532 Prakt. Met. Sonderband 30 (1999) 
Durch den Rückstoß des ablatierten Materials und des mit hoher Geschwindigkeit abströmenden 
Plasmas wird ein Druckstoß von bis zu einigen Gigapascal auf die Materialoberfläche übertragen, 
welcher zur Ausbildung bleibender Gefügeänderungen im Werkstoff führen kann. Bei der Laser- 
schockbehandlung wird zwischen zwei verschiedenen Arbeitsregimes - der direkten und der 
eingeschlossenen Ablation - unterschieden (5). Im Bearbeitungsregime der direkten Ablation, bei 
dem das laserinduzierte Plasma direkt auf der Probenoberfliche geziindet wird (Bild la), benötigt 
man sehr hohe Leistungsdichten, um ausreichend hohe Druckstöße zu erzeugen. Außerdem kommt 
es bei direkter Einkopplung der Laserstrahlung in das zu bearbeitende Material infolge der 
thermischen Werkstückbelastung mit anschließender Abkühlung zur Entstehung von unerwünschten 
Zugeigenspannungen an der Probenoberfläche. Diese Probleme können im Bearbeitungsregime der 
eingeschlossenen Ablation vermieden werden. Dabei wird die Probenobfläche mit einem Schicht- 
system aus transparenter Deckschicht und absorbierender Schutzschicht bedeckt (Bild 1b). Dies 
führt einerseits zu einer Behinderung der Plasmaausbreitung und damit zu einer beträchtlichen 
Verstärkung des laserinduzierten Druckstoßes. Andererseits ermöglicht die Verwendung von 
geeigneten Absorberschichten, z. B. schwarzer Farbe, eine beträchtliche Reduzierung der 
thermischen Werkstückbelastung. 
Experimentelles Vorgehen 
Die Laserbearbeitungsexperimente wurden an reinen einkristallinen Molybdänproben (Stab- 
orientierung [001]) sowie an reinen grobkristallinen Eisenproben (Korngröße 100 um bis 500 um) 
durchgeführt. Aus ca. 100 mm langen zylinderförmigen Stäben (Durchmesser ca. 6 mm) wurden 
durch Trennen und Schleifen etwa 2 mm dicke Proben gewonnen. Vor der Laserbehandlung wurde 
die präparationsbedingte Verformungsschicht durch elektrolytisches Polieren von der Proben- 
oberfläche abgetragen, damit laserinduzierte Verformungs- und Gleiterscheinungen bereits durch 
Untersuchung der Probenoberfläche erkannt werden können. 
Die Laserschockbehandlung erfolgte am Applikations- und Technikzentrum für Energieverfahrens-, 
Umwelt-, und Strömungstechnik (ATZ-EVUS) in Vilseck mit einem Excimer-Lasersystem in 
Oszillator-Verstärker-Anordnung. Dieses Lasersystem wurde im Hinblick auf die Qualifizierung der 
Kurzpulslaserbehandlung für den industriellen Einsatz entwickelt (3, 6). Zur Realisierung der 
Bedingungen der eingeschlossenen Ablation wurden die Proben mit handelsüblichem Klebeband als 
absorbierender Schutzschicht und mit einer etwa Imm dicken Wasserschicht als transparenter 
Deckschicht bedeckt. Durch Abbildung einer kreisförmigen Blende auf die Probenoberfliche wurde 
ein Gebiet von ca. 2 mm” mit jeweils zehn Laserpulsen belichtet. Die Auswahl der Laserparameter 
(Tabelle 1) für die Schockbehandlung wurde aufgrund von Vorexperimenten (4) und den bereits am 
ATZ-EVUS vorliegenden Erfahrungen zum Laserschockhärten von Titan und Stahl getroffen. 
Pulsdauer | Pulsenergie Fokusdurchmesser | Fluenz T Intensität | Pulszahl 
TH | 0 d« F ! . 
4sms | 155) 17mm | 68 J/em? | 1,5+10° W/em? | 10 
Tabelle 1: Laserparameter der Schockbehandlung