiel 5
Ein gewalztes Blech aus der Legierung AI2024 (AI-4.4Cu-1.5Mg-0.6Mn) wurde ohne irgendeine Vorbehandlung einmal mit einem diodengepumpten Nd:YAG (Neodym-gepumptem Yttrium-Aluminiumgranat)-Laser (Wellenlänge λ: 533 nm) bei Umgebungsatmosphäre, Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur abgetastet.
Die übrigen Verfahrensparameter waren:
Pp: 68 kW; Pm: 77 W; t: 57 ns; f: 20 kHz; v: 100 mm/s; d: 80 μηη; α: 45 %;
Tv: 2543 K; cp: 897 J/kgK; κ: 80 W/mK
Daraus ergibt sich ε = 1873, d.h. ε liegt im erfindungsgemäßen Bereich. Die erzeugte Oberflächenstruktur ist in der REM-Aufnahme der Figur 7 gezeigt. Beispiel 6
Ein gewalztes Blech aus V2A (1.4301)-Stahl (X5CrNi18-10) wurde ohne irgendeine Vorbehandlung einmal mit einem diodengepumpten Nd:YAG Laser (Wellenlänge λ: 266 nm) bei Umgebungsatmosphäre, Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur abgetastet.
Die übrigen Verfahrensparameter waren:
Pp: 30 kW; Pm: 198 W; t: 66 ns; f: 100 kHz; v: 1200 mm/s; d: 160 μηι; α: 90 %; Tv: 3173 K; cp: 450 J/kgK; κ: 80 W/mK
Daraus ergibt sich ε = 479, d.h. ε liegt im erfindungsgemäßen Bereich. Die erzeugte Oberflächenstruktur ist in der REM-Aufnahme der Figur 8 gezeigt. Beispiel 7
Ein gewalztes Blech aus der Legierung Ti-6AI-4V wurde ohne irgendeine
Vorbehandlung einmal mit einem diodengepumpten Nd:YVO4 (Neodym- gepumptem Yttrium-Orthovanadat)-Laser (Wellenlänge λ: 1064 nm) bei
Umgebungsatmosphäre, Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur abgetastet.
Die übrigen Verfahrensparameter waren:
Pp: 1 15 kW; Pm: 14 W; t: 17 ns; f: 12,5 kHz; v: 800 mm/s; d: 125 [im; et: 15 %; Tv: 3560 K; cp: 580 J/kgK; κ: 22 W/mK
Daraus ergibt sich ε = 5,9, d.h. ε liegt im erfindungsgemäßen Bereich. Die so erzeugte Probe wurde als Ti-1 bezeichnet.
Die erzeugte Oberflächenstruktur ist in Figur 9 gezeigt, wobei in den oberen beiden Abbildungen eine Draufsicht auf die abgetastete Oberfläche in zwei REM- Aufnahmen in verschiedener Auflösung gezeigt, während die unteren zwei Abbildungen REM-Aufnahmen von Bruchkanten in verschiedener Auflösung zeigen.
Beispiel 8 Ein gewalztes Blech aus der Legierung Ti-6AI-4V wurde ohne irgendeine
Vorbehandlung einmal mit einem diodengepumpten Nd:YVO4 (Neodymgepumptem Yttrium-Orthovanadat)-Laser (Wellenlänge λ: 064 nm) bei
Umgebungsatmosphäre, Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur abgetastet.
Die übrigen Verfahrensparameter waren:
Pp: 70 kW; Pm: 10 W; t: 14 ns; f: 10 kHz; v: 800 mm/s; d: 125 μηι; α: 15 %;
Tv: 3560 K; cp: 580 J/kgK; κ: 22 W/mK Daraus ergibt sich ε = 1,9, d.h. ε liegt im erfindungsgemäßen Bereich. Die so erzeugte Probe wurde als Ti-2 bezeichnet.
