Bewertung der Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehung von verbundgestrahlten Aluminiumwerkstoffen

Das Verbundstrahlen stellt ein neu entwickeltes Verfahren auf Basis des Mikrostrahlens dar. Durch die Erweiterung einer Mikrostrahlanlage um eine Heizeinheit ist es moglich, keramische Strahlpartikel mehrere Mikrometer in ein Grundmaterial einzubringen. Die Eindringtiefe ist dabei von unterschiedlichen Prozessparametern, wie Materialpaarung, Temperatur, Strahldruck und Bearbeitungsanzahl abhangig. In der vorliegenden Arbeit wird der Zusammenhang zwischen den Prozessparametern, der sich ausbildenden Mikrostruktur und den daraus resultierenden Eigenschaften beschrieben. Mikroskopische Untersuchungen zeigen, dass sich durch das vielfache Auftreffen der Keramikpartikel eine Hugel-Tal-Struktur ausbildet. Weiterhin fuhrt der mehrfache Aufprall zu einem Fragmentieren der Keramikpartikel. Diese werden vor allem in den Talern der Oberflachenstruktur vorgefunden. Durch Prozesstemperaturen nahe dem Schmelzpunkt des Grundmaterials ist es moglich, die Fragmente der Keramikpartikel bis zu einer Tiefe von 40 μm in Aluminiumwerkstoffe einzubringen. Analytische Modelle aus den Bereichen des Strahlverschleises und der Ballistik berechnen ahnliche Eindringtiefen. Detaillierte Untersuchungen der Mikrostruktur mittels Rontgendiffraktometrie (XRD) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) zeigen, dass die ehemals mikrometergrosen Strahlpartikel bis hin zu nanoskaligen Partikeln zerbrechen. Weiterhin weisen die Partikel durch den massiven Aufprall eine erhebliche Defektdichte auf. Die quasi-statischen Eigenschaften werden nur geringfugig durch das Verbundstrahlen beeinflusst und sind nahezu unabhangig von den Prozessparametern. Die eingebrachten Partikel und die gesteigerte Rauheit der Oberflache nach dem Verbundstrahlprozess fuhrt bei Wechselbiegeversuchen zu einer geringfugigen Reduktion der Langzeitfestigkeit. Den grosten Einfluss hat die verbundgestrahlte Oberflache bei tribologischer Belastung. Die harte und raue Oberflache erhoht den Reibungskoeffizient unter Schwing-Reib-Verschleis, steigert aber den Widerstand gegen Abrasion erheblich.