LASUR - Untersuchung von Oberflächenbehandlung von Backplatten mittels gepulster Laserstrahlung, insbesondere mittels Ultrakurzpulslaser

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Projektnummer: 24159707

Projektende: März 2023

Die Entstehung laserinduzierter, periodischer Oberflächenstrukturen wurde bereits wenige Jahre nach der Vorstellung des ersten Lasers dokumentiert. In der Arbeit von Birnbaum wurde das Auftreten periodischer Strukturen mit einer Periodenlänge knapp unterhalb der Wellenlänge der verwendeten Strahlung erwähnt. Diese Strukturen treten bei einer Vielzahl von Materialien auf und werden als LIPSS (laser induced periodic surface structures) oder auch kurz als Ripples bezeichnet. So können beispielsweise bei der Bearbeitung mit fs-Pulsen Strukturen mit einer Periodizität von λ/6 und kleiner auftreten bei einer Bestrahlung mit einer Intensität knapp unterhalb der Abtragschwelle für einen Einzelpulsabtrag. Von der Gruppe Prozesstechnik am Institut für Fertigungstechnik und Photonische Technologien wurden bisher Strukturen mit einer minimalen Periodizität von etwa 120 nm auf Metalloberflächen beobachtet. Zur Entstehung dieser High Spatial Frequency LIPSS (oder kurz HSFL) gibt es verschiedene Erklärungsansätze, die Untersuchung des Mechanismus ihrer Entstehung ist aber nicht Gegenstand des vorliegenden Projekts. Die Erzeugung derartiger Nanostrukturen ist aber von grundsätzlichem Interesse, da damit das Benetzungsverhalten von Oberflächen beeinflusst werden kann und so hydrophobe oder auch hydrophile Eigenschaften der bearbeiteten Werkstoffe erzielt werden können.

Wir gehen davon aus, dass durch eine entsprechend gestaltete Oberfläche das Anhaften von Backprodukten ebenfalls beeinflusst werden kann. Diese Annahme wird durch die bisher vorliegenden Ergebnisse lasergereinigter Proben unterstützt. Zur angesprochen Korrosionsproblematik ist zudem anzumerken, dass durch eine Nanostrukturierung auch die Korrosionseigenschaften beeinflusst werden. Im Rahmen des vorliegenden Projekts sollen daher systematisch unterschiedliche Probenwerkstoffe, die zur Herstellung von Backplatten eingesetzt werden, mit unterschiedlichen Lasersystemen bearbeitet werden. Wir wollen damit einerseits ein genaueres Verständnis des Mechanismus, der zu der beobachteten Verlängerung der Reinigungsintervalle durch eine Laserreinigung führt, gewinnen und andererseits (super)hydrophobe Oberflächen durch Laserbearbeitung herstellen und untersuchen. Um die Ergebnisse nanostrukturierter, superhydrophober Proben einordnen zu können, werden sie an der Performance lasergereinigter Proben gemessen. Im Rahmen des gegenständlichen Projekts sollen daher Bearbeitungsparameter, mit denen auf den vom Firmenpartner zur Verfügung gestellten Proben Strukturen erzeugt werden, die das zuvor erwähnte Anhaften von Backprodukten erschweren können, ermittelt werden. Die Untersuchungen sollen dabei einerseits dazu dienen, den Mechanismus der bisher nur empirisch festgestellten Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von Backplatten zu verstehen und andererseits gezielt Strukturen herzustellen, die das Anhaften erschweren. Wir erwarten uns nach Abschluss des Projekts den Mechanismus des Anhaftens auf der Oberfläche der Backplatten zu verstehen und auch in der Lage zu sein, Hinweise auf die optimale Oberflächenstruktur von Backplatten geben zu können. Ausgehend von den Ergebnissen des gegenständlichen Projekts soll damit ein Grundstein die Entwicklung eines industrietauglichen Verfahrens zur Oberflächenveredelung von Backplatten gelegt werden.