Laserbehandlung

Die Laserbehandlung unterscheidet sich von anderen Oberflächenwärmebehandlungen durch außerordentliche hohe Leistungsdichten. Möglichkeit der Begrenzung der Einwirkungszeit auf sehr kurze Dauer und räumliche Begrenzung der behandelten Oberflächenzone. Es ist dadurch möglich, die Oberfläche von Werkstücken oder Teile davon auf sehr hohe Temperaturen zu bringen ohne tiefer unter der Oberfläche liegende Schichten zu erwärmen (hoher Temperaturgradient senkrecht zur Oberfläche). Damit kann eine dünne Oberflächenschicht aufgeschmolzen werden, eventuell mit der umgebenden Atmosphäre oder einer vorher auf die Werkstückoberfläche aufgebrachten Substanz chemisch reagieren, und letztlich extrem schnell abkühlen.

Bei der Laserbehandlung bestreicht der kontinuierliche oder pulsierende Laserstrahl die zu behandelnde Oberfläche. Die Rastergeschwindigkeit, Impulsbreite, Impulsfrequenz und Leistungsdichte des Laserstrahls sowie die Werkstoffeigenschaften bestimmen die räumliche und zeitliche Temperaturverteilung im Werkstück. Die Übertragung (Ankopplung) der Energie des Laserstrahls auf das Werkstück wird durch dessen Absorptionskoeffizienten bestimmt. Der Absorptionskoeffizient eines gegebenen Materials ist von der Wellenlänge der Laserstrahlung abhängig. Für Metalle nimmt er im Allgemeinen mit abnehmender Wellenlänge zu. Durchsichtige Materialien absorbieren per Definition die Laserstrahlung nicht und werden daher nicht erwärmt. Bei Überschreiten einer kritischen, vom behandelten Material abhängigen Leistungsdichte erreicht die Absorption praktisch 100 %. Dieser Effekt wird durch das Aufschmelzen und Verdampfen des Materials bedingt, das zum Teil ionisiert und ein Plasma bildet, welches die Energieübertragung vom Laserstrahl auf das Werkstück stark erleichtert. Da die Laserstrahlung von Luft praktisch nicht absorbiert wird, kann die Laserbehandlung in normaler Atmosphäre durchgeführt werden. Soll die Oberfläche des Werkstücks chemisch verändert werden (Nitrieren, Carburieren), wird das Werkstück in einer Kammer, die mit einem entsprechenden Gas gefüllt ist (Stickstoff, Ammoniak, Methan usw.) behandelt. Das Abrastern der Oberfläche des Werkstücks bzw. die Bestrahlung kompliziert geformter Oberflächen wird durch optische Systeme (Spiegel, Linsen) erreicht und kann automatisiert bzw. rechnergesteuert werden.