Erbslöh Aktiengesellschaft 1 1. Fachkolloquium Integration eines Laservorbehandlungssystems in eine moderne klebtechnische Serienfertigung Ergebnisse Dipl.-Ing

ErbslöhAktiengesellschaft

1

1. Fachkolloquium

Integration eines Laservorbehandlungssystems in eine moderne klebtechnische Serienfertigung

Ergebnisse

Dipl.-Ing Ralf Hoseam TC Kleben, Carlstr. 50, Übach-Palenberg


2

Ausgewählte Materialien

SMC

ABS

Stahl feuerverzinkt

AlMgSi0.5 6016

AlMgSi0.5 6040

AlMgSi0.5 6043 pulverbeschichtet

AlMgSi0.5 6043 eloxiert


3

Vorbehandlungen

Entfettung mit Isopropanol

Entfettet + Atmosphärenplasma

Entfettet + SACO

ArF Excimerlaservorbehandlung

ND-YAG Laservorbehandlung


4

Probenmatrix

Ungealtert 2W Kataplasma 10W VDA 621 415


5

Klebstoffe

3M DP 490

Vantico (Huntsman) Agomet F330

Henkel Teroson Teromix 6700

Dow Automotive Betamate 1496

Forbo Helmitin Helmipur 800T


6

Oberflächenanalysen

UV-VIS-Spektroskopie – optische Eigenschaften der Oberfläche

WIM – Änderung der Topographie bzw. Rauhigkeit der Oberfläche

XPS – chemische Zusammensetzung der Oberfläche bis zu 4 nm

REM/EDX – Topographie/chemische Elemente in der Oberfläche bis zu 2,5 µm je nach Erreger- spannung

Kontaktwinkelmessung – Bestimmung der Oberflächenenergie


7

Kontaktwinkelmessung

KAFg

KF

KG

F

KFA

FG

KG

KF

= Klebstoff= Fügeteil= Atmosphäre= Kontaktwinkel= Oberflächenspannung Substrat= Oberflächenspannung Klebstoff= Grenzflächenspannung zwischen Klebstoff und Fügeteil

KG

KFFGα

cos


8

Reflektionsspektrum

AlMgSi0.5 eloxalArF 193 nm, 40Hz200 Pulses

200 400 600 800 1000 1200 14000

20

40

60

80

100

E002 (untreated) E004 (460 mJ/cm²) E006 (230 mJ/cm2) E007 (130mJ/cm²)

Ersteller: Horn-SolleDatei: Projektnummer: Datum: 29,09,03

Refl

ecta

nce

[%

]

Wavelength [nm]200 400 600 800 1000 1200 1400

80

100

120

140

160

N004(440mj/cm²) N005(235mj/cm²) N006(475mj/cm²) N002(untreated)


Refl

ecta

nce

[%

]Wavelength [nm]

AlMgSi0.5 6040ArF 193 nm, 40Hz200 Pulses


9

Bestimmung der Oberflächenrauhigkeit

Weißlichtinterferenz :ArF-193

nm

0 200 400 600 800 1000

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

AlMgSi0.5 pulverlackiert AlMgSi0.5 eloxiert ABS SMC

mitt

lere

Rau

hig

keit

Rm

[µ

m]

Energiedichte in mJ/cm²

Pulverlack: Anstieg der Rauhigkeit schon bei geringen Energie-dichten (< 100 mJ/cm²)


10

Oberflächenmodifizierung

Bis 300 mJ: Zunahme des Al 2pPeaks durch Reduktion der Oberflächenkontamination.

Ab 300 mJ/cm²: Abnahme der Signalintensität durch Änderung der Oberflächenmorphologie.

Aufspalten der Peaks zeigt eine chemische Verschiebung von AL2O3 zu ALOX.

:AlMgSi0.5 eloxiert

:XPS

:ArF-193nm

78 77 76 75 74 73 72

0

1000

2000

3000

4000 as received 100 mJ/cm² 130 mJ/cm² 300 mJ/cm² 490 mJ/cm² 1000 mJ/cm² Al203 Referenz


Cou

nts/

s

Bindungsenergie eV


11

Oberflächenmorphologie AlMgSi0.5 6043 pulverbeschichtet

REM

unbearb. 30 mJ/cm²

40 mJ/cm²

45 mJ/cm²

50 mJ/cm²

35 mJ/cm²

ArF-193nm Excimer-Laser


12

Oberflächenmorphologie AlMgSi0.5 6043 eloxiert

120mJ/cm²

185 mJ/cm²

270 mJ/cm²

670 mJ/cm²

720 mJ/cm²

200Pulse 50 Hz

Variation der Energiedichte Ab Energiedichten von 120 mJ /cm² (100 oder 200 Pulse)findet ein Aufschmelzen derEloxalschicht statt.Die Schicht wird weiss und es bilden sich Schmelztropfen auf der Oberfläche.Mit steigender Energiedichte wächst die Größe der Schmelztropfen.

