Integration eines Laservorbehandlungssystems

Präsentation zum Thema: "Integration eines Laservorbehandlungssystems"—  Präsentation transkript:

1 Integration eines Laservorbehandlungssystems
1. Fachkolloquium Integration eines Laservorbehandlungssystems in eine moderne klebtechnische Serienfertigung Ergebnisse Dipl.-Ing Ralf Hose am TC Kleben, Carlstr. 50, Übach-Palenberg

2 Ausgewählte Materialien
SMC ABS Stahl feuerverzinkt AlMgSi AlMgSi AlMgSi pulverbeschichtet AlMgSi eloxiert

3 Vorbehandlungen Entfettung mit Isopropanol
Entfettet + Atmosphärenplasma Entfettet + SACO ArF Excimerlaservorbehandlung ND-YAG Laservorbehandlung

4 Probenmatrix Ungealtert W Kataplasma W VDA

5 Klebstoffe 3M DP 490 Forbo Helmitin Helmipur 800T
Vantico (Huntsman) Agomet F330 Henkel Teroson Teromix 6700 Dow Automotive Betamate 1496

6 Oberflächenanalysen Kontaktwinkelmessung – Bestimmung der Oberflächenenergie UV-VIS-Spektroskopie – optische Eigenschaften der Oberfläche WIM – Änderung der Topographie bzw. Rauhigkeit der Oberfläche XPS – chemische Zusammensetzung der Oberfläche bis zu 4 nm REM/EDX – Topographie/chemische Elemente in der Oberfläche bis zu 2,5 µm je nach Erreger- spannung

7 Kontaktwinkelmessung
KG a K s A g Fg KF F KG KF FG α s g - = cos K F A a sFG sKG gKF = Klebstoff = Fügeteil = Atmosphäre = Kontaktwinkel = Oberflächenspannung Substrat = Oberflächenspannung Klebstoff = Grenzflächenspannung zwischen Klebstoff und Fügeteil

8 Reflektionsspektrum AlMgSi0.5 6040 ArF 193 nm, 40Hz
AlMgSi0.5 eloxal ArF 193 nm, 40Hz 200 Pulses AlMgSi ArF 193 nm, 40Hz 200 Pulses

9 Bestimmung der Oberflächenrauhigkeit
Weißlichtinterferenz :ArF-193 nm Pulverlack: Anstieg der Rauhigkeit schon bei geringen Energie-dichten (< 100 mJ/cm²)

10 Oberflächenmodifizierung
:AlMgSi0.5 eloxiert :XPS :ArF-193nm Bis 300 mJ: Zunahme des Al 2p Peaks durch Reduktion der Oberflächenkontamination. Ab 300 mJ/cm²: Abnahme der Signalintensität durch Änderung der Oberflächenmorphologie. Aufspalten der Peaks zeigt eine chemische Verschiebung von AL2O3 zu ALOX.

11 Oberflächenmorphologie AlMgSi0.5 6043 pulverbeschichtet
ArF-193nm Excimer-Laser REM unbearb. 30 mJ/cm² 35 mJ/cm² 40 mJ/cm² 45 mJ/cm² 50 mJ/cm²

12 Oberflächenmorphologie AlMgSi0.5 6043 eloxiert
ArF-193nm Excimer-Laser Ab Energiedichten von 120 mJ /cm² (100 oder 200 Pulse) findet ein Aufschmelzen der Eloxalschicht statt. Die Schicht wird weiss und es bilden sich Schmelztropfen auf der Oberfläche. Mit steigender Energiedichte wächst die Größe der Schmelztropfen. Variation der Energiedichte 720 mJ/cm² 670 mJ/cm² 270 mJ/cm² 185 mJ/cm² 120 mJ/cm² 200Pulse 50 Hz REM-Aufzeichnung

13 Oberflächenmorphologie AlMgSi0.5 6043 eloxiert
REM/EDX AlMgSi0.5 eloxiert Nd-YAG behandelt EDX-Darstellung von Aluminium und Sauerstoff. Entfernung der Eloxalschicht bis auf Schmelztropfen und unbehandelte Bereiche (grün) Al rot O grün

14 Prüfungen der Klebverbindungen
Zugscherprüfung (ZGS) nach DIN EN 1465 2 Wochen Kataplasma + ZGS 10 Wochen VDA-Wechseltest ZGS

15 Zugscherprüfung in Anlehnung an DIN EN 1465
25 12,5 100 Temperatur = RT Prüfgeschwindigkeit = 5 mm/min

16 Kataplasmatest Lagerung der Proben bei: 100% rel. Luftfeuchtigkeit
Geschlossene Atmosphäre 16h bei 70°C 8h bei –21°C

17 VDA Wechseltest (VDA 621415) Lagerung der Proben bei:
24h Salzsprühtest 6h Schwitzwassertest 3h Raumtemperatur 6h bei 100°C 3x 2h bei Raumtemperatur 5h bei –30°C 66h bei RT

18 Laservorbehandlung von SMC
25 25 12,5 12,5 100 100 Material 1 s. Diagramm Material 2 s. Diagramm Klebstoff s. Diagramm Aushärtung RT 24h Temperatur RT Prüfgeschwindigkeit 5mm/min

19 Laservorbehandlung von ABS
25 25 12,5 12,5 100 100 Material 1 s. Diagramm Material 2 s. Diagramm Klebstoff s. Diagramm Aushärtung RT 24h Temperatur RT Prüfgeschwindigkeit 5mm/min

20 Laservorbehandlung von feuerverzinktem Stahl
25 25 12,5 12,5 100 100 Material 1 s. Diagramm Material 2 s. Diagramm Klebstoff s. Diagramm Aushärtung RT 24h Temperatur RT Prüfgeschwindigkeit 5mm/min

21 Vorbehandlungen bei Aluminium verklebt mit Helmipur 800T
Isopropanol Atmosphärenplasma ND-YAG-Laser SACO

22 Parameterauswahl Laserparameter 1 (schmilzt Oberfläche auf)
Laserparameter 2 (Reinigungsparameter) Parameter kombiniert die Parameter 1+2 Laser in Atmosphäre Laser im Heliumstrom Laser im Flammsilikatstrom

23 Kontaktwinkelmessungen
Material 6016 (A) Ungealtert K: sofort, M nach 60min, L nach 24h Normale Atmosphäre

24 Aluminium 6040 – Teromix 6700 Ohne Alterung 10W VDA-Wechseltest

25 Verklebung Al 6016 mit Betamate 1496

26 Verklebung Al 6016 mit Teromix 6700

27 Verklebung Al 6040 mit Betamate 1496

28 Verklebung Al 6040 mit Teromix 6700

29 Verklebung Al 6043 eloxiert mit Betamate 1496

30 Verklebung Al 6043 eloxiert mit Teromix 6700

31 Textgröße 18 Punkt fett