Die erzeugte Oberflächenstruktur ist in Figur 10 gezeigt, wobei in den oberen beiden Abbildungen eine Draufsicht auf die abgetastete Oberfläche in zwei REM- Aufnahmen in verschiedener Auflösung gezeigt ist, während die unteren zwei Abbildungen REM-Aufnahmen von Bruchkanten in verschiedener Auflösung zeigen.
Beispiel 9
Ein gewalztes Blech aus der Legierung Ti-6AI-4V wurde ohne irgendeine
Vorbehandlung einmal mit einem diodengepumpten Nd:YVO4 (Neodymgepumptem Yttrium-Orthovanadat)-Laser (Wellenlänge λ: 1064 nm) bei
Umgebungsatmosphäre, Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur abgetastet. Die übrigen Verfahrensparameter waren:
Pp: 9,5 kW; Pm: 25 W; t: 35 ns; f: 80 kHz; v: 800 mm/s; d: 125 μιπ; α: 15 %;
Tv: 3560 K; cp: 580 J/kgK; κ: 22 W/mK
Daraus ergibt sich ε = 0,3, d.h. ε liegt im erfindungsgemäßen Bereich.
Die so erzeugte Probe wurde als Ti-5 bezeichnet.
Die erzeugte Oberflächenstruktur ist in Figur 11 gezeigt, wobei in den oberen beiden Abbildungen eine Draufsicht auf die abgetastete Oberfläche in zwei REM- Aufnahmen in verschiedener Auflösung gezeigt ist, während die unteren zwei Abbildungen REM-Aufnahmen von Bruchkanten in verschiedener Auflösung zeigen. Vergleichbeispiel 1
Ein gewalztes Blech aus der Legierung Ti-6AI-4V wurde ohne irgendeine
Vorbehandlung einmal mit einem diodengepumpten Nd:YV04 (Neodym- gepumptem Yttrium-Orthovanadat)-Laser (Wellenlänge λ: 1 064 nm) bei
Umgebungsatmosphäre, Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur abgetastet.
Die übrigen Verfahrensparameter waren:
Pp: 0,7 kW; Pm: 10 W; t: 70 ns; f: 200 kHz; v: 800 mm/s; d: 80 [im; cc: 15 %;
Tv: 3560 K; cp: 580 J/kgK; κ: 22 W/mK
Daraus ergibt sich ε = 0,02, d.h. ε liegt nicht im erfindungsgemäßen Bereich. Die damit erhaltene unstrukturierte Oberfläche ist in Figur 1 2 gezeigt. Beispiel 10 - Keiltest (DIN 65448)
Beim Keiltest wird zwischen zwei geklebten Blechen ein Keil eingetrieben, worauf es zur Verformung der Bleche und zum Einreißen der Klebeschicht kommt. Die durch die Verbiegung in den Fügeteilen gespeicherte Formänderungsenergie wird durch den Rissfortschritt in der Klebeschicht abgebaut, bis sich ein Gleichgewicht einstellt. Durch die Alterung der Klebeverbindung setzt sich die Rissausbreitung fort. Zur Auswertung werden die anfängliche Rissspitze und in bestimmten Zeitabständen die Rissspitzen nach Auslagerung in einem warm-feuchten Klima (z. B. etwa 50 °C und etwa 95 % rel. F.) markiert. Der Test eignet sich sehr gut, um unterschiedliche Vorbehandlungsverfahren bezüglich ihrer
Rissausbreitungsgeschwindigkeit zu vergleichen. Das Verfahren ist in Figur 13 schematisch dargestellt (die Abbildung wurde Habenicht G., Kleben Grundlagen- Technologie-Anwendungen, 6. Auflage Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York (2009)) entnommen. Jeweils zwei Proben der vorstehenden Beispiel 6 bis 8 (TM , Ti2 und Ti5) wurden auf der nanostrukturierten Seite mit einem Klebstoff (FM 73M, Cytec Engineering Materials Inc. USA) mit einer Schichtdicke von 0,2-0,3 mm verklebt. Der Klebstoff wurde für 90 min bei einem Druck von 2,5 bar im Autoklaven ausgehärtet.
