Härten

Der Hochleistungsdiodenlaser ist wegen seines rechteckigen Strahles mit einer "top-hat"-Intensitätsverteilung in der einen Strahlrichtung ("slow-axis") und einem Gaußprofil in der anderen ("fast-axis") besonders gut für flächige Anwendungen im Bereich der Oberflächenbearbeitung geeignet. Als Vorteil gegenüber dem CO2 Laser ist seine kurze Wellenlänge (808 nm oder/und 940 nm) zu nennen, die zu erhöhter Absorption führt und somit das beim Einsatz von CO2 Lasern notwendige Schwärzen erübrigt. Gegenüber dem NdYAG-Laser liegen die Vorteile vor allem im Strahlprofil und in den deutlich geringeren Investitions- und Betriebskosten durch den hohen Wirkungsgrad. Diese Vorteile machen den Hochleistungsdiodenlaser zu einem effizienten, zuverlässigen und kostengünstigen Werkzeug zum Bearbeiten von Oberflächen.

Beim Randschichthärten wird durch die Laserstrahlung die Oberfläche für kurze Zeit über die Austenitisierungstemperatur erwärmt, aber nicht aufgeschmolzen. Die Wärmeleitung sorgt für rasche Abkühlung, so dass das Material sich in die härtere martensitische Gefügeform umwandelt. So kann eine lokal durch die Laserstrahlbreite (quer zur Vorschubrichtung) definierte gehärtete Schicht mit Einhärtetiefen von ca. 1 mm erzeugt werden. Den zeitlichen Temperaturverlauf bestimmen im Wesentlichen die Laserstrahltiefe in Vorschubrichtung und die Vorschubgeschwindigkeit.

Laserumschmelzen ist dem Randschichthärten sehr ähnlich, unterscheidet sich aber dadurch, dass das Material über die Schmelztemperatur erhitzt wird. Es kommt bevorzugt für Gussteile zum Einsatz. Auch hier erstarrt das Material durch Selbstabschreckung sehr rasch und kristallisiert in einer feinkörnigen Schicht mit höherer Verschleißbeständigkeit.

Eine weitere wichtige Oberflächenanwendung für Laser ist die Beschichtung z.B. mit Verschleißschutz- oder Reparaturschichten. Eine oft angewendete und erfolgreiche Methode ist die Abscheidung von Hartstoffschichten aus Pulver, das über eine spezielle Düse in die vom Laser geheizte Zone zugeführt wird. Auch für diese Anwendung ist der Hochleistungsdiodenlaser ideal geeignet. Mit moderater Leistungsdichte im Bereich von einigen 10 W/cm² können Schichten mit etwa 0,5 mm Dicke je nach Laserleistung mit Geschwindigkeiten von mehreren 100 mm/min aufgebracht werden. Der Diodenlaser zeichnet sich hier gegenüber dem bisher bevorzugt eingesetzten CO2 Laser durch höhere Geschwindigkeiten bei gleichzeitig geringerem Leistungsbedarf, also deutlich höhere Prozess-Effizienz aus.