AT398784B - Verfahren zur herstellung eines schichtwerkstoffes für gleitelemente sowie vorrichtung hiefür - Google Patents

Description

AT 398 784 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtwerkstoffes für Gleitelemente mit einer auf eine Trägerschicht aufgebrachten Gleitschicht aus mindestens einer Legierung in Form eines metallurgischen Zwei- oder Mehrkomponentensystems mit Mischungslücke (Monotektikum), wobei die Gleitschicht kontinuierlich aus der Legierung gegossen und sofort anschließend an das Gießen in kontinuierlichem 5 Durchlauf einer Abkühlung mit für die Verhinderung von Teilchenwachstum der unmischbaren metallurgischen Komponenten über Teilchendimensionen von 0,01 bis 1 um, vorzugsweise <1 um, hinaus ausreichend hoher Erstarrungsgeschwindigkeit unterzogen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem Tiegel zum Erschmelzen und/oder Gießbereithalten einer Legierung in Form eines mit Mischungsiücke behafteten metallurgischen Zwei- oder Mehrkomponentensy-10 stems, mit einer an den Tiegei angeschlossenen Gießeinrichtung zum Ausgießen eines Bandes aus der Legierung, ferner mit Einrichtungen zum Auffangen des ausgegossenen Bandes und zum Abführen aus der Gießstelle sowie mit Kühleinrichtungen für das die Gießstelle verlassende, gegossene Legierungsband.

Legierungen in Form von metallurgischen Zwei- oder Mehrkomponentensystemen mit Mischungslücke (Monotektikum), die auch als Dispersionslegierung bezeichnet werden, bestehen im allgemeinen aus iS metallischen Komponenten mit stark unterschiedlichem spezifischen Gewicht. Die schweren Bestandteile, wie z.B. das Pb in AIPb-Dispersionslegierungen, neigen stark zu Seigerung, d.h. beim Erstarren der Legierung scheiden sich entsprechend dem Zustandsdiagramm vielfach zuerst Mischkristalle anderer Konzentration ab als im späteren Stadium des Abkühlvorganges, so daß die aus der Schmelze entstandenen Mischkristalle nicht homogen sind. Die Herstellung von AIPb-Werkstoffen für Gleitlagerzwecke unter 20 terrestrischen Bedingungen auf gießtechnischem Wege wird daher durch die z.B. im System AlPb vorhandene Mischungslücke unmöglich gemacht. Die für eine Verwendung als Gleitlagerwerkstoff erforderliche feine Verteilung des Bleis in der Al-Matrix wird nicht erreicht. Für die Herstellung von Funktionsschichten aus solchen Dispersionslegierungen ist beispielsweise aus DE-OS 31 37 745 die Herstellung von Metallpulver durch Zerstäuben einer Schmelze und Zusammensin-25 tern derselben auf einer Trägerschicht bekannt. Das Verfahren führt jedoch zu einer stark inhomogenen Struktur, so daß die erzielten Ergebnisse auf Lagerprüfmaschinen sehr stark schwanken. Darüberhinaus hat sich gezeigt, daß in der Sinterschicht noch vorhandene Poren bei Beanspruchung des Gleitelementes unter Wechsellast Anlaß zu Anrissen infolge innerer Kerbwirkung geben. ·

Es ist aus DE-AS 15 08 856 auch bereits ein Verfahren bekannt, das die Anwendung des Stranggieß-30 Verfahrens auf hoch bleihaltige Aluminiumlegierungen beansprucht. Hierbei soll eine homogene, einphasige Schmelze aus einer Aluminium-Blei-Legierung mit 20 bis 50% Blei zur direkten Herstellung eines Verbund-Lager-Materials auf einen Metallträger aufgegossen werden. Dieses Verfahren führt jedoch zu einer mangelhaften Bindung der AIPb-Gleitschicht (Funktionsschicht) am Stahl. Darüberhinaus kommt es - trotz Wasserkühlung - bereits in der Kokille zu Entmischungen, d.h. der Temperaturgradient zwischen der 35 Temperatur der homogenen Schmelze und der Kokillentemperatur ist zu klein, die Einstellung des thermodynamischen Gleichgewichts kann nicht verhindert werden. Somit ergibt sich eine Gleitschicht mit einer homogenen, geseigerten Struktur; es wird ein aus zwei Schichten bestehendes, tribologisch nicht verwendbares Sandwich erzeugt, das außerdem noch eine schlechte Bindung zum Träger aufweist.

Es sind aus DE-PS 21 30 421 und DE-OS 22 41 628 auch bereits Verfahren zur Herstellung eines 40 Verbundmetallstreifens bekannt, bei welchem geschmolzenes Aluminium durch eine Öffnung im Boden des Schmelztiegels hindurchtritt und geschmolzenes Blei in einem dünnen, fadenartigen Strom durch das geschmolzene Aluminium hindurch ebenfalls in die Bodenöffnung des Schmelztiegels geführt wird. Das in der Bodenöffnung des Schmelztiegels gebildete Schmelzgemisch von z.B. Aluminium und Blei wird dann mittels Gasstrahlen durchgewirbelt und vermischt und auf die obere Oberfläche des vorbeigeführten 45 Substrats geblasen. Eine auf diese Weise gebildete Funktionsschicht ist noch in starkem Maße inhomogen, wobei die Bleiteilchen aufgrund ihrer sehr viel größeren Dichte dazu neigen, bei Auftreffen des durchwirbelten Stromes von Schmelzgemisch auf die Oberfläche des Substrats in starkem Maße zu seigern und zu koagulieren.

Bei einem aus DE-AS 22 63 268 bekannten Verfahren wird ein Schmelzgemisch aus Blei und so Aluminium mittels eines in Art eines Saughebers ausgebildeten Rotors in Form feiner Teilchen seitlich abgeschleudert und an einer Prallwand abgeschreckt und zu schuppenförmigem Material verfestigt (Splat cooling). Dieses Material läßt sich jedoch aufgrund seiner schuppenartigen (blättchenförmigen) Struktur weder durch Strangpressen noch durch Pulverwalzen zu einem plattierfähigen Werkstoff verarbeiten. Bei der Herstellung von Formteilen unter Druck und Temperatur (mittels isostatischem Pressen) tritt wiederum 55 Entmischung auf, die zu starker Inhomogenität und damit zur Unbrauchbarkeit so hergestellter AlPb-Massivlager führt.

In der DE-OS 17 75 322 wird ein Gleitlager oder Material zu seiner Herstellung geschildert, das aus Al-Legierungen (z.B. Dispersionslegierungen auf der Basis AlPb, AISn) besteht, wobei der Al-Werkstoff, der 2

AT 398 784 B später auf Stahl als Träger aufplattiert wird, durch ein Pulverwalzverfahren hergestellt ist. Das auf diese Weise hergesteilte Al-Lagerwerkstoffmaterial weist aufgrund der Verdichtung durch das Pulverwalzen und der sich weiterhin anschließenden Walz- und Plattieroperation eine zeilige Anordnung der weichen Minoritätsphase (z.B. Pb) auf. Solch zeilige Struktur ist jedoch für auf Wechsellast beanspruchte Gleitlager von 5 erheblichem Nachteil, da sich an den Zeilen infolge innerer Kerbwirkung Dauerrisse bilden.

In der WO 87/04377 wird ein Verfahren beschrieben, mit dessen Hilfe ein 1 bis 5 mm dickes AiPb-Band hergestellt und auf Stahl als Trägerwerkstoff aufplattiert wird. Die hier beschriebene feine Bleiverteilung wird in der Praxis jedoch nicht erreicht, da durch das Waizplattieren das Blei zeilig gestreut wird und sich auch bei anschließender Wärmebehandlung nicht mehr globular einformt. Darüber hinaus zeigt sich, daß bei io Bändern in Dicken über 0,5 mm bereits Entmischungen auftreten.

