DE10009133A1 - Process for laser coating a surface comprises melting the base material of the surface using a laser beam to form a melt bath, and inserting an alloy powder into the bath - Google Patents

Process for laser coating a surface comprises melting the base material of the surface using a laser beam to form a melt bath, and inserting an alloy powder into the bath

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DE10009133A1
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Abstract

Laser coating a surface comprises melting base material of surface using laser beam to form melt bath, and inserting alloy powder into bath. The bath is formed and/or components of the alloy powder are selected so that at least one of the components is not or partially melted in the bath. The components are completely or partially embedded in the solid aggregate state in base material of surface.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laserbeschichten einer Oberfläche, insbesondere einer Innenfläche einer zylinderförmigen Bohrung eines Bauteils, insbesondere eines Aluminium-Zylinderkurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, wobei ein Grundwerkstoff der Oberfläche mittels eines Laserstrahls zu einem lokalen Schmelzbad aufgeschmolzen und ein wenigstens eine Komponente aufweisendes Legierungspulver in das Schmelzbad eingebracht wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for laser coating a surface, in particular an inner surface of a cylindrical bore of a component, in particular an aluminum cylinder crankcase of an internal combustion engine, wherein a base material of the surface using a laser beam to a local Melted melt pool and at least one component Alloy powder is introduced into the weld pool, according to the preamble of Claim 1.

Die für Zylinderkurbelgehäuse vorwiegend eingesetzten untereutektischen Aluminium- Silizium-Legierungen sind aufgrund des zu geringen Anteils der verschleißfesten Siliziumphase für die tribologische Beanspruchung des Systems Kolben-Kolbenring- Zylinderlaufbahn ungeeignet. Übereutektische Legierungen, z. B. die Legierung AlSi7Cu4Mg, besitzen einen ausreichenden Anteil an Siliziumkristalliten. Dieser harte, verschleißbeständige Gefügebestandteil wird durch chemische und/oder mechanische Bearbeitungsstufen gegenüber der aus dem Aluminiummischkristall bestehenden Matrix hervorgehoben und bildet einen erforderlichen Tragflächenanteil. Nachteilig wirkt sich jedoch die gegenüber den untereutektischen und naheutektischen Legierungen mangelhafte Vergießbarkeit, die schlechte Bearbeitbarkeit und die hohen Kosten für diese Legierung aus.The hypoeutectic aluminum-silicon alloys mainly used for cylinder crankcases are unsuitable for the tribological loading of the piston-piston ring-cylinder raceway system due to the low proportion of the wear-resistant silicon phase. Hypereutectic alloys, e.g. B. the alloy AlSi 7 Cu 4 Mg, have a sufficient proportion of silicon crystallites. This hard, wear-resistant structural component is highlighted by chemical and / or mechanical processing steps compared to the matrix consisting of the aluminum mixed crystal and forms a required wing portion. However, the castability, the poor machinability and the high cost of this alloy are disadvantageous compared to the hypoeutectic and nearutectic alloys.

Eine Möglichkeit zur Umgehung dieses Nachteils ist das Eingießen von Laufbuchsen aus verschleißbeständigem Material wie z. B. Grauguß- und übereutektischen Aluminium­ legierungen. Problematisch ist hier jedoch die Verbindung zwischen Buchse und Umguß, welcher alleine durch eine mechanische Verzahnung gewährleistet wird. Durch Einsatz eines porösen keramischen Buchsenwerkstoffs ist es möglich, beim Gießprozeß diesen zu infiltrieren und zu einer stofflichen Verbindung zu gelangen. Dazu ist eine langsame Formfüllung sowie die Anwendung von hohem Druck erforderlich, was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erheblich herabsetzt. One way to circumvent this disadvantage is to cast bushings from wear-resistant material such. B. Gray cast iron and hypereutectic aluminum alloys. The problem here is the connection between the socket and the casting, which is guaranteed solely by mechanical gearing. Through commitment a porous ceramic bushing material, it is possible during the casting process infiltrate and come to a material connection. To do this is a slow one Mold filling as well as the application of high pressure required what the Economics of the process significantly reduced.  

