Bauteile aus Aluminium und Kupfer bilden an Luft sofort eine native Oxidschicht aus, die nachfolgende Fertigungsschritte wie Kleben, Walzplattieren oder Laserstrahllöten erschwert, da sie Benetzung und Haftung an der Grenzfläche beeinträchtigt. Bisher wird die Oxidschicht meist durch chemische oder mechanische Vorbehandlung entfernt, was mit zusätzlichem Aufwand und Verschleiß verbunden ist.
Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs „Sauerstofffreie Produktion" hat ein Team um Finn-Lennard Janthur vom Institut für Transport- und Automatisierungstechnik an der Leibniz Universität Hannover und dem Laser Zentrum Hannover e.V. nun einen Ansatz untersucht, der Oxidentfernung und Oberflächenstrukturierung in einem Schritt vereint: die nanosekundengepulste Laserablation unter sauerstofffreier Atmosphäre. Durch Variation der Pulsüberlappung ließen sich die Oberflächenmorphologien gezielt einstellen, vom flächigen Abtrag durch geringe Überlappung einzelner Ablationskrater bis zu schmelzdominierten, stark aufgerauten Texturen bei hoher Pulsüberlappung.
Die Untersuchungen zeigten deutliche materialabhängige Effekte: Aluminium wurde nach der Behandlung härter und steifer, Kupfer dagegen lokal weicher. Röntgenphotoelektronenspektroskopie bestätigte zudem, dass die Bearbeitung unter Sauerstoffausschluss die native Oxidschicht wirksam entfernt, während eine identische Bearbeitung an Luft zu einer deutlichen Oxidationsreaktion führte.
Die Vorteile der laserstrukturierten, oxidfreien Oberflächen zeigten sich praktisch beim Kleben, Walzplattieren, Verbundgießen und Laserstrahllöten. Durch die Entfernung der Oxidschicht konnten eine gesteigerte Haftung an der Grenzfläche sowie ein reduzierter kritischer Umformgrad beim Festkörperfügen realisiert werden. Zudem konnte durch die Oxidentfernung und Oberflächenstrukturierung die Benetzung positiv beeinflusst werden, wodurch die Methodik auch im Verbundguss sowie beim flussmittelfreien Laserstrahllöten der Aluminium-Kupfer-Verbindung Potenzial zeigte. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler im Fachmagazin Applied Surface Science Advances veröffentlicht.
In weiteren Arbeiten soll der Ansatz auf mehrstufige Strategien mit anwendungsspezifischer Strukturierung sowie auf andere Materialsysteme und Fertigungsverfahren übertragen werden. Zudem wird das Potenzial ultrakurzgepulster Laser untersucht, die durch ein „kaltes" Ablationsregime noch feinere Oberflächenstrukturen ermöglichen könnten.
Weitere Informationen zum Projekt: Teilprojekt A06
Originalpublikaiton:
Janthur, F.-L., Seffer, S., Hermsdorf, J., Barienti, K., Heimers, H., Steinhoff, T., Nürnberger, F., Klose, C., Herbst, S., Maier, H. J., Kuhr, L., Raumel, S., Wurz, M., Gerland, S., Raatz, A., Zimmermann, S., Bürger, F., Gustus, R., Maus-Friedrichs, W., Overmeyer, L. (2026): Nanosecond-pulsed laser ablation as a universal method for oxide removal and surface structuring of aluminum and copper for advanced manufacturing applications, Applied Surface Science Advances 34, p. 101018
DOI: 10.1016/j.apsadv.2026.101018