Dieser Nachteil soll gemäß der DE-OS 37 30 862 vermieden werden, indem durch Benutzung eines der WO 87/04377 ähnlichen Melt-Spin-Verfahrens eine AIPb-Folie von 0,5 mm maximaler Dicke mit extrem feiner, globularer Pb-Verteilung hergestellt wird. Gemäß dieser DE-OS 37 30 862 wird die Gleitschicht kontinuierlich aus der Legierung gegossen und sofort anschließend an das Gießen in kontinuierlichem 75 Durchlauf einer Abkühlung mit für die Verhinderung von Teilchenwachstum der unmischbaren metallurgischen Komponenten über Teilchendimensionen von 0,01 bis 1 um, vorzugsweise <1 um, hinaus ausreichend hoher Erstarrungsgeschwindigkeit unterzogen. Die so hergestellte Gleitschicht wird dann unter Vermeidung von Walzeoperationen durch Ultraschall-Schweißen, Löten oder Kleben auf eine Trägerschicht aufgebracht. Die in der DE-OS 37 30 862 beschriebene Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens 20 weist einen Tiegel zum Erschmelzen und/oder Gießbereithalten einer Legierung in Form eines mit Mischungslücke behafteten metallurgischen Zwei- oder Mehrkomponentensystems, eine an den Tiegel angeschlossene Gießeinrichtung zum Ausgießen eines Bandes aus der .Legierung, ferner Einreichungen zum Auffangen des ausgegossenen Bandes und zum Abführen aus der Gießstelle sowie Kühleinrichtungen für das die Gießstelle verlassende, gegossene Legierungsband auf. 25 Es hat sich aber gezeigt, daß das Ultraschall-Schweißen zum einen ein aufwendiges und keineswegs sicheres Verbindungsverfahren ist, die Verfahren des Lötens oder Klebens aber nicht geeignet sind, das für die Herstellung von Gleitlagern benötigte Halbzeug durch ein Bandverfahren herzustellen.

Aus der US-PS 4 326 579 ist bereits bekannt, daß zwei verschiedene Metallschichten dadurch miteinander fest verbunden werden können, daß beide Schichten gleichzeitig gegossen und in noch 30 flüssigem Zustand miteinander verbunden werden. Für das bei der Lehre der DE-OS 37 30 862 auftretende Problem, eine zu gießende Schicht mit einem festen Träger sicher zu verbinden, ist die US-PS 4 326 579 nicht anwendbar.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verfahren der eingangs genannten Art sowie die Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine sichere Verbindung zwischen der 35 Gleitschicht und der Trägerschicht hergestellt wird.

Dies wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Legierung oder Legierungen in Form eines metallurgischen Zwei- oder Mehrkomponentensystems auf ein die Trägerschicht bildendes, festes, vorzugsweise bandförmiges, metallisches Substrat kontinuierlich als Flüssigkeitsfilm mit definierter Schichtdicke in einer oder mehreren aufeinanderfolgenden Stufen aufgegos-40 sen und sofort anschließend zusammen mit dem Substrat unter Verbindung mit dem Substrat mit großer Erstarrungsgeschwindigkeit gekühlt wird bzw. werden.

Um einen Schichtwerkstoff zu erzeugen, dessen Gleitschicht (Funktionsschicht) aufgrund des quasi amorphen Zustandes ihres Matrixwerkstoffes und aufgrund der im wesentlichen gleichmäßigen, globularen Verteilung der Minoritätsphase mit wesentlich verbesserten Eigenschaften ausgestattet ist (hohe Festigkeit, 45 hohe Duktilität und hohe Zähigkeit der Funktionsschicht), ist eine sehr hohe Abkühlrate erforderlich. Durch die hohe Abkühlrate wird nämlich eine gleichmäßige globulare Verteilung der dispergierten Metallkomponente (Minoritätsphase) in der Matrix der Schmelze eingefroren, die bei Legierungen dieser Art auftretende Entmischung wird auf ein Mindestmaß herabgesetzt. Überraschenderweise kann nun diese hohe Abkühlrate auch dann erreicht werden, wenn die Schmelze nicht direkt auf z.B. eine stark zwangsgekühlte Walze so gegossen wird, sondern wenn sie auf eine Trägerschicht gegossen wird. Trotz der notwendigen hohen Abkühlrate bleibt aber immer noch genug Zeit, daß sich die Gleitschicht mit der Trägerschicht fest verbindet.

Ebenso wie bei dem Verfahren gemäß der DE-OS 37 30 862 kann die Legierung bzw. können die Legierungen auf schmelzmetallurgischem Wege hergestellt und dabei sowie bei ihrer Bereithaltung zum 55 Vergießen bei einei Temperatur oberhalb der dem System und der Zusammensetzung entsprechenden Entmischungstemperatur gehalten werden. Um eine feine globulare, möglichst gleichmäßige Verteilung der Minoritätsphase in der Matrix zu erreichen, können der zu vergießenden Legierung bzw. den zu vergießenden Legierungen dem jweiligen Legierungstyp angepaßte Keimbildner, beispielsweise P, B, Ti, Si, Boride, 3

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Nitride und Oxide; einzeln oder zusammen, in einem Gewichtsanteil zwischen 0,1 und 3,5 % zugesetzt werden. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß sehr schnelle eine große Anzahl feinster Teilchen der Minoritätsphase gebildet werden, die sich aber gegenseitig am Wachstum hindern, sodaß auch mit in der Praxis noch erzielbaren hohen Abkühlungsraten eine sehr feine, globulare Verteilung der beim Abkühlen 5 erstarrenden Matrix erreicht wird. Dabei kommen insbesondere Systeme mit Blei als Minoritätsphase in Betracht, beispielsweise AlPb, FePb, CuPb, MnPb, NiPb, eventuell auch CrPb oder CoPb. Daneben kommen auch ähnliche Systeme mit Zinn, Wismut oder Antimon als Minoritätsphase in Betracht, wie AISn, AIBi, AlSb, CrSn.

Es ist zweckmäßig, die gewünschte Dicke des Flüssigkeitsfilmes durch Regelung der Vorschubge-io schwindigkeit des festen, metallischen Substrates und/oder durch Dosierung des erschmolzenen Legierungsstromes aus dem Tiegel einzustellen; diese Einstellung kann aber auch durch Veränderung der Geometrie der Ausflußstelle der Legierung oder durch Einstellung des Abstandes zwischen Ausflußstelle der Legierung und Oberfläche des festen metallischen Substrates vorgenommen werden.

Es ist weiters zweckmäßig, die Abkühlgeschwindigkeit der aufgegossenen Schicht durch Regelung der 15 Vorschubgeschwindigkeit des festen metallischen Substrates und/oder durch Dosierung des erschmolzenen Legierungsstromes aus dem Tiegel einzustellen; es ist aber auch möglich, diese Einstellung durch Einstellung des Abstandes zwischen Ausflußstelle der Legierung und Oberfläche des Substrates vorzunehmen.

Das Aufgießen der Gleitschicht kann in einer oder auch in mehreren Stufen erfolgen. Ein mehrstufiges 20 Aufgießen würde vorsehen, daß durch mehrfaches, aufeinanderfolgendes Begießen und zwischenzeitliches Abkühlen des Substratbandes eine Gesamtschicht aus mehreren Einzelschichten aufgebaut wird. Es wird also zunächst ein erster dünner Film aufgegossen und sofort anschließend rasch und wirksam abgekühlt. Nach dem Erstarren des ersten aufgegossenen Filmes wird über diesen ein zweiter Film aufgegossen und ebenfalls wieder rasch zum Erstarren gebracht. Dabei kann die Gesamtschicht aus Einzelschichten 25 unterschiedlicher Dicken hergestellt werden. Die einzelnen Schichten können auch aus in ihrer jeweiligen Zusammensetzung abgewandelten Legierungen gegossen werden. Durch Änderung der Zusammensetzung der Legierung und/oder durch Änderung der Abkühlbedingungen können die einzelnen Schichten mit verschiedenen Gefügen hergestellt werden. Um eine möglichst feste Verbindung zwischen der Trägerschicht und der Gleitschicht zu erzielen, ist es zweckmäßig, daß das Substrat vor dem Begießen auf eine 30 entsprechend den Abkühlparametern und entsprechend der Haftungsbildung ausgelegte Temperatur gebracht wird.