Alternativ werden unter- und naheutektischen Legierungen als galvanische Beschichtungen direkt auf die Laufbahnen aufgebracht. Dies ist jedoch teuer und tribochemisch nur ungenügend beständig. Eine weitere Alternative bilden thermische Spritzschichten, welche ebenfalls direkt auf die Laufflächen appliziert werden. Die Haftfestigkeit dieser Schichten ist jedoch aufgrund einer alleinigen mikromechanischen Verklammerung nur ungenügend.Alternatively, sub- and near-eutectic alloys are called galvanic Coatings applied directly to the raceways. However, this is expensive and Insufficiently stable tribochemically. Another alternative is thermal Spray layers, which are also applied directly to the tread. The However, the adhesive strength of these layers is due to a sole micromechanical Insufficient brackets.

Es wurde daher bereits vorgeschlagen, die Oberflächenmodifikationen Umschmelzen, Einlegieren, Dispergieren und Beschichten durch den Einsatz eines Lasers auszuführen, wie beispielsweise aus der DE 196 43 029 A1 oder der EP 0 950 461 A2 bekannt. Hierbei wird ein zu bearbeitender Hohlkörper, welcher zylinderförmig mit einer rotationssymmetrischen Zylinderachse ausgebildet ist, ortsfest gehalten und eine Umlenkoptik für den Laserstrahl sowie eine Zuführung für Legierungspulver rotiert und gleichzeitig entlang der Zylinderachse vorgeschoben. Der auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Körpers fallende Laserstrahl erzeugt an der Zylinderwand im Bereich einer Kolbenlauffläche ein Schmelzbad, in welches hier vorzugsweise Silizium oder andere Hartstoffe eingebracht werden, um eine verschleißfeste, tribologisch geeignete Lauffläche zu erhalten. Bei derartigen bekannten Verfahren ist es jedoch nachteilig, daß eine relativ hohe Bearbeitungsdauer und Laserenergie erforderlich ist, wodurch sich die Herstellung von beispielsweise Zylinderkurbelgehäusen aufwendig und kostenintensiv gestaltet.It has therefore already been proposed to remelt the surface modifications, Alloying, dispersing and coating using a laser, as known for example from DE 196 43 029 A1 or EP 0 950 461 A2. Here, a hollow body to be machined, which is cylindrical with a is formed rotationally symmetrical cylinder axis, held stationary and a Deflection optics for the laser beam and a feed for alloy powder rotates and simultaneously advanced along the cylinder axis. The one on the surface of the machining body falling laser beam generated on the cylinder wall in the area a piston tread a molten bath, in which here preferably silicon or other hard materials are introduced to make a wear-resistant, tribologically suitable Get tread. In such known methods, however, it is disadvantageous that a relatively long processing time and laser energy is required, which makes the Manufacture of, for example, cylinder crankcases complex and expensive designed.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der obengenannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine Laserbeschichtungsrate erhöht bzw. eine Bearbeitungsdauer verkürzt wird.The present invention is therefore based on the object of a method of to improve the above type in that a laser coating rate increased or a processing time is shortened.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved according to the invention by a method of the above. Kind of with the in Characteristics characterized claim 1 solved. Advantageous embodiments of the Invention are specified in the dependent claims.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Schmelzbad derart gebildet wird bzw. die Komponente/Komponenten des Legierungspulvers derart gewählt wird/werden, daß wenigstens eine Komponente des Legierungspulvers in dem Schmelzbad nicht oder nur teilweise aufgeschmolzen wird, so daß diese Komponente vollständig oder wenigstens teilweise im festen Aggregatzustand in den Grundwerkstoff eingebettet wird. For this purpose, it is provided according to the invention that the weld pool is formed in this way or the component (s) of the alloy powder is / are selected in such a way that at least one component of the alloy powder is not in the molten bath or is only partially melted, so that this component completely or is at least partially embedded in the solid material in the solid state.  

Dies hat den Vorteil, daß bei erhöhtem Laserbearbeitungsvorschub und geringerer Laserbearbeitungszeit die Wirtschaftlichkeit der Laseroberflächenbearbeitung erhöht wird. Dadurch steht ein Verfahren mit erhöhter Beschichtungs- bzw. Einlegierungsleistung zur Verfügung, wobei eine Beschichtungsrate bei der Laseroberflächenbearbeitung von Innenflächen, wie beispielsweise Rohren, insbesondere von Leichtmetall-Zylinderkurbelgehäusen, wie beispielsweise Aluminium- Zylinderkurbelgehäusen, verbessert ist.This has the advantage that with an increased laser machining feed rate and less Laser processing time increases the economy of laser surface processing becomes. As a result, there is a method with increased coating or Alloy performance available, with a coating rate at Laser surface processing of inner surfaces, such as pipes, especially of light metal cylinder crankcases, such as aluminum Cylinder crankcases, is improved.