Als Vergleich wurden jeweils zwei Proben (a) alkalisch mit dem auf NaOH basierenden kommerziellen Beizprodukt Turco 5578 (Henkel) gebeizt (Probe "Turco 5578") oder (b) mit dem NaTESi-Verfahren behandelt. Bei dem NaTESi- Verfahren handelt es sich um einen Anodisierprozess, wie z.B. in der DE
34 27 543 A1 ) beschrieben, der auf Titanwerkstoffen angewendet werden kann. Das Bad besteht aus einem Alkalihydroxid, einem Titankomplexbildner und einem Fremdionenkomplexbildner. Die Proben wurden nach der Vorbehandlung mit „Turco 5578" oder dem„NaTESi-Verfahren" wie oben beschrieben mit FM 73 verklebt.
Dann wurden jeweils mehrere Proben TM , Ti2, Ti5, Turco 5578 und NaTESi dem oben beschriebenen Keiltest unterzogen und 1000 h in dem warm-feuchten Klima gelagert. Figur 14 zeigt den Rissfortschritt der laserbehandelten Ti1-, Ti2- und Ti5-Proben sowie der beiden Vergleichsproben über eine Lagerungszeit von 1000 h.
Die TM- und Ti2-Proben erzielten sehr gute Ergebnisse. Bei den TM-Proben breitete sich der Riss über die gesamte Auslagerungszeit von 27,8 ± 1 ,6 auf 30,2 ± 1 ,7 mm aus. Bei den Ti2-Proben ist der Rissfortschritt bei einer
Ausgangsrisslänge von 29,4 ±1 ,4 mm und einem Endwert von 32,9 ±1 ,5 mm ähnlich klein. Im Vergleich zum NaTESi-Referenzverfahren ist sowohl die anfängliche Rissgeschwindigkeit als auch die Risslänge nach dem Ende der Auslagerungszeit deutlich kleiner.
Aber auch die Ti5-Proben erzielten mit einer Risslänge von 48,6 ±1 ,9 mm nach 1000h Testdauer bessere Ergebnisse als das NaTESi-Verfahren (55,1 ± 2,5 mm). Lediglich zu Beginn des Tests ist die Rissgeschwindigkeit etwas höher als beim NaTESi-Verfahren.
Auffällig ist auch die geringe Standardabweichung der laserbehandelten Proben Ti1 , Ti2 und Ti5, was für konstante, gut reproduzierbare Ergebnisse spricht.
Die Oberflächen-Nanomorphologie sorgt demnach für eine sehr gute
Klebstoffhaftung. Die Ti1 - und Ti2-Proben besitzen eine offenporige Struktur mit tiefen Tälern. Durch einen derartigen Aufbau der Oberfläche kann der Klebstoff in die Poren eindringen, wodurch ein mechanisches Verklammern des Klebstoffs im Substratmaterial ermöglicht wird. Die Ti5-Proben zeigen eine aufgeraute, noppenartige Oberfläche, wodurch ebenfalls die wirksame Klebefläche erhöht und eine mechanische Verklammerung ermöglicht wird. Beispiel 11 - Herstellen einer (ultra)hydrophoben Oberfläche mit
Vereisungsverhütungsverhalten
Ein gewalztes Blech aus der Legierung AI2024 (AI-4.4Cu-1 .5Mg-0.6Mn) wurde ohne weitere Vorbehandlung einmal mit einem diodengepumpten Nd:YVO4 (Neodym-gepumptem Yttrium-Orthovanadat)-Laser (Wellenlänge λ: 1064 nm) bei Umgebungsatmosphäre, Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur
abgetastet.
Die übrigen Verfahrensparameter waren:
Pp: 38 kW; Pm: 6 W; t: 17 ns; f: 10 kHz; v: 800 mm/s; d: 80 [im; a: 5 %; Tv: 2543 K; cp: 897 J/kgK; κ: 80 W/m K.