Mit dem erfindungsgmäßen Verfahren lassen sich ohne weiteres auch Dreistoff-Gleitlager herstellen. Dies läßt sich erreichen, indem für das zu begießende Substratband ein Band benutzt wird, auf das vor dem Aufgießen der Gleitschicht eine Zwischenschicht mit guten Gieiteigenschaften aufgebracht wird. 35 Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können solche Bänder einen Stahlrücken haben; die Zwischenschicht kann aus einer der folgenen Legierungen bestehen: - Kupfer-Blei-Legierungen, beispielsweise

Pb 9 bis 25%, Sn 1 bis 11%, Fe, Ni, Mn kleiner/gleich 0,7%, Rest Cu; - Kupfer-Aluminium-Legierungen, beispielsweise 40 AI 5 bis 8%, Rest Cu; - Aluminium-Zinn-Legierungen, beispielsweise

Cu 0,5 bis 1,5%, Sn 5 bis 23%, Ni 0,5 bis 1,5%, Rest AI; - Aluminium-Nickel-Legierungen, beispielsweise

Ni 1 bis 5%, Mn 0,5 bis 2%, Cu kleiner/gleich 1%, Rest AI; 45 - Aluminium-Zink-Legierungen, beispielsweise

Zn 4 bis 6%, Si 0,5 bis 3%, Cu bis 2%, Mg bis 1%, Rest AI.

Es hat sich perausgestellt, daß auf diese Weise ein Schichtwerkstoff aus Stahl/Zwischenschicht mit aufgegossener Funktionsschicht sicher und fortlaufend hergestellt werden kann.

Zur Erhöhung der Festigkeit der Matrixwerkstoffe und Anhebung des Verschleißwiderstandes können so den Schmelzen noch weitere Elemente beigegeben werden. So hat sich gezeigt, daß man einer AlPb-Dispersionslegierung noch etwa 1 bis 4 Gew.-% Silicium, 0,2 bis 1 Gew.-% Mg und 0,1 bis 1,5 Gew.-% Co beigeben kann, um eine verschleißfeste Funktionsschicht zu erhalten. Zur Verbesserung des Korrosionswiderstandes der Minoritätsphase Blei empfiehlt sich darüberhinaus eine Zugabe von 0,5 bis 3 Gew.-% Zinn. Bei Legierungen auf Kupferbasis wie CuPb22 werden üblicherweise 0,5 bis 2 Gew.-% Sn und 0,2 bis 1 55 Gew.-% Fe zugegeben.

Zur Verbesserung der Bindungsfestigkeit zwischen Gleitschicht und Zwischenschicht kann ggf. eine Bindungs- bzw. Diffusionssperrschicht zwischen Gleitschicht und Zwischenschicht z.B. aus Ni, Zn, Fe, Co (insbesondere bei Legierungen auf Kupferbasis) sowie auch NiSn, CuZn, Co, CuSn (insbesondere bei 4

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Aluminiumlegierungen) sinnvoll sein.

Um eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einsetzen zu können, ist erfindungsgemäß vogesehen, daß die Gießeinrichtung (Auslaß, Gießfließvorrich-tung) zur Ausbildung eines folienförmigen dünnen Bandes als Auflage auf ein Substrat (Metailband) ausgebildet ist und die Kühieinrichtungen eine zwangsgekühlte Widerlagerfläche (Zylinder, Walze, Füh-rungs- und Transportbahn) für das zu begießende Substrat (Metallband) sowie auf die freie Oberfläche des aufgegossenen Filmes gerichtete, hochwirksame Kühleinheiten (Düsenanordnung, Kühlwalzen) enthalten.

Wie bereits mehrfach erwähnt, ist es wichtig, daß eine hohe Abkühlrate erzielt wird. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sehen daher vor, daß unter der Gießeinrichtung eine gekühlte Walze als Träger für das zu begießende Substrat (Metallband) angeordnet und mit einer der gewünschten Abtransportgeschwindigkeit des Filmes aus der Gießstelle entsprechenden, vorzugsweise regelbaren Umdrehungsgeschwindigkeit angetrieben ist; daß eine Düsenanordnung für Kühlmittel im Bereich der Widerlagerfläche für das Substrat (Metallband) in Transportrichtung hinter der Gießstelle vorgesehen ist; daß in Transportrichtung hinter der Gießstelle eine auf die freie Oberfläche des Filmes greifende Kühlwalze gegenüberliegend zur Widerlagerfläche (Zylinder, Walze, Führungs- und Transportbahn) angeordnet ist; und/oder daß eine Anordnung von mehreren zwangsgekühlten Kühlwalzen zum Hindurchführen des begossenen Substrates (Metallband) hinter der Gießstelle vorgesehen ist, wobei vorzugsweise zwischen in Transportrichtung hintereinander angeordneten Kühlwalzen auf das begossene Substrat gerichtete Kühldüsen angeordnet sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist unter der Gießeinrichtung eine stark zwangsgekühlte Führungs- oder Transportbahn als Träger für das zu begießende Substrat (Metallband) angeordnet und mit einer der gewünschten Abtransportgeschwindigkeit des Filmes aus der Gießstelle entsprechenden, vorzugsweise regelbaren Laufgeschwindigkeit angetrieben, während die Gießeinrichtung eine sich quer über die Führungs- oder Transportbahn erstreckende Gießfließ-Vorrichtung aufweist, unter der sich die Führungs- oder Transportbahn bzw. das auf diese gelegte Substrat (Metallband) in einem festgelegten, vorzugsweise einstellbaren, Abstand mit festgelegter, vorzugsweise einstellbarer, Geschwindigkeit hindurchbewegt. Dabei ist es zweckmäßig, wenn zwei oder mehr Gießfiieß-Vorrichtungen in festgelegtem gegenseitigen Abstand in Transportrichtung der Führungs- oder Transportbahn hintereinander angeordnet sind, wobei gegebenenfalls zwischen aufeinanderfolgenden Gießfließ-Vorrichtungen und in Transportrichtung hinter der letzten Gießfließ-Vorrichtung auf die freie Oberfläche des gegossenen Filmes einwirkende Kühleinheiten, beispielsweise Kühlmitteldüsen, angeordnet sind.

Mit solchen Gießfließ-Vorrichtungen läßt sich besonders günstig eine Gleitschicht in mehrstufigem Aufbau auf ein Substrat aufgießen.

Eine andere Möglichkeit zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art zunächst die Gleitschicht frei von der Trägerschicht gegossen und anschließend nach dem Abkühlen auf die Trägerschicht aufgebracht wird, wobei erfindungsgemäß die Gleitschicht mittels eines Laserstrahl-Fügeverfahrens auf die Trägerschicht aufgeschweißt wird.

Soll ein Dreistoff-Gleitlager hergestellt werden, so kann auch in diesem Fall ein vorbeschichtetes Band als Trägerwerkstoff für die gegossene Gleitschicht-Folie benutzt werden.

Um eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Durchführung dieses Verfahrens einsetzen zu können, soll - ebenso wie gemäß der DE-OS 37 30 862 - die Gießeinrichtung (Auslaß) zur Ausbildung eines filmförmigen dünnen Bandes ausgebildet sein und sollen die Kühleinrichtungen eine zwangsgekühlte Auffangfläche (Zylinder) für die zu gießende Folie sowie auf die freie Oberfläche der gegossenen Folie gerichtete, hochwirksame Kühleinheiten (Düsenanordnung, Kühlwalzen) enthalten; erfindungsgemäß ist dann bei dieser Vorrichtung in Transportrichtung der Folie hinter der Gießstelle und einer ersten Kühleinrichtung (Düsenanordnung) eine Laserstrahl-Fügevorrichtung (Laserstrahl-Bündel), vorgesehen, in der die gegossene erstgekühlte Legierungsfolie über eine erste zwangsgekühlte Walze und das Substratband über eine zweite zwangsgekühlte Walze zusammengeführt werden und ein Laserstrahl-Bündel in den Vereinigungsspalt dieser beiden Walzen zum kontinuierlichen festen Verbinden gerichtet ist.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Beschickung der Gießstelie mit der erschmolzenen Legierung und deren mengenmäßige Dosierung über einen auf die Oberfläche der im Tiegel befindlichen Legierungsschmelze wirkenden, regelbaren Druck eines Schutzgases durchgeführt.