Beispielsweise besteht das Legierungspulver aus ein oder mehreren Komponenten, wobei eine Komponente im Schmelzbad vollständig aufgeschmolzen werden kann. Zweckmäßigerweise wird der Grundwerkstoff derart aufgeschmolzen, daß das Legierungspulver einlegiert oder auftragsgeschweißt wird.For example, the alloy powder consists of one or more components, whereby a component can be completely melted in the molten bath. The base material is expediently melted in such a way that the Alloy powder is alloyed or weld-welded.

Dadurch, daß das Legierungspulver oder wenigstens eine Komponente des Legierungspulvers vor dem Einbringen in das Schmelzbad vorgewärmt wird, kann das Verfahren mit niedrigerer Laserenergie bzw. schneller durchgeführt werden, da der Laserstrahl nicht mehr die vollständige Energie zum Aufschmelzen oder Anschmelzen bestimmter Anteile des Legierungspulvers aufbringen muß.The fact that the alloy powder or at least one component of the Alloy powder is preheated before it is introduced into the molten bath Process with lower laser energy or faster, because the Laser beam no longer has the full energy to melt or melt certain proportions of the alloy powder must apply.

Dadurch, daß vor dem Erzeugen des Schmelzbades der Grundwerkstoff vorgewärmt wird, kann das Verfahren mit niedrigerer Laserenergie bzw. schneller durchgeführt werden, da der Laserstrahl nicht mehr die vollständige Energie zum Aufschmelzen des Grundwerkstoffes aufbringen muß.In that the base material is preheated before the molten pool is produced the method can be carried out with lower laser energy or faster be because the laser beam no longer has the full energy to melt the Base material must apply.

Beispielsweise wird der Grundwerkstoff mit einer Tiefe von ≦ 0,2 mm zum Schmelzbad aufgeschmolzen. Hier kann z. B. als wenigstens eine Komponente des Legierungspulvers Silizium mit einer Teilchengröße von 35 µm bis 100 µm, vorzugsweise 50 µm, gewählt werden. Zudem kann das Legierungspulver ein- oder mehrphasig sein, wobei das Legierungspulver Silizium und AlSi umfassen kann. Das Legierungspulver kann auch Stoffe beinhalten, welche eine geeignete Ausscheidung, wie beispielsweise Eisen, bilden. Desweiteren kann das Legierungspulver Hartstoffe, wie beispielsweise Karbide, Nitride, Boride oder Oxide beinhalten.For example, the base material with a depth of ≦ 0.2 mm becomes a weld pool melted. Here z. B. as at least one component of the alloy powder Silicon with a particle size of 35 microns to 100 microns, preferably 50 microns, selected become. In addition, the alloy powder can be single or multi-phase, the Alloy powder can include silicon and AlSi. The alloy powder can too Contain substances that have a suitable excretion, such as iron, form. Furthermore, the alloy powder can hard materials, such as carbides, Include nitrides, borides, or oxides.

Verschiedenste Einlegierungs-, Dispergierungs- und Auftragsstrukturen erzielt man dadurch, daß ein Laserbrennpunkt oder Schmelzpunkt in einem vorbestimmten Muster über die Innenfläche geführt wird. A wide variety of alloy, dispersion and application structures can be achieved in that a laser focus or melting point is in a predetermined pattern is guided over the inner surface.  

Zweckmäßigerweise wird ein Laserbrennpunkt mit einer Vorschubgeschwindigkeit ≧ 4000 mm/min bewegt.A laser focal point with a feed rate is expedient ≧ 4000 mm / min moved.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Laserbrennpunkt über die Oberfläche einer Zylinderbohrung eines Kurbelgehäuses für einen Kolben mit Kolbenringen zum Ausbilden einer Lauffläche für den Kolben in der Zylinderbohrung derart geführt, daß sich in axialer Richtung ein vorbestimmter Abstand zwischen mit einer Laserspurbreite aufgeschmolzenen Bereichen der Oberfläche ergibt, wobei dieser Abstand gleich groß oder größer als eine Dicke der Kolbenringe gewählt wird.In a preferred embodiment, a laser focus is over the surface a cylinder bore of a crankcase for a piston with piston rings for Form a tread for the piston in the cylinder bore such that in the axial direction a predetermined distance between with a laser track width melted areas of the surface, this distance being the same size or greater than a thickness of the piston rings is selected.

