Abtragen metallischer Werkstoffe mit Pikosekunden-Laserpulsen für Anwendungen in der Strömungsmechanik

Autor: Frank Siegel

ISBN: 978-3-943104-12-7

Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2011

Herausgeber der Reihe: Dietmar Kracht

Band-Nr.: LZH 02/2011

Umfang: 142 Seiten, 90 Abbildungen

Schlagworte: Verdichter, Strömung, Riblets, Pikosekunden Laserpuls, Abtrag

Kurzfassung: Wandreibung hat einen negativen Einfluss auf die Strömungsverhältnisse in Gasturbinen und verringert dadurch deren Wirkungsgrad. Mikroskalige Rippenstrukturen, sog. Riblets, an der Oberfläche der umströmten Maschinenkomponenten können derartige Verluste signifikant mindern. Die geforderten Riblet-Größen und -Qualitäten sind mit vorhandenen Fertigungstechniken nicht oder nur unzureichend erzielbar. Mit der fortschreitenden Entwicklung leistungsstarker Pikosekunden-Laserstrahlquellen steht ein Werkzeug zur Verfügung, welches die anforderungsgerechte Riblet-Fertigung ermöglicht. Deshalb wird in dieser Arbeit die Mikrostrukturierung metallischer Oberflächen mittels Pikosekunden-Pulsen untersucht. Basierend auf theoretischen Vorbetrachtungen anhand des sog. Zwei-Temperatur-Modells werden die Auswirkungen der Prozessparameter Fokusdurchmesser, Pulsenergie, Fluenz und Pulsüberlappung auf die Abtragsqualität und -effizienz charakterisiert. Der Einfluss der Werkstoffkennwerte Wärmeleitfähigkeit und -kapazität sowie Schmelz- und Verdampfungstemperatur auf das Abtragsverhalten und -ergebnis wird dargestellt. Mit der Fertigung von Riblet-Oberflächen auf Verdichterschaufeln, der messtechnischen Bestimmung ihrer aerodynamischen Wirksamkeit und einer abschließenden Wirtschaftlichkeitsbetrachtung wird die Eignung des Fertigungsverfahrens demonstriert.