Es ist zweckmäßig, wenn die Gießstelle mit einer Schutzgas zuführenden und über der Gießstelle haltende Einrichtung (Schutzgashaube) versehen ist oder wenn diejenigen Vorrichtungsbereiche, in welchen das Gießen und Abkühlen der Legierungsfolie oder des Legierungsfilmes erfolgen, mit Schutzgas zuführenden und in diesen Vorrichtungenbereichen haltenden Einrichtungen (Schutzgashaube) versehen sind. 5 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen stark vergrößerten Teilschnitt aus einem Schichtwerkstoff mit aufgegossener Gleitschicht aus Dispersionslegierung; Fig. 2 einen stark vergrößerten Teilschnitt aus einem Schichtwerkstoff gemäß einer anderen Ausführungsform; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Herstellungsvorrichtung; Fig. 4 eine schematische Darstellung einer gegenüber Fig. 3 abgewandelten Herstellungsvorrichtung; Fig. 5 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Herstellungsvorrichtung; Fig. 6 eine schematische Darstellung einer gegenüber Fig. 5 abgewandelten Herstellungsvorrichtung; Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der Herstelluhgsvorrichtung in schematischer Darstellung und Fig. 8 einen stark vergrößerten Teilschnitt aus einem mit einer Herstellungsvorrichtung gemäß Fig. 7 hergestellten Schichtwerkstoff mit aufgelöteter Gleitschicht aus Dispersionsiegierung. Die Figur 1 zeigt einen stark vergrößerten Teilschnitt aus einem Schichtwerkstoff 10, mit aufgegossener Gleitschicht 13 aus Dispersionslegierung AIPb8Si4SnCu und einer Zwischenschicht 12 aus AIZn5SiCuPbMg mit einem Trägerwerkstoff 11 aus Stahl. Die Funktionsschicht 13 enthält eine quasi-amorphe Aluminiummatrix und in dieser globular fein verteilte Bleiteilchen, von welchen überhaupt nur die größeren Bleiteilchen 14 in der Darstellung der Figur 1 in Erscheinung treten und Dimensionen in der Größenordnung von 10-2 um haben. Die große Menge der Bleiteilchen ist kleiner und bei der in Figur 1 gewählten Vergrößerung nicht sichtbar. Die große Menge der Bleiteilchen ist nicht zuletzt dadurch hervorgerufen, daß der Dispersionslegierung ein dem Legierungstyp angepaßter Keimbildner, beispielsweise P, B, Ti, Si, Borid, Nitrid oder Oxid in einem Gewichtsanteil von beispielsweise 2% zugesetzt worden ist. Hierdurch wurde in der Dispersionslegierung dank der Keimbildner eine sehr große Menge sehr feiner Bleiteilchen erzeugt, die sich beim Gießen und Kühlen der Gleitschicht 13 gegenseitig am Wachstum behindert haben. Durch sehr rasches Abkühlen oder Abschrecken mit einer Abkühlgeschwindigkeit in der Größenordnung von 102 bis 106 K/s ließ sich die große Menge der Bleiteilchen so fein halten, daß ihre Dimensionen unterhalb von 10-2 um liegen. Sowohl bei den größeren Bleiteilchen 14 als auch bei den nicht sichtbaren kleineren Bleiteilchen konnte durch die sehr rasche Abkühlung bzw. Abschreckung der gegossenen Gleitschicht 13 die Seigerung der Bleiteilchen stark vermindert werden. In der Aluminiummatrix der Gleitschicht 13 ist durch Einfluß von Kristallisationshemmern (Glasbildnern), für die beispielsweise Si, B, P, Fe, Co oder Ti einzeln oder in Gemischen mit einem Gewichtsanteil von 0,2 bis 2% in Betracht kommen, und durch die sehr rasche Abkühlung der gegossenen Gleitschicht 13 die bisher für Aluminiumlegierungen typische Kristallisation des Aluminiums erheblich vermindert worden. Die Zwischenschicht 12 zeigt im Unterschied zur Gleitschicht 13 eine für gegossene Aluminiumlegierungen typische Struktur. Im Beispiel der Figur 2 handelt es sich um einen Schichtwerkstoff 10 mit Trägerschicht 11 aus Stahl und Gleitschicht 13 als Funktionsschicht aus Aluminum/Blei-Dispersionslegierung AIPb10Si7SnCu, d.h. mit einem Bleigehalt von 10 Gew.-% und einem Gehalt von 7 Gew.-% an Silicium, das in diesem Fall sowohl als Keimbildner für die Minoritätsphase Blei als auch als Kristallisationshemmer im Aluminium wirkt. Wie aus der Figur 2 erkennbar ist, befinden sich in der quasi-amorphen Aluminiummatrix der Funktionsschicht 13 dispergierte Bleiteilchen in globular feiner Verteilung, wobei wiederum nur die größeren Bleiteilchen 15 mit Größendimension bei 10-2 um erkennbar sind. Das Silicium ist zum größten Teil als Glasbildner in der quasi-amorphen Aluminiummatrix gelöst und zum kleineren Teil als Keimbildner in die Minoritätsphase Blei aufgenommen. Das Zinn ist im wesentlichen als Korrosionsschutz in das Blei aufgenommen. Die Zwischenschicht 16 besteht in diesem Beispiel aus einer Dispersionslegierung CuPb22Sn und weist im dargestellten Beispiel die für diese Dispersionslegierung typische Verteilung der Bleiteilchen 17 auf. Eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines oben beschriebenen Schichtwerkstoffes mit Gleitschicht 13 aus Legierungen mit Mischungslücke ist in zwei Varianten in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Die Legierung bzw. die Dispersionslegierung wird aufgeschmolzen und in einen Tiegel 21 eingegeben, der an seinem unteren Ende einen Auslaß 22 für einen feinen Strahl 23 der Schmelze aufweist. Wie durch den Pfeil 24 angedeutet, wird dem Tiegel 21 von der Oberseite her ein unter Druck stehendes Gas zugeführt, das sich gegenüber der Schmelze inert verhält und sich auch möglichst wenig in der Schmelze löst. Der Tiegel 21 ist in den dargestellten Beispielen von einer Induktionsspule 25 umgeben, mit der die Schmelze auf einer vorher festgelegten Temperatur gehalten wird, bei der sie ausreichend flüssig ist, um durch den Auslaß gepreßt zu werden und einen feinen Strahl 23 zu bilden. Sofern eine Dispersionslegierung zu verarbeiten ist, kann der Tiegel 21 zusätzlich Rühreinrichtungen oder Vibrationseinrichtungen aufweisen, die das Schmelzegemisch der Dispersionslegierung fortwährend intensiv durchmischen und in feiner 6 55

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Verteilung ihrer Mischungsbestandteile halten. Diese Mischeinrichtungen oder Vibrationseinrichtungen sind einfachheitshalber in den Figuren 3 und 4 nicht dargestellt.

Die Trägerschicht 11 wird in Form eines Metallbandes 40 von einer Haspel abgewickelt und um einen stark zwangsgekühlten Zylinder 26 geschlungen. Bevor das Metallband 40 den Zylinder 26 erreicht, durchläuft es eine Oberflächen-Reinigungs- und -Entoxidationsvorrichtung 41, beispielsweise Bürsteneinrichtung, um sicherzustellen, daß die zu beschichtende Oberfläche des Metallbandes 40 frei von Oxiden ist. Zur weiteren Vorbereitung für das Begießen läuft das Metallband 40 durch eine Temperiervorrichtung 43, um die sofortige Bindung der aufgegossenen Legierung mit der Oberfläche des Metallbandes 40 sicherzustellen. Um den so eingestellten Zustand bis zum Begießen beizubehalten, wird das Metallband 40 unter einer Schutzgasatmosphäre, was durch die Schutzgasglocke 42 angedeutet ist, bis zum Austritt des Tiegels 21 geführt. Auch das Begießen selbst und das anschließende Kühlen finden in diesem Beispiel unter der Schutzgasglocke 42 statt.