Für eine vollständige Abdeckung einer Lauffläche eines Kolbens in der Zylinderbohrung wird ein Laserbrennpunkt über die Oberfläche einer Zylinderbohrung eines Kurbelgehäuses für einen Kolben zum Ausbilden einer Lauffläche für den Kolben in der Zylinderbohrung geführt, wobei bis ca. 2 mm oberhalb eines OT des Kolbens in der Zylinderbohrung und bis ca. 2 mm unterhalb eines UT des Kolbens in der Zylinderbohrung beschichtet wird.For complete coverage of a piston tread in the cylinder bore becomes a laser focus over the surface of a cylinder bore Crankcase for a piston to form a tread for the piston in the Cylinder bore guided, up to about 2 mm above a TDC of the piston in the Cylinder bore and up to approx. 2 mm below a UT of the piston in the Cylinder bore is coated.

In vorteilhafter Weise wird ein Laserbrennpunkt über die Oberfläche einer Zylinderbohrung eines Kurbelgehäuses für einen Kolben zum Ausbilden einer Lauffläche für den Kolben in der Zylinderbohrung geführt, wobei unterhalb eines UT des Kolbens in der Zylinderbohrung in einem Bereich eines Kolbenanschlages bzw. in einem Bereich in dem der Kolben seine Anlage wechselt, eine punktförmige, linienförmige oder flächenhafte Beschichtung ausgebildet wird.Advantageously, a laser focus over the surface of a Cylinder bore of a crankcase for a piston to form a tread for the piston in the cylinder bore, with below a bottom of the piston in the cylinder bore in a region of a piston stop or in a region in which the piston changes its position, a punctiform, linear or surface coating is formed.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen. Diese zeigen inFurther features, advantages and advantageous configurations of the invention result from the dependent claims, as well as from the following description of the Invention with reference to the accompanying drawings. These show in

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Laseroberflächenbeschichtung, Fig. 1 is a schematic diagram of a laser surface coating,

Fig. 2 eine Laserbeschichtung einer Oberfläche mit flacher Einlegierung eines Legierungspulvers in schematischer Schnittansicht und Fig. 2 a laser coating a surface with flat Einlegierung an alloy powder in a schematic sectional view and

Fig. 3 eine Laserbeschichtung einer Oberfläche mit tiefer Einlegierung eines Legierungspulvers in schematischer Schnittansicht. Fig. 3 is a laser coating a surface with deeper Einlegierung an alloy powder in a schematic sectional view.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch das Grundprinzip einer Laseroberflächenbearbeitung eines Grundwerkstoffes 10 an einer Oberfläche 12 mittels eines Laserstrahls 14, der in Vorschubrichtung 16 bewegt wird. Der Laserstrahl 14 schmilzt den Grundwerkstoff 10 zu einem Schmelzbad 18 auf, in das ein entsprechendes Legierungspulver 20 eingebracht wird. Üblicherweise wird das Legierungspulver 20 in dem Schmelzbad 18 aufgeschmolzen und bildet zusammen mit dem Grundwerkstoff 10 eine Matrix aus. In einem Bereich 22 ist dann schließlich die Matrix erstarrt und bildet beispielsweise eine tribologisch geeignete Oberfläche in Form einer Lauffläche an einer Zylinderwand für einen Kolben in einem Zylinderkurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine. Fig. 1 the basic principle illustrated schematically a laser surface treatment of a base material 10 on a surface 12 by means of a laser beam 14 which is moved in feed direction 16. The laser beam 14 melts the base material 10 into a molten bath 18 , into which a corresponding alloy powder 20 is introduced. The alloy powder 20 is usually melted in the molten bath 18 and forms a matrix together with the base material 10 . The matrix is then solidified in a region 22 and forms, for example, a tribologically suitable surface in the form of a running surface on a cylinder wall for a piston in a cylinder crankcase of an internal combustion engine.