Daraus ergibt sich ε = 1 ,24, d.h. ε liegt im erfindungsgemäßen Bereich. Nach der Laserbehandlung wurde die Probe mit Isopropanol gereinigt und mit Stickstoff getrocknet. Um die Probe mit (super)-hydrophoben Eigenschaften auszustatten, muss die laserstrukturierte Oberfläche noch mit einem chemischen Antihaftungsüberzug versehen (funktionalisiert) werden. Dies kann beispielsweise durch Anbindung von fluorierten Kohlenwasserstoffen, Fluorsilanen, langkettigen Kohlenwasserstoffen oder Ölen erfolgen.
Im vorliegenden Beispiel wurden die Proben mit einem Fluorsilan (Dynasylan F 8261 von Degussa) behandelt. Dazu wird das Silan 2 Stunden in einem
Wasser/Salzsäure/Isopropanol Gemisch hydrolisiert. Folgende Zusammensetzung wurde dabei verwendet: 2 Gew.-% F8261 , 5 Gew.-% H2O und 0,2 Gew.-% HCl (37 %-ig) und Isopropanol der Rest. Die Proben wurden für 10 Minuten in die Lösung getaucht und danach mit vollentsalztem Wasser gespült. Anschließend wurden die Proben bei 80 °C für 1 Stunde im Ofen ausgelagert.
Der Kontaktwinkel der hergestellten Proben mit Wasser betrug 140°. Bei einem derartigen Kontaktwinkel ist die Haftung von Eis an der Oberfläche stark verringert.
Je nach Zusammensetzung des chemischen Beschichtungs- oder
Funktionalisierungsmittels kann ein Kontaktwinkel mit Wasser von etwa 100° bis etwa 150° eingestellt werden (Oberflächen mit einem Kontaktwinkel 150°werden als ultrahydrophob oder superhydrophob bezeichnet). Im Vergleich zu einer Probe der Legierung AI2024 im Ausgangszustand, die nur mit Lösemittel gereinigt oder sauer bzw. alkalisch gebeizt wurde, wird eine Erhöhung des Kontaktwinkels mit Wasser von etwa 50° - etwa 100° erreicht. Vergleicht man eine gebeizte und chemisch hydrophobierte Oberfläche mit einer laserstrukturierten und chemisch hydrophobierten Oberfläche, stellt sich heraus, dass die Hydrophobie
beispielsweise von einem Kontaktwinkel 120° bei der Erstgenannten auf einen Kontaktwinkel von 150° bei der Letztgenannten signifikant erhöht werden kann,
Alle hierin zitierten Dokumente, wie Patente, Patentanmeldungen,
Zeitschriftenartikel und Normen, werden hiermit durch Bezugnahme
Patentanmeldung aufgenommen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Strukturierung einer Oberfläche eines Werkstücks, die ein Metall oder eine Metalllegierung oder eine auf einer Metall- oder
Metalllegierungsoberfläche vorliegende Metalloxid- oder
Metalllegierungsoxidschicht umfasst, bei dem Oberflächenstrukturen mit
Abmessungen im Sub-Mikrometerbereich erzeugt werden, indem die gesamte Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung oder der Metall- oder der
Metalllegierungsoxidschicht auf dem Metall oder der Metalllegierung, die für eine Laserbestrahlung zugänglich sind und auf der die Strukturen zu erzeugen sind, mit einem gepulsten Laserstrahl ein- oder mehrmals auf solche Weise abgetastet wird, dass benachbarte Lichtflecke des Laserstrahls lückenlos aneinander stoßen oder sich überlappen, wobei die folgenden Bedingungen eingehalten werden:
etwa 0,07 < ε < etwa 2300
mit
worin:
Pp: Impulsspitzenleistung der austretenden Laserstrahlung [kW]
Pm: Mittlere Leistung der austretenden Laserstrahlung [W]
t: Impulslänge der Laserimpulse [ns], wobei t etwa 0,1 ns bis etwa 2000 ns ist, f: Repetitionsrate der Laserimpulse [kHz]