Der aus dem Tiegel nach unten ausgepreßte dünne, band- oder flächenförmige Strahl 23 aus geschmolzener Legierung oder Schmelzegemisch einer Dispersionslegierung trifft im Beispiel der Figur 3 mit einem spitzen Winkel d auf die Oberfläche des Metallbandes 40. Der Winkel ύ ist dabei so gewählt, daß sich der Strahl 23 ohne seitliches Abspritzen oder Zurückspritzen auf der Oberfläche des Metallbandes 40 sofort in Art eines dünnen Filmes 20 verteilt. Die Abkühlung erfolgt dabei in erster Linie von dem Zylinder 26 her. Um jedoch auch die freiliegende, beschichtete Seite des Schichtwerkstoffes 10 intensiv zu kühlen, ist im Beispiel der Figur 3 vorgesehen, daß mittels einer Düsenanordnung 27 Strahlen 28 von kaltem Gas oder kalter Flüssigkeit auf die Schicht 20 gelenkt werden. Von dem Zylinder 26 wird der Schichtwerkstoff 10 mittels eines Bandabnehmers 29 abgenommen.

Die Abkühigeschwindigkeit der Schicht 20 auf der gekühlten· Walze 26 unter Gegenwirkung der Kühlstrahlen 28 liegt oberhalb 102 K/s bis zu etwa 106 K/s. Dementsprechend wird eine echte Legierung, die den Film 20 bildet, in quasi-amorphem Zustand gehalten, insbesondere wenn der Legierung Kristallisierungshemmer (Glasbildner) beigegeben sind. Wird eine Dispersionslegierung mit Mischungslücke ihrer Bestandteile verarbeitet, so ergibt sich ein Film 20, in welchem der die Matrix bildende Bestandteil der Dispersionslegierung sich in quasi-amorphem Zustand befindet, während der in dieser Matrix dispergierte Bestandteil (Minoritätsphase) globular fein in der Matrix verteilt ist.

In der Arbeitsweise gemäß Figur 4 wird das Schmelzegemisch einer Dispersionslegierung in einen Tiegel 21 gegeben und in diesem entsprechend dem Pfeil 24 mittels eines gasförmigen Mediums unter Druck gesetzt. Der Tiegel 21 läßt an seinem unteren Ende aus einem Auslaß 22 die Schmelze bzw. das Schmelzegemisch in einem Strahl 23 in den Spalt 30 eintreten, der zwischen dem über eine Walze 31 geführten Metallband 40 und einer gegenübergesetzten Walze 32 gebildet ist. Beide Walzen 31 und 32 sind stark zwangsgekühlt. Die Weite des Walzenspaltes 30 ist entsprechend der gewünschten Dicke der herzustellenden Schicht 20 eingestellt. Wie in Figur 4 angedeutet ist, bildet sich vor dem Spalt 30 eine kleine Ansammlung von Schmelze oder Schmelzegemisch, ohne daß an dieser Stelle eine nennenswerte Verzögerung in der Überführung der Schmelze bzw. des Schmelzegemisches vom Auslaß 22 des Tiegels 21 in den Spalt 30 eintreten soll. Die beiden Walzen 31 und 32 üben somit keine nennenswerte Druckwirkung auf den zu bildenden Schichtwerkstoff aus, sondern lediglich eine gewisse glättende Wirkung an der Oberfläche der entstehenden Schicht 20. Ferner wird durch die kleine Materialansammlung am Spalt 30 eine Verteilung der Schmelze bzw. des Schmelzegemisches in axialer Richtung der Walzen 31 und 32 vorgenommen, so daß auch Bänder größerer Breite als im Beispiel nach Figur 3 herstellbar sind. Um dieses axiale Verteilen der Schmelze bzw. des Schmelzegemisches längs des Spaltes 30 zu erleichtern, ist der Tiegel 21 in einer Schräglage mit dem Winkel Θ angeordnet, um auf diese Weise die im Tiegel 21 unter Druck gesetzte Schmelze bzw. das Schmelzegemisch direkt in den Spalt 30 zu Spritzen.

Die Oberfläche der Walze 32 ist so gestaltet, daß sie praktisch keine Bindung mit der geschmolzenen Legierung oder einem der Bestandteile einer zu verarbeitenden Dispersionslegierung eingeht. Um den im Spalt 30 gebildeten Film 20 auf der Oberfläche des Metallbandes 40 zu halten, ist die obere Walze 32 mit einem Bandabnehmer 33 ausgestattet. Um den am Ausgang des Spaltes 30 gebildeten Film 20 auf der freiliegenden Oberfläche zu kühlen, ist zunächst eine Kühldüse 34 vorgesehen, die einen Strahl von kaltem gasförmigem oder flüssigem Medium gegen den Ausgang des Spaltes 30 richtet.

Das Metallband 40 wird weiterhin durch die Kühlwalze 31 gekühlt, um eine zusätzliche Kühlung des Filmes 20 vom Metallband 40 her zu bewirken bzw. ein Nachwärmen des Filmes 20 vom Metallband 40 her zu vermeiden.

Der Kühlwalze 31 ist eine dritte Kühlwalze 35 gegenübergestellt, die stark zwangsgekühlt ist, um den Film 20 an der von der Walze 32 und dem Kühlmittelstrahl aus der Düse 34 abgeschreckten Seite weiter zu kühlen. Hinter der dritten Kühlwalze 35 ist noch eine vierte Kühlwalze 36 vorgesehen, die das Metallband mit dem Film 20 von der Walze 31 übernimmt. Um eine wirksame Auflage des Filmes 20 auf der 7

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Oberfläche der vierten Kühlwalze 36 zu erzwingen, ist eine ebenfalls gekühlte Umlenkwalze 38 der vierten Kühlwalze 36 gegenübergestellt. Von der vierten Kühlwalze 36 wird dann das Band von Schichtwerkstoff 10 mittels eines Bandabnehmers 39 abgenommen. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist eine zweite Kühldüse 34' zwischen den Kühlwalzen 35 und 36 und eine dritte Kühldüse 34" zwischen den Walzen 31 und 38 angeordnet.

Gegenüber der Arbeitsweise nach Figur 3 ist in dem Beispiel gemäß Figur 4 eine noch weitere Intensivierung des Kühlungsvorganges vorgenommen, so daß dem in die Gleitschicht 13 übergehenden Rim 20 Kühlraten in der Größe zwischen 103 K/s bis 10ε K/s erzielt werden. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, auch Schichten 20 größerer Dicke, beispielsweise von 0,5 mm Dicke, herzustellen und auf ihrer gesamten Dicke so intensiv abzuschrecken, daß der amorphe Zustand des metallischen Werkstoffs während des Kühlvorganges eingefroren wird.

Schließlich bietet die Arbeitsweise nach Figur 4 auch die Möglichkeit zur Herstellung breiterer Bänder, insbesondere bei Anordnung mehrerer Tiegel 21 nebeneinander längs des Spaltes 30.

Das nach einer der Arbeitsweisen gemäß Figur 3 oder Figur 4 hergestellte Band von Schichtwerkstoff 10 wird dann auf einer nicht dargestellten Haspel aufgewickelt.

Falls ein Schichtwerkstoff 10 mit einer Zwischenschicht 12 oder 16 hergestellt werden soll, wird ein Metallband 40 in Form eines Laminats der Vorrichtung nach Figur 3 oder Figur 4 zugeführt, das bereits an der zu beschichtenden Seite mit dem Metall der Zwischenschicht belegt ist.

