Entwicklung und prozesstechnische Analyse eines festen und mediendichten Kunststoff - Metall - Verbundes

Abstract

Hybride Kunststoff-Metall-Verbindungen, die direkt durch den Spritzgussprozess gefertigt werden (IMA-Verbindungen), besitzen in der industriellen Fertigung einen immer höheren Stellenwert. Insbesondere in der Automobil- und Luftfahrtindustrie kommen diese aufgrund des geringen Gewichtes und der geringen Anzahl an Fertigungsschritten bei gleicher oder verbesserter Leistungsfähigkeit der Bauteile zum Einsatz. Ein noch junges Themengebiet ist die Konstruktion mediendichter und fester Kunststoff-Metall-Verbunde. Die vorliegende Arbeit greift diese Thematik auf und analysiert die Prozesstechnik zur Fertigung einer solchen Verbindung sowie die mikrostrukturellen Vorgänge an deren Grenzfläche. In den durchgeführten Untersuchungen zeigt sich, dass eine hohe Qualität der Verbindung durch die Vorbehandlung des Metalls erzielt werden kann. Insbesondere eine Aufrauung und die damit erzielte mikro-mechanische Verklammerung der Fügepartner erweist sich als zielführend. Da eine hohe Rauheit allerdings zu einer hohen Festigkeit aber einer verschlechterten Dichtigkeit der Verbindung führt, wird bei der gleichzeitigen Optimierung ein Kompromiss zwischen den beiden Zielgrößen erzeugt. Dieser ermöglicht die Fertigung einer festen und dichten Verbindung. Eine ebenfalls untersuchte makro-mechanische Verklammerung führt annähernd zur gleichen Qualität der Verbindung. Weitere Analysen lassen erkennen, dass die Festigkeit und Dichtigkeit ebenfalls durch eine Prozessparameteroptimierung des Spritzgussprozesses sowie eine zielgerichtete Konstruktion des Probekörpers verbessert werden kann.

Hybrid plastic-metal-joints, which are joined directly through the injection molding process (IMA-joints), are getting more and more common in industrial applications. Because of their excellent lightweight properties and the reduction of the assembly effort whereas the efficacy is equal or even better, especially the automotive- and aerospace industry have a huge interest in the application of these joints. A new topic is the construction of strong and media tight plastic-metal-joints. This thesis contributes to this topic and analyses the process technology to manufacture such a joint as well as the microstructural processes at the interface. The results of carried out researchs indicate that a high quality of the joint can be reached by pretreatment of the metal. Especially roughening and the hereby achieved micro-mechanical interlocking of the joining partners are appropriate. As a rough surface leads to a high strength, but low tightness of the joint, a simultaneous improvement leads to a compromise. Thus, a strong and tight joint is achieved. An as well analyzed macro-mechanical interlocking leads to a similar quality of the joint. Further investigations exhibit the beneficial influence of a process parameter optimization of the injection molding process and a purposeful specimen construction.