Elektrochemisches Laser-Jet-Verfahren zur Mikrostrukturierung von Metallen

Die chemische Auflösung von Metallen in reaktiven flüssigen Medien erlaubt einen quasi kalten Abtrag weit unterhalb der Schmelztemperatur des Werkstoffs. Eine Aktivierung der chemischen Ätzreaktion kann bei passivierten Metallen dabei durch eine Verschiebung des chemischen Potentials infolge einer Temperaturerhöhung an der Werkstoffoberfläche herbeigeführt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der laserchemische Abtrag zur Mikrostrukturierung von Metallen untersucht. Dazu wurde ein System entwickelt und untersucht, das in einer Kombination aus Laser- und reaktiven Flüssigkeitsstrahl einen effizienten chemischen Abtrag in turbulenter Strömung mit einer Steigerung der Abtragsraten um das 10fache auf 0,01mm³/min ermöglicht. Für das Laser-Jet-Verfahren konnten zwei charakteristische Bereiche des Abtragsverhaltens identifiziert werden. Eneierseits der reaktionslimitierte Bereich bei kleinen Abtragstiefen, in dem die Reaktionsgeschwindigkeit konstant ist. Andererseits der diffusionslimitierte Bereich bei großen Abtragstiefen, in dem die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Tiefe kontinuirlich abnimmt. Die prozesstechnischen Grenzen hinsichtlich der Bearbeitungsqualität liegen bei einer Oberflächenrauheit von 0,2µm und einem Kantenradius von 2 µm.