In den Beispielen der Figuren 5 und 6 wird das das zu begießende Substrat darstellende Metallband 40 mit der Geschwindigkeit v in der durch einen Pfeil angedeuteten Transportrichtung 44 über eine ggf. zwangsgekühlte Führungs- und Transportbahn 45 kontinuierlich hinwegbewegt. Oberhalb der Führungs- und Transportbahn 45 ist in einem Abstand eine zur Gießeinrichtung gehörende Gießfließ-Vorrichtung 46 angebracht. Die Anbringungshöhe der Gießfließ-Vorrichtung 46 oberhalb der Führungs- und Transportbahn 45 ist derart eingestellt, daß zwischen der im wesentlichen parallel zur Führungs- und Transportbahn 45 liegenden unteren Fläche der Gießfließ- Vorrichtung 46 und der oberen Fläche des auf der Führungs- und Transportbahn 45 liegenden Metallbandes 40 ein vorher festgelegter Abstand d ist, derart, daß Legierungsschmelze aufgrund ihrer Oberflächenspannung in dem so gebildeten Spalt im wesentlichen gegen Ausfließen festgehalten ist, wie dies im linken Teil der Rgur 5 erkennbar ist. An derjenigen Seite, an der sich das Metallband 40 unter der Gießfließ-Vorrichtung 46 herausbewegt, bildet sich durch die Haftung der Legierungsschmelze an der Oberfläche des Metallbandes 40 ein Film 20 aus, dessen Dicke 6 geringer als der Abstand d der unteren Fläche der Gießfließ-Vorrichtung 46 von der Oberfläche des Metallbandes 40 ist, aber aufgrund dieses Abstandes d, der Transportgeschwindigkeit v des Metallbandes 40 und aufgrund eines evtl, auf die Schmelze ausgeübten Druckes und des dadurch beeinflußten Volumenstromes V der Schmelze und der Abmessungen 1i , 12 der Gießfließ-Vorrichtung 46 reproduzierbar und berechenbar ist.

Der sich beim Verlassen der Gießfließ-Vorrichtung 46 auf dem Metallband 40 ausbildende Film 20 wird einerseits von dem gekühlten Metallband 40 her und andererseits durch evtl, auf die freie Oberfläche des Filmes 20 gerichtete Kühleinheiten, beispielsweise Gasstrahlen oder Flüssigkeitsstrahlen, sehr schnell abgekühlt, beispielsweise mit einer Abkühlgeschwindigkeit bei 102 bis 104 K/s.

Wie Figur 6 zeigt, eignet sich eine Gießeinrichtung mit Gießfließ-Vorrichtung 46 besonders vorteilhaft zum mehrstufigen Aufbau der Gleitschicht aus zwei oder mehr nacheinander auf das Substrat aufgegossenen Filmen 20 (hier 20a und 20b). Dieser zwei- oder mehrstufige Aufbau der Gleitschicht bietet den Vorteil, daß die sehr dünnen Legierungsfilme 20 entsprechend rasch abgekühlt werden können, so daß durchaus Kühlgeschwindigkeiten in der Größe von 103 bis 105 K/s erreichbar sein können. Zwischen den aufeinanderfolgenden Gießfließ-Vorrichtungen und hinter der letzten Gießfließ-Vorrichtung 46 können jeweils auf die freie Oberfläche des soeben frisch gebildeten Legierungsfilms 20 gerichtete Kühleinheiten, beispielsweise Düsenanordnungen 27, zur Erzeugung von Kühlmittelstrahlen 28 vorgesehen sein. In den Beispielen der Figuren 5 und 6 erstreckt sich die Gießfiieß-vorrichtung 46 quer über die Führungs- und Transportbahn 45, im allgemeinen rechtwinklig zur Vorschubrichtung 44. Es ist aber auch denkbar, die Gießfließ-Vorrichtung in einer Winkelstellung schräg über der Führungs- und Transportbahn 45 anzuordnen.

Im Beispiel der Figur 6 ist vorgesehen, die zur Beschichtung des Substrats bzw. des Metallbandes 40 gebildeten Filme 20 aus gleicher Legierung und in gleicher Dicke Si, 82 auszubilden. Dabei wird allerdings ein gewisser Strukturunterschied in den beiden aus den Filmen 20a und 20b entstandenen Teilschichten der Gleitschicht zu erwarten sein, weil die untere Teilschicht beim Aufgießen des zweiten Filmes 20b zumindest teilweise noch einmal aufgewärmt wird. Überhaupt bietet die Vorrichtung in ihrer Ausführungsform nach den Figuren 5 und 6 besonders günstige Steuerungsmögiichkeiten. So kann die definierte Dicke des Flüssigkeitsfilms durch Regelung der Vorschubgeschwindigkeit des festen, metallischen Substrats eingestellt werden. Auch die Abkühlgeschwindigkeit der aufgegossenen Schicht kann durch Regelung der Vorschubgeschwindigkeit des festen metalli- 8

AT 398 784 B sehen Substrats eingestellt werden. Die Einstellung der definierten Dicke des Flüssigkeitsfiims kann auch durch Veränderung der Geometrie der Ausflußstelle der Legierung vorgenommen werden, und zwar einmal durch Änderung des Abstandes d zwischen der Unterseite der Gießfließ-Vorrichtung 46 und der Oberfläche des Metallband es 40 und zum anderen auch durch Veränderung der Abmessungen der Gießfließ-Vorrichtung. Durch die Einstellung dieses Abstandes d zwischen der Unterseite der Gießfließ-Vorrichtung 46 und der Oberfläche des Metallbandes 40 kann auch die Abkühlgeschwindigkeit der aufgegossenen Schicht bzw. des aufgegossenen Filmes 20 beeinflußt und eingestellt werden.

In Figur 7 ist eine Ausführungsform der Vorrichtung dargestellt, bei der eine die Gleitschicht bildende Folie 47 zunächst unabhängig von dem Substrat bzw. Metallband 40 hergestellt und nach ihrem Abkühlen und Erstarren durch ein Fügen mit Hilfe eines Laserstrahls 48 mit dem Metallband 40 vereinigt wird. Bei dieser Vorrichtung wird die Legierung bzw. die Dispersionslegierung in geschmolzenem Zustand in einen Tiegel 21 eingegeben, der an seinem unteren Ende einen Auslaß 22 für einen Schmelzestrahl 23 aufweist. Dieser Schmelzestrahl 23 trifft direkt auf die Oberfläche eines stark zwangsgekühlten Zylinders 26 und bildet dort eine Folie 47, die von dem Zylinder 26 her sehr rasch gekühlt und unter einer Düsenanordnung 27 vorbeigeführt wird, von der Strahlen 28 von kaltem Gas oder kalter Flüssigkeit auf die freie Oberfläche der Folie 47 gelenkt werden. Die Dicke der Folie 47 läßt sich bestimmen durch die Umdrehungsgeschwindigkeit des Zylinders 26 und durch den im Inneren des Tiegels 21 mittels Inertgas aufgebauten Auspreß-druckes, wie dies durch den Pfeil 24 angedeutet ist. Das Aufgießen der Dispersionsiegierung oder Legierung auf die Oberfläche des Zylinders 26 erfolgt unter einem Winkei ύ, der derart eingerichtet ist, daß keine Teile der Legierung beim Auftreffen auf die Oberfläche des Zylinders 26 abspritzen. Die Oberfläche des Zylinders 26 ist derart ausgebildet, daß es zu keiner Bindung zwischen der aufgegossenen Legierung und der Zylinderoberfläche kommt, sondern lediglich zu einem intensiven Wärmeübergang.