Das Legierungspulver 20 setzt sich beispielsweise aus ein oder mehreren Komponenten k1, k2, . . . . kn zusammen. Der Schmelzpunkt der Matrix TS(M) ist bei einer Einlegierung, bei der das Pulver vollständig aufgeschmolzen ist, kleiner als der Schmelzpunkt des Grundwerkstoffes TS(G), wobei TS(M) = TS(k1, k2, . . . kn + G) (siehe Fig. 1).The alloy powder 20 is composed, for example, of one or more components k 1 , k 2 ,. , , , k n together. The melting point of the matrix T S (M) is lower than the melting point of the base material T S (G) for an alloy in which the powder is completely melted, where T S (M) = T S (k 1 , k 2 , . k n + G) (see Fig. 1).

Erfindungsgemäß wird nun eine hohe Laserbeschichtungsrate durch die Wahl der geeigneten Komponenten k des Legierungspulvers 20 und durch eine geeignete Festlegung des Schmelzgrades des Schmelzbades 18 erreicht, wobei wenigstens eine Komponente k1 des Legierungspulvers 20 nicht oder nur teilweise angeschmolzen wird und der Grundwerkstoff 10 ggf. zusammen mit angeschmolzenen Komponenten k2, . . . kn des Legierungspulvers 20 die metallische Matrix M der so gebildeten Schicht 22 bildet. Die nicht angeschmolzene Komponente k1 wird dabei im festen Aggregatzustand in die Matrix eingebettet. Mit anderen Worten wird eine oder werden mehrere Komponenten des Legierungspulvers 20 nicht oder nur teilweise angeschmolzen und weitere Komponenten des Legierungspulvers 20, die idealerweise niedrig schmelzend sind bzw. mit dem Grundwerkstoff 10 eine niedrig schmelzende Legierung bilden, werden vollständig aufgeschmolzen.According to the invention, a high laser coating rate is now achieved by the selection of the suitable components k of the alloy powder 20 and by a suitable determination of the degree of melting of the molten bath 18 , at least one component k 1 of the alloy powder 20 not being melted, or only partially, and the base material 10 possibly together with melted components k 2 ,. , , k n of the alloy powder 20 forms the metallic matrix M of the layer 22 thus formed. The unmelted component k 1 is embedded in the matrix in the solid state. In other words, one or more components of the alloy powder 20 are not melted, or only partially, and further components of the alloy powder 20 , which are ideally low-melting or form a low-melting alloy with the base material 10 , are completely melted.

Bei der in Fig. 2 schematisch dargestellten Laseroberflächenbehandlung des Grundwerkstoffes 10 erfolgt eine flache Einlegierung eines Legierungspulvers mit zwei oder n-Komponenten, wobei die Komponente k1 24 des Legierungspulvers 20 im Schmelzbad 18 nicht angeschmolzen wird. Die Matrix M setzt sich hierbei lediglich aus den angeschmolzenen Komponenten k2 des Legierungspulvers 20 zusammen mit dem Grundwerkstoff G 10 zusammen: M = k2 + G. Hierbei ist die Energie des Laserstrahls 14 bzw. sind die Komponenten k des Legierungspulvers derart gewählt, daß sich folgendes Relationen bezüglich jeweiliger Schmelzpunkte TS ergeben:
In the laser surface treatment of the base material 10 , shown schematically in FIG. 2, a flat alloy of an alloy powder with two or n components takes place, the component k 1 24 of the alloy powder 20 not being melted in the molten bath 18 . The matrix M consists here only of the melted components k 2 of the alloy powder 20 together with the base material G 10: M = k 2 + G. Here, the energy of the laser beam 14 or the components k of the alloy powder are selected such that the following relations result with respect to the respective melting points T S :

TS(k1) < TS(G), TS(k2), . . . TS(kn)
T S (k 1 ) <T S (G), T S (k 2 ),. , , T S (k n )

oder
or

TS(k1) < TS(G).T S (k 1 ) <T S (G).

Mit anderen Worten wird die Komponente k1 im festen Aggregatzustand, ohne jemals aufgeschmolzen zu werden, in die Matrix M eingebettet. Bedingt dadurch, daß eine oder mehrere Komponenten k2 . . . kn des Legierungspulvers 20 nicht oder nur teilweise aufgeschmolzen werden müssen, ist eine geringere Energiemenge notwendig. Folglich kann bei gleichbleibender Laserausgangsleistung der Vorschub 16 der Laseroberflächenbearbeitung erhöht oder der Fokus an der Oberfläche 12 vergrößert werden, so daß die Beschichtungsrate erhöht und Fertigungszeit reduziert ist.In other words, the component k 1 is embedded in the matrix M in the solid state without ever being melted. This is due to the fact that one or more components k 2 . , , k n of the alloy powder 20 does not have to be melted or only needs to be partially melted, a smaller amount of energy is necessary. As a result, the feed 16 of the laser surface processing can be increased or the focus on the surface 12 can be increased, so that the coating rate is increased and manufacturing time is reduced, while the laser output power remains the same.

