Aufgabenstellung
Ein aktueller Trend in der Automobil- und Luftfahrtindustrie ist die Reduzierung des Gewichts durch die Substitution metallischer Baugruppen mit kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK). Das Forschungsvorhaben verfolgt daher das Ziel des wirtschaftlichen und ressourceneffizienten Fügens von CFK mit Metallen. Zur Optimierung der Verbundhaftung zwischen CFK und metallischer Peripherie müssen die Oberflächen vorbehandelt werden. Das blz beschäftigt sich dabei mit der Identifizierung eines robusten und großserientauglichen laserbasierten Vorbehandlungsprozesses. Darüber hinaus wird ein Konzept zum Einbringen metallischer Einleger in CFK-Komponenten im Projektverbund erprobt, sodass die Anbindung schließlich mittels Metall-Metall-Schweißung erfolgen kann.

Vorgehensweise
Eine Erhöhung der Haftfestigkeit zwischen Metall und CFK soll durch eine gezielte Oberflächenstrukturierung der Fügeflächen, von in ersten Untersuchungen artgleichen Materialien, mittels gepulster Laserstrahlung realisiert werden. Das Potential des Lasers, Oberflächen gezielt für einen Klebeprozess vorzubehandeln, wird in diesem Zuge anhand verschiedener Mikro- und Nanostrukturen umfassend erforscht und die jeweiligen Einflussgrößen in einem Modell zusammengefasst. Des Weiteren werden verschiedene Ansätze zu metallischen Einlegern, die bereits während der Fertigung in CFK-Bauteile eingebracht und in einem späteren Prozessschritt an weitere Metallkomponenten geschweißt werden können, untersucht.

Ergebnisse
Durch eine laserbasierte Vorbehandlung von Metall und CFK ist es möglich, nano- und mikroskopische flächige Strukturen zur Erhöhung der Verbundhaftfestigkeit geklebter Materialpaarungen zu erzeugen. Zug-Scher-Festigkeitsuntersuchungen zeigen z. B. eine Erhöhung der Metall-Metall-Verbundhaftung durch gezielte Laservorbehandlung beider Fügeflächen um 40 % auf 33 MPa. Im Fall des Fügekonzeptes mit metallischen Einlegern zur Realisierung formschlüssiger Fügeverbindungen von CFK und Metall konnten Verbundhaftungen erzielt werden, die eine faserschonende Krafteinleitung und eine hohe Grenzflächenhaftung zwischen Matrix und metallischer Oberfläche ermöglichen. Hierbei übersteigen die erreichten Festigkeiten die des CFK-Grundmaterials.