Charakterisierung oberflächennaher Materialparameter mit laserangeregten akustischen Oberflächenwellen

Materialeigenschaften wie Härtegradienten oder Änderungen in der Mikrostruktur können häufig nur zerstörend oder mit großem Aufwand untersucht werden. Zerstörungsfreie Ultraschall-Prüfverfahren sind in vielen Bereichen bereits etabliert, so zum Beispiel in der Rissdetektion. Durch Begrenzungen im nutzbaren Frequenzbereich und die Anforderungen an die Ankopplung der Ultraschallwandler ist die Anwendbarkeit solcher Systeme für industrielle Fragestellungen jedoch häufig eingeschränkt. Um die genannten Probleme zu lösen, wurde in dieser Arbeit ein zerstörungsfreies und berührungsloses Laser-Ultraschallsystem aufgebaut und charakterisiert, mit welchem über einen breiten Frequenzbereich die Ausbreitung von akustischen Oberflächenwellen untersucht wurde. Dieses Messsystem besteht aus einem gepulsten Laser, mit dem Ultraschallwellen angeregt wurden, welche mit einem Interferometer optisch gemessen wurden. Im experimentellen Teil der Arbeit wurden oberflächennahe Materialeigenschaften von einsatzgehärteten Stählen, eloxierten Aluminiumproben, Polymerbeschichtungen und anisotropen Stahl- und Aluminiumplatten untersucht. Hierfür wurden zunächst theoretische Modelle entwickelt und implementiert, bevor ausgesuchte Materialproben mit dem Laser-Ultraschallsystem gemessen wurden. Die Messergebnisse wurden dann mit simulierten Daten verglichen, um Materialeigenschaften zu bestimmen. Die in dieser Arbeit gewonnenen Resultate stimmen sehr gut mit Literaturwerten und Ergebnissen von vergleichenden Messungen überein. Es wurden jedoch auch Grenzen der Anwendbarkeit der theoretischen Modelle und des Laser-Ultraschallsystems aufgezeigt und der Bedarf für weitere Forschungsarbeiten ermittelt.