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

Ausgewählte Materialien SMC ABS Stahl feuerverzinkt AlMgSi0.5 6016 AlMgSi0.5 6040 AlMgSi0.5 6043 pulverbeschichtet AlMgSi0.5 6043 eloxiert

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

Probenmatrix Ungealtert 2W Kataplasma 10W VDA 621 415

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

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

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

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

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

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.

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

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

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

Prüfungen der Klebverbindungen Zugscherprüfung (ZGS) nach DIN EN 1465 2 Wochen Kataplasma + ZGS 10 Wochen VDA-Wechseltest 621415 + ZGS

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Verklebung Al 6016 mit Betamate 1496

Verklebung Al 6016 mit Teromix 6700

Verklebung Al 6040 mit Betamate 1496

Verklebung Al 6040 mit Teromix 6700

Verklebung Al 6043 eloxiert mit Betamate 1496

Verklebung Al 6043 eloxiert mit Teromix 6700

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