ArF-193nm Excimer-Laser

REM-Aufzeichnung


13

Oberflächenmorphologie AlMgSi0.5 6043 eloxiert

REM/EDX

Al rot O grün

EDX-Darstellung von Aluminium undSauerstoff.Entfernung der Eloxalschicht bis aufSchmelztropfen und unbehandelteBereiche (grün)

AlMgSi0.5 eloxiertNd-YAG behandelt


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Prüfungen der Klebverbindungen

Zugscherprüfung (ZGS) nach DIN EN 1465

2 Wochen Kataplasma + ZGS

10 Wochen VDA-Wechseltest 621415 + ZGS


15

Zugscherprüfung in Anlehnung an DIN EN 1465

Temperatur = RT Prüfgeschwindigkeit = 5 mm/min

100

12,5

25


16

Kataplasmatest

Lagerung der Proben bei:

100% rel. Luftfeuchtigkeit

8h bei –21°C

16h bei 70°C

Geschlossene Atmosphäre


17

VDA Wechseltest (VDA 621415)

Lagerung der Proben bei:

24h Salzsprühtest

6h Schwitzwassertest

3h Raumtemperatur

6h bei 100°C

2h bei Raumtemperatur

5h bei –30°C

66h bei RT

3x


18

Laservorbehandlung von SMC

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

Kle

bfe

stig

keit

Mit

telw

ert

[N/m

m2]

Vantico Agomet F330 Scotch Weld DP 490

Klebstoff

Vergleich von Oberflächenvorbehandlungen bei SMC

Isopropanol

Isopropanol Kataplasma

Laser

Laser Kataplasma

100

12,5

25

100

12,5

25

s. DiagrammMaterial 2

s. Diagramm Klebstoff

s. DiagrammAushärtung

RT 24h

Material 1

TemperaturRT

Prüfgeschwindigkeit

5mm/min


19

Laservorbehandlung von ABS

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

Kle

bfe

stig

keit

Mit

telw

ert

[N

/mm

2]

Vantico Agomet F330 Scotch Weld DP 490

Klebstoff

Isopropanol

Isopropanol Kataplasma

Laser

Laser Kataplasma 100

12,5

25

100

12,5

25




RT 24h

Material 1

TemperaturRT


5mm/min


20

Laservorbehandlung von feuerverzinktem Stahl

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

Kle

bfe

stig

keit

Mit

telw

ert

[N/m

m2]

Forbo Helmipur 800 T Scotch Weld DP 490

Klebstoff

Vergleich von Oberflächenvorbehandlungen bei feuerverzinktem Stahl

Isopropanol

Laser

Laser Kataplasma

100

12,5

25

100

12,5

25




RT 24h

Material 1

TemperaturRT


5mm/min


21

Vorbehandlungen bei Aluminium verklebt mit Helmipur 800T

Alu

min

ium

601

6

Alu

min

ium

604

0

Alu

min

ium

604

3el

oxie

rt

Alu

min

ium

604

3pu

lver

b.

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

Kle

bfe

stig

keit

[N

/mm

^2]

Material

Isopropanol

Atmosphärenplasma

ND-YAG-Laser

SACO


22

Parameterauswahl

Laserparameter 1 (schmilzt Oberfläche auf)

Parameter kombiniert die Parameter 1+2

Laserparameter 2 (Reinigungsparameter)

Laser in Atmosphäre

Laser im Flammsilikatstrom

Laser im Heliumstrom


23

Kontaktwinkelmessungen

Material 6016 (A)

Ungealtert

K: sofort, M nach 60min, L nach 24h

Normale Atmosphäre

78,06 78,09 78,25

60

62

64

66

68

70

72

74

76

78

80

Ob

erfl

äch

enen

erg

ie [

mN

/m]

6016A01K0XX

6016A02K0XX

6016A03K0XX

78,03

62,54

77,54

60

62

64

66

68

70

72

74

76

78

80

Ob

erfl

äch

enen

erg

ie [

mN

/m]

6016A01M0XX

6016A02M0XX

6016A03M0XX

78,25

70,1

77,85

60

62

64

66

68

70

72

74

76

78

80

Ob

erfl

äch

enen

rgie

[m

N/m

]

6016A01L0XX

6016A02L0XX

6016A03L0XX


24

Aluminium 6040 – Teromix 6700

0

5

10

15

20

Zu

gsc

her

fest

igke

it i

n

[N/m

m^

2]

keine LasPar 1 LasPar 2 LasPar 3

sofort verklebt

Luft Schutzgas Flammsilikat.

0

5

10

15

20

Zu

gsc

her

fest

igke

it i

n

[N/m

m^

2]

keine LasPar 1 LasPar 2 LasPar 3

sofort verklebt

Luft Schutzgas Flammsilikat.

Ohne Alterung 10W VDA-Wechseltest


25

Verklebung Al 6016 mit Betamate 1496

Einfluss der Oberflächenvorbehandlung, Al 6016 in MPa

05

10

1520

253035

sofort verklebt

nach 1h

nach 24h

sofort verklebt, VDA621-415

nach 1h, VDA621-415

nach 24h, VDA621-415

Laser, Normalatmosphäre

Laser, Schutzgas

keine Vorbehandlung


26

Verklebung Al 6016 mit Teromix 6700


0

5

10

15

20sofort verklebt

nach 1h

nach 24h


nach 1h, VDA621-415



Laser, Schutzgas

Laser, Flammsilikat.

keine Vorbehandlung


27

Verklebung Al 6040 mit Betamate 1496


05

10

1520

253035

sofort verklebt

nach 1h

nach 24h


nach 1h, VDA621-415



Laser, Schutzgas

keine Vorbehandlung


28

Verklebung Al 6040 mit Teromix 6700


0

5

10

15

20sofort verklebt

nach 1h

nach 24h


nach 1h, VDA621-415



Laser, Schutzgas

Laser, Flammsilikat.

keine Vorbehandlung


29

Verklebung Al 6043 eloxiert mit Betamate 1496


0

5

10

15

20

25

30sofort verklebt

nach 1h

nach 24h


nach 1h, VDA621-415



Laser, Schutzgas


30

Verklebung Al 6043 eloxiert mit Teromix 6700


0

5

10

15

20sofort verklebt

nach 1h

nach 24h


nach 1h, VDA621-415



Laser, Schutzgas


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Textgröße 18 Punkt fett

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