Flussmittelfreies Laserstrahlhartlöten von Aluminiumlegierungen unter sauerstofffreier Atmosphäre

Das Laserstrahlhartlöten ist in der industriellen Produktion ein etabliertes Fertigungsverfahren. Aufgrund der geringen thermischen Belastung des Grundwerkstoffes und der ästhetisch ansprechenden Lötnähte findet es beispielsweise in der Automobilindustrie im Karosseriebau der Außenhaut Anwendung. Das Löten von Aluminiumwerkstoffen, welche aufgrund ihrer hohen Sauerstoffaffinität eine Oxidschicht ausbilden, erfordert vor dem Lötprozess eine Entfernung dieser Schicht. Um eine Benetzung des Grundwerkstoffes durch das Lot sicherzustellen, erfolgt dies in der Regel durch den Einsatz von chemischen Flussmitteln, deren Verwendung jedoch ökologisch bedenklich und gesundheitsschädlich sein kann. Das Ziel ist daher einen Lötprozess ohne den Einsatz von Flussmitteln zu entwickeln. Die Entfernung der Oxidschicht wird hierbei mittels eines ns-gepulsten Laserstrahls realisiert. Um eine anschließend erneute Oxidation der Oberfläche zu verhindern, erfolgt die Bearbeitung unter einer sauerstofffreien Schutzgasatmosphäre. Durch die Zugabe von Monosilan (SiH4) zum Prozessgas (Argon) werden in der Prozesszone die übrigen Sauerstoffmoleküle abgebunden, sodass eine Atmosphäre geschaffen wird, die adäquat zu einem extrem hohen Vakuum (XHV) ist. Diese XHV-adäquate Atmosphäre ermöglicht anschließend den zweistufigen Lötprozess mit vorheriger Desoxidation. Der Stand der Forschung hinsichtlich der Desoxidation mit gepulster Laserstrahlung wird in dieser Arbeit anhand verschiedener Quellen zusammenfassend vorgestellt. Die zentralen Ergebnisse des Forschungsansatzes zeigen, dass die Oxidschicht mittels gepulster Laserstrahlung entfernt und im anschließenden Lötprozess eine stoffschlüssige Verbindung realisiert werden kann. Weiterhin wird auf die Korrelation zwischen Verringerung des Benetzungswinkels und gleichzeitig erhöhtem Anschmelzen des Grundmaterials bei steigender Laserstrahlleistung eingegangen.