v: Abtastgeschwindigkeit an der Werkstückoberfläche [mm/s]
d: Durchmesser des Laserstrahls am Werkstück [μιτι]
α: Absorption der Laserstrahlung des bestrahlten Material [%] bei
Normalbedingungen
λ: Wellenlänge der Laserstrahlung [nm], wobei λ = etwa 100 nm bis etwa 11000 nm
Tv: Siedepunkt des Materials [K] bei Normaldruck
cp: Spezifische Wärmekapazität [J/kgK] bei Normalbedingungen
K: Spezifische Wärmeleitfähigkeit [W/mK] bei Normalbedingungen wobei die Atmosphäre, in der das Verfahren durchgeführt wird, Vakuum,
Umgebungsatmosphäre oder ein inertes Gas oder Gasgemisch ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem der Druck der Atmosphäre im Bereich von etwa 0 bar bis etwa 15 bar liegt und die Temperatur der Atmosphäre außerhalb des Laserstrahls im Bereich von etwa -50°C bis etwa 350°C liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem etwa 0,07 < ε < etwa 2000, mehr bevorzugt etwa 0,07 < ε < etwa 1500.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Impulslänge der Laserimpulse t etwa 0,1 ns bis etwa 300 ns, mehr bevorzugt etwa 5 ns bis etwa 200 ns beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Metalloberfläche vor dem Bestrahlen mit dem Laserstrahl nicht vorbehandelt oder gereinigt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Metall oder die Metalllegierung aus Eisen, Aluminium, Magnesium, Tantal, Kupfer, Nickel oder Titan oder einer Legierung derselben ausgewählt ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die
Impulsspitzenleistung der austretenden Laserstrahlung Pp etwa 1 kW bis etwa 1800 kW beträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die mittlere Leistung der austretenden Laserstrahlung Pm etwa 5 W bis etwa 28000 W beträgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Repetitionsrate der Laserimpulse f etwa 10 kHz bis etwa 3000 kHz beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Abtastgeschwindigkeit an der Werkstückoberfläche v etwa 30 mm/s bis etwa 19000 mm/s beträgt.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem Durchmesser des Laserstrahls am Werkstück d etwa 20 im bis etwa 4500 μιη beträgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , bei dem nach der
Strukturierung der Oberfläche die Oberfläche mit oder ohne Klebstoff mit einer Oberfläche eines zweiten Werkstücks zu einem Werkstückverbund
zusammengefügt wird oder mit einer Beschichtung versehen wird oder chemisch modifiziert wird.
13. Werkstück, umfassend eine Oberfläche aus einem Metall oder einer Metalllegierung oder einer Metalloxid- oder Metalllegierungsoxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung, wobei die Oberfläche eine wie durch das Verfahren der Ansprüche 1 bis 1 1 erzeugbare Struktur aufweist.
14. Werkstück nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die
Oberfläche offenporige, zerklüftete und/oder fraktalartige Berg- und Tal-, hinterschnittene und/oder knollenartige Strukturen aufweist, deren Abmessungen mit Ausnahme der Tallängen der Berg- und Tal-Strukturen unter 1 [im liegen.
1 5. Werkstück nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche durch eine Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht passiviert ist.