Zur weiteren Erhöhung der Laserbearbeitungsrate wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Grundwerkstoff 10 und/oder wenigstens eine Komponente k des Legierungspulvers 20 vorzuwärmen, da im Normalfall ein Teil der Laserleistung des Laserstrahles 14 zum Erwärmen des Grundwerkstoffes 10 benötigt wird.To further increase the laser processing rate, it is proposed according to the invention to preheat the base material 10 and / or at least one component k of the alloy powder 20 , since part of the laser power of the laser beam 14 is normally required to heat the base material 10 .

Eine typische Vorschubgeschwindigkeit 16 des Laserstrahles 14 auf der Oberfläche 12 beträgt, beispielsweise bezogen auf den Umfang einer zylinderförmigen Bohrung, 4000 mm/min oder mehr.A typical feed speed 16 of the laser beam 14 on the surface 12 is 4000 mm / min or more, for example based on the circumference of a cylindrical bore.

Fig. 3 veranschaulicht eine Laseroberflächenbehandlung der Oberfläche 12 mit Grundwerkstoff 10 mittels Laserstrahl 14 mit einer Einlegierung eines Legierungspulvers mit zwei oder n-Komponenten. Hierbei sind die Verhältnisse betreffend der Schmelzpunkte TS der nicht aufgeschmolzenen Komponente k1 des Legierungspulvers, des Grundwerkstoffes G 10 und der übrigen Komponenten k2 . . . kn analog, wie oben in bezug auf Fig. 2 beschrieben, gewählt. Lediglich die Laserleistung ist derart gewählt, daß das Schmelzbad 18 eine größere Eindringtiefe in den Grundwerkstoff 10 aufweist. Die Komponente k1 24 wird wiederum unaufgeschmolzen im festen Aggregatzustand in die Matrix M eingebettet. Diese Art der Laseroberflächenbehandlung bezeichnet man als Einlegieren, während die Bearbeitung gemäß Fig. 2 üblicherweise als Auftragsschweißen bezeichnet wird. Fig. 3 illustrates a laser surface treatment of the surface 12 with the base material 10 by means of laser beam 14 with a Einlegierung an alloy powder with two or n components. Here are the ratios relating to the melting points T S of the unmelted component k 1 of the alloy powder, the base material G 10 and the other components k 2 . , , k n is selected analogously, as described above with reference to FIG. 2. Only the laser power is selected such that the weld pool 18 has a greater depth of penetration into the base material 10 . The component k 1 24 is in turn embedded in the matrix M in the solid state. This type of laser surface treatment is referred to as alloying, while the processing according to FIG. 2 is usually referred to as cladding.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SIGN LIST

1010th

Grundwerkstoff
Base material

1212th

Oberfläche
surface

1414

Laserstrahl
laser beam

1616

Vorschubrichtung
Feed direction

1818th

Schmelzbad
Weld pool

2020th

Legierungspulver
Alloy powder

2222

erstarrter Bereich
solidified area

2424th

Komponente K1 Component K 1

des Legierungspulvers
of the alloy powder

Claims (16)

