Temperaturgeregeltes Laserstrahlhärten von CVD-beschichteten Umformwerkzeugen

Es wurde gezeigt, dass mit Hilfe des geregelten Laserstrahlhärtens CVD-beschichtete Werkzeuge nachgehärtet werden können. Durch die angepasste Regelung ist es möglich, auch komplizierte Bauformen mit sich ändernden Geometrien bei nahezu konstanten Oberflächentemperaturen zu härten. Durch das Nachhärten mittels Laserstrahlung ist die Maßänderung schon bei Werkzeugen mit kleinen Außenmassen deutlich reduziert worden.

Bei großen, kompliziert geformten 3D-Werkzeugen kann somit auf das Nacharbeiten des Werkzeuges nach dem Nachhärten verzichtet werden. Optimierungsbedarf besteht bei der Schutzgasabschirmung, um Oxidationen der CVD-Schichten während des Laserstrahlhärtens zu vermeiden und daraus entstehende Schichtschädigungen auszuschließen. Maßgeblichen Einfluss auf das Härteergebnis hat die Oberflächenbeschaffenheit des Bauteils vor dem Laserstrahlhärten.

Es hat sich gezeigt, dass eine raue Oberfläche gegenüber einer polierten ein besseres Härteergebnis sowohl in der Einhärtetiefe als auch in der Absoluthärte liefert. Begründet wird dieses Ergebnis durch das bessere Absorptionsvermögen der Laserstrahlleistung bei rauen im Vergleich zu polierten Oberflächen. Bei dem Härten mit Laserstrahlung wurde ausschließlich Standardlinsen als Fokussieroptik eingesetzt. Durch das Gauß’sche Verteilungsprofil der Laserstrahlleistung ergeben sich Nachteile, die durch den Einsatz anderer Optiken verringert oder vollständig kompensiert werden können.

Das Ziel des Forschungsvorhaben ist in Teilen erreicht worden, da die laserstrahlnachgehärteten Werkzeuge nach derzeitigem Entwicklungsstand die sehr guten Verschleißeigenschaften der konventionell (vakuumnachgehärtet) gefertigten Werkzeuge noch nicht vollständig besitzen. Weiterentwicklungen am Laserprozess, insbesondere die Optimierung des Härteprozesses durch Verwendung anderer Optiken oder eines Scanners lassen auf Erreichen dieses Zieles hoffen.