FÜGEVERFAHREN Kunststoffe und Metalle verfügen jeweils über spezifische Eigenschaften, die zusammengenommen ein Bauteilsystem noch leistungsfähiger machen können. Daher ist es oft erstrebenswert, beide Materialklassen in einem Bauteil zu vereinen und so deren positive Eigenschaften synergetisch zu verbinden. Neben herkömmlichen Fügeverfahren wie dem Nieten, Bördeln oder Kleben eignen sich auch thermische Verfahren für hybride Verbindungen aus Metall und Polymeren. Dazu muss die Oberfläche der Metallkomponente in geeigneter Weise modifiziert werden. Dafür kommt zum Beispiel eine Laserstrukturierung auf Mikroebene in Frage, die einerseits zu einer Vergrößerung der Oberfläche und andererseits auch zu Hinterschneidungen führt, die einen Formschluss begünstigen. Durch eine Plasmavorbehandlung lässt sich die Haftung zwischen den ungleichen Werkstoffen weiter verbessern.
Als geeignete thermische Fügeverfahren haben sich in Forschungsarbeiten am IKV sowohl das Infrarotdurchstrahlschweißen als auch das Ultraschallschweißen erwiesen. Bei den durchgeführten Untersuchungen zum Infrarotschweißen wurde ein Halogenstrahler verwendet, dessen Strahlung mithilfe eines Ellipsoidreflektors auf einen Brennfleck von zirka 5 mm Durchmesser fokussiert wird. Da ein Großteil der emittierten Strahlung in einem für Polymere durchlässigen Bereich liegt, dringt ausreichend Strahlung in die Fügezone, um das Metallbauteil soweit zu erhitzen, dass der Kunststoff durch den Kontakt mit dem erwärmten Metall aufschmilzt und in die strukturierten Bereiche der Metalloberfläche fließt.
Mithilfe dieses Verfahrens konnten hybride Verbindungen mit einer Festigkeit von bis zu 10 N/mm2 erzielt werden. Eine Plasmavorbehandlung bewirkt bei der im Bild gezeigten Verbindung von Stahl und PC eine Verbesserung der Haftfestigkeit von zirka 30 Prozent.