Die Abkühlgeschwindigkeit der Folie 47 durch den zwangsgekühlten Zylinder 26 und die Gegenwirkung der Kühlstrahlen 28 liegt zwischen etwa 106 K/s und etwa 108 K/s bis zu etwa 109 K/s. Dementsprechend ist eine echte Legierung, die die Folie 47 bildet, im wesentlichen in amorphem Zustand gehalten. Wird eine Dispersionslegierung mit Mischungslücke ihrer Bestandteile in der angegebenen Weise zu einer Folie 47 verarbeitet, so ergibt sich in dieser Folie 47 eine Matrix in im wesentlichen amorphem Zustand, während der in dieser Matrix dispergierte Bestandteil globular außerordentlich fein verteilt ist. Die so gebildete Folie 47 wird an eine stark zwangsgekühlte Walze 32 übergeben. Von der Walze 32 wird die Folie 47 mittels eines Bandabnehmers 33 abgenommen. Dieser Walze 32 ist eine ebenfalls stark zwangsgekühlte Walze 31 gegenübergestellt, so daß ein Spalt 30 gebildet ist, in den die Folie 47 und ein um die Walze 31 geschlungenes bandförmiges Substrat, beispielsweise ein Metallband 40, zugeführt werden. In diesen Zuführungsspalt wird ein Laserstrahlbündel 48 mit einem Winkel a derart gerichtet, daß ein leichtes Aufwärmen an den zusammenlaufenden Oberflächen der Folie 47 und des Metallbandes 40 eintritt. Durch leichtes Zusammendrücken ohne nennenswerte Dickenreduzierung werden die Folie 47 und das Metallband 40 an den angewärmten Oberflächen miteinander verlötet. Die so vereinigten Bänder werden zwischen der Walze 31 und einer ihr gegenübergesteliten dritten Kühlwalze 35 weiterhin abgekühlt und einer vierten Kühlwalze 36 übergeben. Dieser vierten Kühlwalze 36 ist eine ebenfalls gekühlte Umlenkwalze 38 gegenübergestellt. Von der vierten Kühiwalze 36 wird dann das Band von Schichtwerkstoff 10 mittels eines Bandabnehmers 39 abgenommen. Gegenüber der Arbeitsweise nach den Figuren 3 und 4 sowie der Arbeitsweise nach den Figuren 5 und 6 ist notwendigerweise ein gewisses Aufwärmen der miteinander zu verlötenden Oberflächen vorzunehmen. Dadurch kommt es zu gewissen Strukturänderungen an den verlöteten Oberflächenbereichen, wie sie in Figur 8 dargestellt sind. Figur 8 zeigt einen Aufbau des Schichtwerkstoffs 10, der im wesentlichen demjenigen nach Figur 1 entspricht, also einen Schichtwerkstoff mit Trägerwerkstoff 11 aus Stahl, Zwischenschicht 12 aus AIZn5SiCuPbMg und Gleitschicht 13 aus Dispersionslegierung AIPb8Si4SnCu. Im Unterschied zu dem Schichtwerkstoff nach Figur 1 ist beim Schichtwerkstoff nach Figur 8 eine gewisse Strukturvergröberung in der Zwischenschicht 12 an der Verbindungsfläche 49 zur Gleitschicht 13 hin eingetreten. In der Gleitschicht 13 sind im Bereich der verlöteten Verbindungsfläche 49 zur Zwischenschicht 12 hin durch das für das Verlöten notwendige Aufwärmen etwas mehr größere Bieiteilchen 14 entstanden. Diese Strukturvergröberung und die Entstehung von etwas mehr größerer Bieiteilchen 14 können aber ohne weiteres in Kauf genommen werden, im Hinblick auf die Tatsache, daß durch die Herstellung der Gleitschicht 13 als Folie eine sehr viel schnellere Abkühlung der die Gleitschicht 13 bildenden Folie ermöglicht wird, so daß in der Gleitschicht 13 selbst die Aluminiummatrix sehr viel stärker amorphe Eigenschaften aufweist als im Beispiel der Figur 1, ein Unterschied, der allerdings bei der in der Figur 8 gewählten Vergrößerung nicht sichtbar ist. 9

Claims (26)

1. AT 398 784 B Bezugszeichenliste
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Dicke des Flüssigkeitsfilmes durch Regelung der Vorschubgeschwindigkeit des festen, metallischen Substrates und/oder durch Dosierung des erschmolzenen Legierungsstromes aus dem Tiegel eingestellt wird. 10 AT 398 784 B
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlgeschwindigkeit der aufgegossenen Schicht durch Regelung der Vorschubgeschwindigkeit des festen metallischen Substrates und/oder durch Dosierung des erschmolzenen Legierungsstromes aus dem Tiegel eingestellt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der gewünschten Dicke des Flüssigkeitsfilms durch Veränderung der Geometrie der Ausflußstelle der Legierung vorgenommen wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der gewünschten 70 Dicke des Flüssigkeitsfilmes durch Einstellung des Abstandes zwischen Ausflußstelle der Legierung und Oberfläche des festen metallischen Substrates vorgenommen wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlgeschwindigkeit der aufgegossenen Schicht durch Einstellung des Abstandes zwischen Ausflußstelle der Legierung und 75 Oberfläche des Substrates eingestellt wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch mehrfaches, aufeinanderfolgendes Begiessen und zwischenzeitliches Abkühlen des Substratbandes eine Gesamtschicht aus mehreren Einzelschichten aufgebaut wird. 20
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtschicht aus Einzelschichten unterschiedlicher Dicken hergestellt wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten 25 aus in ihrer jeweiligen Zusammensetzung abgewandelten Legierungen gegossen werden.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten durch Änderung der Zusammensetzung der Legierung und/oder durch Änderung der Abkühlbedingungen mit verschiedenen Gefügen hergestellt werden. 30

    10 - Schichtwerkstoff 11 - Trägerwerkstoff 5 12 - Zwischenschicht AIZn5SiCuPbMg 13 - Gleitschicht, Funktionsschicht 14 - Bleiteilchen 15 - Bleiteilchen 16 - Zwischenschicht CuPb22Sn 10 17 - Bleiteilchen 20 - Film 21 - Tiegel 22 - Auslaß 23 - Strahl 15 24 - Pfeil 25 - Induktionsspule 26 - Zylinder 27 - Düsenanordnung 28 - Strahlen 20 30 - Spalt 31 - Walze 32 - Walze 33 - Bandabnehmer 34 - Kühldüse 25 35 - dritte Kühlwalze 36 - vierte Kühlwalze . 38 - Umlenkwalze 39 - Bandabnehmer 40 - Metallband 30 41 - Oberflächen-Reinigungs- und -Entoxidationsvorrichtung 42 - Schutzgasglocke 43 - Temperiervorrichtung 44 - Transportrichtung 45 - Führungs- und Transportbahn 35 46 - Gießfließ-Vorrichtung 47 - Folie 48 - Laserstrahl-Bündel 49 - Verbindungsfläche 40 Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines Schichtwerkstoffes für Gleitelemente mit einer auf eine Trägerschicht aufgebrachten Gleitschicht aus mindestens einer Legierung in Form eines metallurgischen Zwei- oder Mehrkomponentensystems mit Mischungslücke (Monotektikum), wobei die Gleitschicht kontinuierlich 45 aus der Legierung gegossen und sofort anschließend an das Gießen in kontinuierlichem Durchlauf einer Abkühlung mit für die Verhinderung von Teilchenwachstum der unmischbaren metallurgischen Komponenten über Teilchendimensionen von 0,01 bis 1 um, vorzugsweise <1 um, hinaus ausreichend hoher Erstarrungsgeschwindigkeit unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung oder Legierungen in Form eines metallurgischen Zwei- oder Mehrkomponentensystems auf ein die Trägerschicht so bildendes, festes, vorzugsweise bandförmiges, metallisches Substrat kontinuierlich als Flüssigkeitsfilm mit definierter Schichtdicke in einer oder mehreren aufeinanderfolgenden Stufen aufgegossen und sofort anschließend zusammen mit dem Substrat unter Verbindung mit dem Substrat mit großer Erstarrungsgeschwindigkeit gekühlt wird bzw. werden.
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat vor dem Begießen auf eine entsprechend den Abkühlparametern und entsprechend der Haftungsbildung ausgelegte Temperatur gebracht wird.
12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß für das zu begießende Substratband ein Band benutzt wird, auf das vor dem Aufgießen der Gleitschicht eine Zwischenschicht . mit guten Gleiteigenschaften aufgebracht wird.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus einer der 40 folgenden Legierungen besteht: - Kupfer-Blei-Legierungen, beispielsweise Pb 9 bis 25%, Sn 1 bis 11%, Fe, Ni, Mn kleiner/gleich 0,7%, Cu Rest; - Kupfer-Aluminium-Legierungen, beispielsweise AI 5 bis 8%, Cu Rest,

