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op Gefügecharakterisierung laserlegierter Al‚O3-Oberflächen
iM A. Holme, K.-H. Zum Gahr, J. Schneider, Universität Karlsruhe (TH), Institut für Werkstoff-
ler kunde II und Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Materialforschung I, Postfach 3640,
)). D-76021 Karlsruhe
len
ler 1. Einleitung
Der Einsatz von Lasern als Werkzeug zur Bearbeitung und Modifizierung metallischer Werkstoff-
oberflächen hat sich in den letzten Jahren in vielen Bereichen der industriellen Anwendung
ff durchgesetzt [1]. Seit Ende der Achtziger Jahre werden in zunehmendem Maße auch die Einsatz-
nd möglichkeiten von CO2-Lasern zur Bearbeitung keramischer Werkstoffe untersucht. Die Arbeiten
ch konzentrierten sich dabei neben dem Schneiden und Fügen keramischer Bauteile durch Laserstrah-
lung [2, 3] auf die Modifizierung keramischer Oberflächen durch Umschmelzen, Legieren und
Dispergieren [4 - 16]. Das Umschmelzen plasmagespritzter Wärmedämmschichten auf ZrO2- und
Al‚O3-Basis führte zu einer Reduzierung ihrer Porosität [4 - 6] sowie zur Erhöhung der Härte [5]
en und Thermoschockbeständigkeit [6]. Durch das Einlegieren bzw. Dispergieren von Oxiden, Metal-
On len, carbidischen und boridischen Hartstoffen wurden Al‚O3-Keramiken mit mehrphasigen Oberflä-
die chenschichten realisiert, die unter ungeschmierter, reversierender Gleitbeanspruchung im Vergleich
gt, zu monolithischer Al,‚O3-Keramik sowohl niedrigere Reibungszahlen als auch höhere Verschleiß-
widerstände aufwiesen [12 - 14]. In der Oberfläche einer MgO-teilstabilisierten ZrO2-Keramik
wurden mit Hilfe von CO»‚-Laserstrahlung durch thermisch induzierte Phasenumwandlungen Druck-
eigenspannungen erzeugt, die zu einer Verbesserung der tribologischen Eigenschaften führten [15].
eit Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Oberfläche handelsüblicher Al,‚O3-Keramik mittels
CN CO>»-Laserstrahlung umgeschmolzen und durch Zugabe von Hafniumoxid (HfO>) gezielt modifi-
ziert. Mit Hilfe licht- und rasterelektronenmikroskopischer Untersuchungen wurden die Gefüge der
modifizierten Oberflächen charakterisiert.
2. Versuchsmaterial und experimentelle Methoden
Als Substratwerkstoff für die mit einem 4 kW CO>„-Laser (TLF 3500, Fa. Trumpf) durchgeführte
Oberflächenmodifizierung wurde die kommerzielle Al‚O3-Keramik A124 (Fa. Friatec) verwendet.
to Diese Keramik mit einer offenen Porosität von < 5% wurde auf Grund ihrer nach Herstellerangaben
mn, sehr guten Temperaturwechselbeständigkeit ausgewählt. Als Legierungswerkstoff wurde mono-
klines HfO„ mit einer mittleren Partikelgröße von 1 - 2 Um eingesetzt. Eigenschaftskennwerte der
lin Substratkeramik A124, der umgeschmolzenen Keramik Al24-L sowie der mit HfO„ legierten
Keramik Al24-Hf sind in Tabelle 1 angegeben.
)!
Legierungszusätze |] Al‚O3- Matrix, Vol.-% | mittlere Korngröße, um | Härte, HVO.5
es A4 | 100 30 1900
| AI24-L . ; 100 | 81 , 71950
| A124-Hf | hıv , 70 - 80 8-12 u 1750
Tabelle 1: Eigenschaftskennwerte der untersuchten Materialien.
Die einzelnen Prozeßschritte bei der Herstellung der laserlegierten Probenkörper sind schematisch in
Bild 1 dargestellt. Die Keramiksubstrate wurden nach dem Prinzip der Sedimentation durch Eintau-
