Vergleich der mechanischen Festigkeiten gelöteter und lasergeschweißter Prüfkörper aus einer Palladiumbasis-Legierung nach chemischer Belastung. (2002)

In der vorliegenden Studie sollte ein Vergleich der mechanischen Festigkeit von gelöteten und verschiedenartig zusammen gelaserten Prüfkörpern aus einer Palladiumbasis-Legierung vor und nach sechsmonatiger chemischer Belastung vorgenommen werden. Im Vakuum-Druck-Guss-Verfahren sind 80 DIN- gerechte Prüfkörper aus der Palladiumbasis-Legierung BegoPal® 300 hergestellt worden. 3 der 10 Serien entstanden aus 5-mal vergossenem Altmetall, die restlichen aus reinem Neumetall. Nach visueller Überprüfung der Prüfkörper erfolgte das Trennen und Zusammenfügen für das jeweils zu testende Fügeverfahren. Serie 3 und 4 (beide aus Neumetall) wurden mit Hilfe von Flamme und Lot zusammengelötet, Serie 5 und 6 aus Neumetall wurden Stoß auf Stoß unter Verwendung eines Lasers sowie in Vorversuchen festgelegter Laserparameterkombinationen von 0,6 mm Fleckdurchmesser, einer Spannung von 310 V sowie einer Impulsdauer von 11,5 ms verschweißt. Die Serien 7 und 8 wurden genauso verschweißt wie Serie 5 und 6, sie bestanden jedoch aus Altmetall. Für die Serien 9 und 10 aus Neumetall, die wie alle übrigen Serien mittig getrennt, aber noch zusätzlich dachfirstartig abgeflacht wurden, wurde zum Zusammenfügen eine Lehre sowie Zulegematerial verwendet. Die Laserparameter wurden für diesen Fügevorgang nicht verändert. Von allen Serien erfolgte eine durch Mikrohärteeindruck nach VICKERS mit 10 Messpunkten festgelegte EDX-Analyse an der Fügezone, anschließend eine Einlagerung der Serien 4, 6 ,8 und 10 für 6 Monate in Kunstspeichel sowie ein erneuter EDX- Analyse-Vorgang nach chemischer Belastung. So wurden 100 EDX-Messwerte erstellt. Im Zugversuch nach DIN EN 10002: 1991 sind zunächst die ungefügten Serien 1 (Neumetall) und 2 (Altmetall), ohne chemische Belastung erfahren zu haben, auf ihre Zugfestigkeit überprüft worden. Es sind so Vergleichswerte für die zu testenden Fügemethoden erstellt worden. Mittelwertig ergaben sich Zugfestigkeitswerte von 829 MPa und 838 MPa für die Serien 1 und 2. Die gelöteten Serien erreichten davon 42 % (349 ± 64 MPa) bzw., nach Einlagerung in Kunstspeichel, 40 % der Zugfestigkeit der Serie 1. Alle gelöteten Prüfkörper rissen in der Lotnaht. Die Serien 5 und 6 aus Neumaterial erreichten sowohl vor als auch nach Einlagerung in Kunstspeichel mit 77 % - 82 % sehr gute Zugfestigkeitergebnisse. Ebenso die mit Zulegematerial gelaserten Prüfkörper, die 78 % vor und 69 % nach chemischer Belastung erreichen. Die lichtmikroskopischen Untersuchungen der im Zugversuch entstandenen Bruchflächen zeigten lunkerige Oberflächen der gelöteten Serien, jedoch keine Korrosionserscheinungen. Bei den gelaserten Prüfkörpern zeigten sich Gaslunker sowie teilweise unvollständig durchschweißte Zonen. Es konnten jedoch auch homogene Oberflächen gefunden werden. Die Zugfestigkeit wurde trotz Gaslunker im Vergleich zu homogenen Oberflächen nicht wesentlich erniedrigt. Alle gelaserten Prüfkörper rissen jedoch auch in der Fügezone. Die durchgeführte EDX-Analyse zeigte bei den gelaserten Prüfkörpern nach der Einlagerungszeit so gut wie keine Veränderung der Haftoxide an der Probenoberfläche. Die Elementverteilung auf den gelöteten Oberflächen wies schon vor chemischer Belastung erhebliche Unterschiede im Vergleich zu den ungefügten Prüfkörpern auf. Festgestellt werden konnte, dass keine der ausgewählten Fügemethoden unter den für gelötete Prüfkörper geforderten 350 MPa für Zugfestigkeit lag. In Bezug auf die Zugfestigkeit ist das Lasern, und hier vor allem das Stoß auf Stoß Lasern, dem Löten vorzuziehen, da auch bei unroutiniertem Gebrauch mit einem Laser höhere und nicht nur der Norm zu erfüllende Zugfestigkeitsergebnisse erzielt werden.