    45 - Aluminium-Zinn-Legierungen, beispielsweise Cu 0,5 bis 1,5%, Sn 5 bis 23%, Ni 0,5 bis 1,5%, AI Rest; - Aluminium-Nickel-Legierungen, beispielsweise Ni 1 bis 5%, Mn 0,5 bis 2%, Cu kleiner/gleich 1%, AI Rest; - Aluminium-Zink-Legierungen, beispielsweise . 50 Zn 4 bis 6%, Si 0,5 bis 3%, Cu bis 2%, Mg bis 1%, AI Rest.
14. 14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Tiegel zum Erschmelzen und/oder Gießbereithalten einer Legierung in Form eines mit Mischungslücke behafteten metallurgischen Zwei- oder Mehrkomponentensystems, mit einer an den Tiegel angeschlossenen Gießeinrichtung 55 zum Ausgießen eines Bandes aus der Legierung, ferner mit Einrichtungen zum Auffangen des ausgegossenen Bandes und zum Abführen aus der Gießstelle sowie mit Kühleinrichtungen für das die Gießstelle verlassende, gegossene Legierungsband, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießeinrichtung. (Auslaß 22, Gießfließ-Vorrichtung 46) zur Ausbildung eines folienförmigen dünnen Bandes (20) als 11 AT 398 784 B Auflage auf ein Substrat (Metallband 40) ausgebildet ist und die Kühleinrichtungen eine zwangsgekühlte Widerlagerfläche (Zylinder 26, Walze 31, Führungs- und Transportbahn 45) für das zu begießende Substrat (Metallband 40) sowie auf die freie Oberfläche des aufgegossenen Films (20) gerichtete, hochwirksame Kühleinheiten (Düsenanordnung 27, Kühlwalzen 32, 35, 36) enthalten.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Gießeinrichtung eine gekühlte Walze (26, 31) als Träger für das zu begießende Substrat (Metallband 40) angeordnet und mit einer der gewünschten Abtransportgeschwindigkeit des Filmes (20) aus der Gießstelle entsprechenden, vorzugsweise regelbaren Umdrehungsgeschwindigkeit angetrieben ist.
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Düsenanordnung (27) für Kühlmittel im Bereich der Wideriagerfläche für das Substrat (Metallband 40) in Transportrichtung (44) hinter der Gießstelle vorgesehen ist.
17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in Transportrichtung (44) hinter der Gießstelle eine auf die freie Oberfläche des Filmes (20) greifende Kühlwalze (32) gegenüberliegend zur Widerlagerfläche (Zylinder 26, Walze 31, Führungs- und Transportbahn 45) angeordnet ist.
18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung von mehreren zwangsgekühlten Kühlwalzen (31, 32, 35, 36) zum Hindurchführen des begossenen Substrats (Metallband 40) hinter der Gießsteile vorgesehen ist, wobei vorzugsweise zwischen in Transportrichtung (44) hintereinander angeordneten Kühlwalzen (32, 35, 36) auf das begossene Substrat gerichtete Kühldüsen (34, 34') angeordnet sind.
19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Gießeinrichtung eine stark zwangsgekühlte Führungs- oder Transportbahn (45) als Träger für das zu begießende Substrat (Metallband 40) angeordnet und mit einer der gewünschten Abtransportgeschwindigkeit (v) des Filmes (20) aus der Gießstelle entsprechenden, vorzugsweise regelbaren Laufgeschwindigkeit angetrieben ist, während die Gießeinrichtung eine sich quer über die Führungs- oder Transportbahn (45) erstreckende Gießfiieß-Vorrichtung (46) aufweist, unter der sich die Führungs- oder Transportbahn (45) bzw. das auf diese gelegte Substrat (Metallband 40) in einem festgelegten, vorzugsweise einstellbaren, Abstand («) mit festgelegter, vorzugsweise einstellbarer, Geschwindigkeit (v) hindurchbewegt.
20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Gießfließ-Vorrichtungen (46) in festgelegtem gegenseitigem Abstand in Transportrichtung (44) der Führungs- oder Transportbahn (45) hintereinander angeordnet sind.
21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen aufeinanderfolgenden Gießfließ-Vorrichtungen (46) und in Transportrichtung hinter der letzten Gießfließ-Vorrichtung (46) auf die freie Oberfläche des gegossenen Films (20) einwirkende Kühleinheiten, beispielsweise Kühlmitteldüsen (27), angeordnet sind.
22. 22. Verfahren zur Herstellung eines Schichtwerkstoffes für Gleitelemente mit einer auf eine Trägerschicht aufgebrachten Gleitschicht aus mindestens einer Legierung in Form eines metallurgischen Zwei- oder Mehrkomponentensystems mit Mischungslücke (Monotektikum), wobei die Gleitschicht zunächst frei von der Trägerschicht kontinuierlich aus der Legierung gegossen und sofort anschließend an das Gießen in kontinuierlichem Durchlauf einer Abkühlung mit für die Verhinderung von Teilchenwachstum der unmischbaren metallurgischen Komponenten über Teilchendimensionen von 0,01 bis 1 um, vorzugsweise <1 um, hinaus ausreichend hoher Erstarrungsgeschwindigkeit unterzogen wird und anschließend nach dem Abkühlen auf die Trägerschicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß sie mittels einer Laserstrahl-Fügeverfahrens auf die Trägerschicht aufgeschweißt wird.
23. 23. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 22 mit einem Tiegel zum Erschmelzen und/oder Gießbereithalten einer Legierung in Form eines mit Mischungslücke behafteten metallurgischen Zwei- oder Mehrkomponentensystems, mit einer an den Tiegel angeschlossenen Gießeinrichtung zum Ausgießen eines Bandes aus der Legierung, ferner mit Einrichtungen zum Auffangen des ausgegossenen Bandes und zum Abführen aus der Gießstelle sowie mit Kühleinrichtungen für das die 12 AT 398 784 B Gießstelle verlassende, gegossene Legierungsband, wobei die Gießeinrichtung (Auslaß 22) zur Ausbildung eines fiimförmigen dünnen Bandes (47) ausgebildet ist und die Kühleinrichtungen eine zwangsgekühlte Auffangfläche (Zylinder 26) für die zu gießende Folie (47) sowie auf die freie Oberfläche der gegossenen Folie (47) gerichtete, hochwirksame Kühleinheiten (Düsenanordnung 27, Kühlwalzen 32, 5 35, 36) enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß in Transportrichtung der Folie (47) hinter der Gießstelle und einer ersten Kühieinrichtung (Düsenanordnung 27) eine Laserstrahl-Fügevorrichtung (Laserstrahl-Bündel 48), vorgesehen ist, in der die gegossene erstgekühlte Legierungsfolie (47) über eine erste zwangsgekühlte Walze (32) und das Substratband über eine zweite zwangsgekühlte Walze (31) zusammengeführt werden und ein Laserstrahl-Bündel (48) in den Vereinigungsspalt (30) dieser w beiden Walzen (31, 32) zum kontinuierlichen festen Verbinden gerichtet ist.
24. 24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21 und 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung der Gießstelle mit der erschmolzenen Legierung und deren mengenmäßige Dosierung über einen auf die Oberfläche der im Tiegel (21) befindlichen Legierungsschmelze wirkenden, regelba- 75 ren Druck (Pfeil 24) eines Schutzgases durchgeführt wird.
25. 25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, 23 und 24, dadurch gekennzeichnet daß die Gießstelle mit einer Schutzgas zuführenden und über der Gießstelle haltenden Einrichtung (Schutzgashaube 42) versehen ist. 20
26. 26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, 23 und 24, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Vorrichtungsbereiche, in welchen das Gießen und Abkühlen der Legierungsfolie (47) oder des Legierungsfilmes (20) erfolgen, mit Schutzgas zuführenden und in diesen Vorrichtungsbereichen haltenden Einrichtungen (Schutzgashaube 42) versehen sind. 25. Hiezu 7 Blatt Zeichnungen 30 35 40 45 50 13 55