16. Werkstück oder Werkstückverbund, erhältlich nach dem Verfahren von Anspruch 12.
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011121545B4 (de) * 2011-12-20 2013-07-11 Eads Deutschland Gmbh Verfahren zur Strukturierung und chemischen Modifikation einer Oberfläche eines Werkstücks
DE102013013817A1 (de) 2013-08-22 2015-02-26 Airbus Defence and Space GmbH Strukturbauteil mit einer Ribletoberfläche
DE102013013818B4 (de) * 2013-08-22 2017-04-06 Airbus Defence and Space GmbH Knochenersatz-Endoprothese mit mikro- und nanostrukturierter sowie beschichteter Oberfläche
JP5916678B2 (ja) * 2013-10-03 2016-05-11 古河電気工業株式会社 アルミニウム・樹脂複合体、アルミニウム絶縁電線及びフラットケーブル並びにそれらの製造方法
JP6062341B2 (ja) * 2013-10-23 2017-01-18 古河電気工業株式会社 銅・樹脂複合体、及びその製造方法
US10068683B1 (en) 2014-06-06 2018-09-04 Southwire Company, Llc Rare earth materials as coating compositions for conductors
EP2965854B1 (de) 2014-07-08 2020-09-02 ThyssenKrupp Steel Europe AG Verfahren und Vorrichtung zur oberflächenselektiven Konditionierung von Stahlbandoberflächen
GB2543090B (en) * 2015-10-09 2020-02-19 Univ Dublin City An interference fit fastener and method of fabricating same
DE102016203363A1 (de) * 2016-03-02 2017-09-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden eines Aluminiumgussbauteils mit einem Fügepartner und Bauteil
JP6441295B2 (ja) * 2016-12-26 2018-12-19 本田技研工業株式会社 接合構造体及びその製造方法
AT15618U3 (de) * 2017-08-18 2018-08-15 Miba Gleitlager Austria Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Mehrschichtgleitlagerelementes
US12544854B2 (en) * 2017-10-25 2026-02-10 Nikon Corporation Processing apparatus, processing system, and manufacturing method of movable body
DE102019103130A1 (de) 2019-02-08 2020-08-13 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Erzeugen einer Funktionsstruktur sowie Bauteil
EP3950211B1 (de) * 2020-08-03 2024-05-15 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Verfahren zur herstellung eines metallelements
JP7494721B2 (ja) * 2020-08-03 2024-06-04 トヨタ自動車株式会社 金属部材の製造方法
CN114178710B (zh) * 2020-08-24 2024-11-26 奥特斯(中国)有限公司 部件承载件及其制造方法
JP7742012B2 (ja) * 2021-06-21 2025-09-19 サン－ゴバン セキュリット フランス 電気的に制御可能な光学特性を有するセグメント化された多層フィルム
EP4122832A1 (de) 2021-07-22 2023-01-25 Airbus Defence and Space SAS Verfahren zur herstellung eines raumfahrzeugs mit markierung einer oberfläche
CN115922092B (zh) * 2023-03-15 2023-06-20 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 蚁穴状超疏水表面及其制备方法
DE102023119249A1 (de) 2023-07-20 2025-01-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Titansubstrat mit zum Kleben, Beschichten oder Lackieren vorbehandelter Titanoberfläche

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4947023A (en) * 1987-02-24 1990-08-07 Nippon Steel Corporation Method and apparatus for roll dulling by pulse laser beam

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3427543A1 (de) 1983-12-01 1985-07-04 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 2800 Bremen Verfahren zur oberflaechenbehandlung von werkstuecken aus titan
US4806724A (en) * 1986-08-15 1989-02-21 Kawasaki Steel Corp. Laser beam machining device
CA1332373C (en) * 1987-12-17 1994-10-11 Walter Winston Duley Laser surface treatment
RU2181134C2 (ru) * 1996-07-23 2002-04-10 Вантико Аг Обработка поверхности металла
US20080299408A1 (en) * 2006-09-29 2008-12-04 University Of Rochester Femtosecond Laser Pulse Surface Structuring Methods and Materials Resulting Therefrom
DE102009028583A1 (de) * 2009-08-17 2011-02-24 Robert Bosch Gmbh Bauteilverbund sowie Verfahren zum Herstellen eines Bauteilverbundes
DE102009054394B8 (de) * 2009-11-17 2013-06-13 Technische Universität Dresden Verfahren zur definierten Modifizierung von Oberflächen eines Werkstücks

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4947023A (en) * 1987-02-24 1990-08-07 Nippon Steel Corporation Method and apparatus for roll dulling by pulse laser beam

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2013091607A2 *
SÖREN ZIMMERMANN: "Badfreie Oberflächenmodifikation von Titan durch thermische und lasergestützte Verfahren", MASTERARBEIT, 1 September 2011 (2011-09-01), pages iii-x, 1 - 135, XP055624744 *

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