Untersuchungen des Verbundverhaltens von thermisch direkt gefügten Metall-Kunststoffverbindungen unter veränderlichen Umgebungsbedingungen

Die Verbindung von Metallen und Kunststoffen gewinnt in den letzten Jahren stetig an Bedeutung. Vor diesem Hintergrund besitzt das in dieser Arbeit untersuchte thermische Direktfügen als Fügetechnologie ein großes Potential. Das thermische Direktfügen ist ein Fügeverfahren, welches ohne ein Zusatzmaterial eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Metall und Kunststoff erzeugt. Hierbei wird der Kunststoff oberflächennah geschmolzen und bildet mit dem metallischen Körper auf Basis zwischenmolekularer Wechselwirkungen Adhäsionskräfte aus. In den vorliegenden Untersuchungen werden zunächst die maßgeblichen Einflussgrößen, auf den Fügeprozess und das Prozessergebnis beim thermischen Direktfügen mithilfe der Induktionstechnik, untersucht. Hierbei wurden Material-, Geometrie und Herstellparameter bewertet. Es konnte gezeigt werden, dass insbesondere stark polare Kunststoffe in der Lage sind hohe Verbindungsfestigkeiten mit metallischen Körpern auszubilden. Unpolare Kunststoffe benötigen eine Oberflächenvorbehandlung zur Ausbildung ausreichender Bindungskräfte. In diesem Zusammenhang wurden zwei neuartige Oberflächenstrukturierungsverfahren für das thermische Direktfügen qualifiziert. Weiterhin wurde in dieser Arbeit die Verbindungsfestigkeit unter Alterungsbedingungen bewertet. Bei der Qualifizierung eines Fügeverfahrens ist dies der Schlüssel zur Bewertung des jeweiligen Einsatzpotentials Es wurde gezeigt, dass unter anspruchsvollen Alterungsbedingungen das thermische Direktfügen zum Teil gleichwertige Ergebnisse im Benchmark zur Klebtechnik liefert. Als maßgeblicher Schädigungsmechanismus wurde in den Untersuchungen die Sättigung des Kunststoffes, bzw. der Grenzfläche Kunststoff-Metall mit Feuchtigkeit, insbesondere bei starken Temperaturgradienten, identifiziert.