1. Verfahren zum Laserbeschichten einer Oberfläche, insbesondere einer Innenfläche einer zylinderförmigen Bohrung eines Bauteils, insbesondere eines Aluminium- Zylinderkurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine, wobei ein Grundwerkstoff der Oberfläche mittels eines Laserstrahls zu einem lokalen Schmelzbad aufgeschmolzen und ein wenigstens eine Komponente aufweisendes Legierungspulver in das Schmelzbad eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzbad derart gebildet wird bzw. die Komponente/Komponenten des Legierungspulvers derart gewählt wird/werden, daß wenigstens eine Komponente des Legierungspulvers in dem Schmelzbad nicht oder nur teilweise aufgeschmolzen wird, so daß diese Komponente vollständig oder wenigstens teilweise im festen Aggregatzustand in den Grundwerkstoff eingebettet wird.1. A method for laser coating a surface, in particular an inner surface of a cylindrical bore of a component, in particular an aluminum cylinder crankcase of an internal combustion engine, a base material of the surface being melted by means of a laser beam to form a local melt pool and an alloy powder having at least one component is introduced into the melt pool , characterized in that the molten bath is formed in such a way or the component (s) of the alloy powder is / are selected such that at least one component of the alloy powder is not or only partially melted in the molten bath, so that this component is completely or at least partially in the solid state Physical state is embedded in the base material. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungspulver wenigstens zwei Komponenten umfaßt, wobei wenigstens eine Komponente im Schmelzbad vollständig aufgeschmolzen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the alloy powder comprises at least two components, at least one component in the Melt pool is completely melted. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundwerkstoff derart aufgeschmolzen wird, daß das Legierungspulver einlegiert oder auftragsgeschweißt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Base material is melted in such a way that the alloy powder alloys or weld overlay. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungspulver oder wenigstens eine Komponente des Legierungspulvers vor dem Einbringen in das. Schmelzbad vorgewärmt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the alloy powder or at least one component of the alloy powder is preheated before being introduced into the melt pool. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Erzeugen des Schmelzbades der Grundwerkstoff vorgewärmt wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the base material is preheated before generating the weld pool.   6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundwerkstoff mit einer Tiefe von ≦ 0,2 mm zum Schmelzbad aufgeschmolzen wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that the base material with a depth of ≦ 0.2 mm to the weld pool is melted. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als wenigstens eine Komponente des Legierungspulvers Silizium mit einer Teilchengröße von 35 µm bis 100 µm, vorzugsweise 50 µm, gewählt wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as at least one component of the alloy powder silicon with a Particle size from 35 microns to 100 microns, preferably 50 microns, is selected. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungspulver ein- oder mehrphasig gewählt wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the alloy powder is selected as one or more phases. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungspulver Silizium und AlSi umfaßt.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the alloy powder comprises silicon and AlSi. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungspulver Stoffe beinhaltet, welche eine geeignete Ausscheidung, wie beispielsweise Eisen, bilden.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the alloy powder contains substances which have a suitable excretion, such as iron. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungspulver Hartstoffe, wie beispielsweise Karbide, Nitride, Boride oder Oxide, umfaßt.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that the alloy powder hard materials such as carbides, nitrides, borides or oxides. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laserbrennpunkt oder Schmelzpunkt in einem vorbestimmten Muster über die Innenfläche geführt wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that a laser focus or melting point is in a predetermined pattern the inner surface is guided. 13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laserbrennpunkt mit einer Vorschubgeschwindigkeit ≧ 4000 mm/min bewegt wird.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that a laser focus moves at a feed rate of ≧ 4000 mm / min becomes. 14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laserbrennpunkt derart über die Oberfläche einer Zylinderbohrung eines Kurbelgehäuses für einen Kolben mit Kolbenringen zum Ausbilden einer Lauffläche für den Kolben in der Zylinderbohrung geführt wird, daß sich in axialer Richtung ein vorbestimmter Abstand zwischen mit einer Laserspurbreite aufgeschmolzenen Bereichen der Oberfläche ergibt, wobei dieser Abstand gleich groß oder größer als eine Dicke der Kolbenringe gewählt wird.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that a laser focus such over the surface of a cylinder bore Crankcase for a piston with piston rings to form a tread for the piston in the cylinder bore that is in the axial direction  predetermined distance between those melted with a laser track width Areas of the surface results, this distance being equal to or greater than a thickness of the piston rings is selected. 15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laserbrennpunkt über die Oberfläche einer Zylinderbohrung eines Kurbelgehäuses für einen Kolben zum Ausbilden einer Lauffläche für den Kolben in der Zylinderbohrung geführt wird, wobei bis ca. 2 mm oberhalb eines OT des Kolbens in der Zylinderbohrung und bis ca. 2 mm unterhalb eines UT des Kolbens in der Zylinderbohrung beschichtet wird.15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a laser focus over the surface of a cylinder bore Crankcase for a piston to form a tread for the piston in the cylinder bore is guided, whereby up to about 2 mm above a TDC of the Piston in the cylinder bore and up to approx. 2 mm below a bottom of the piston in the cylinder bore is coated. 16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laserbrennpunkt über die Oberfläche einer Zylinderbohrung eines Kurbelgehäuses für einen Kolben zum Ausbilden einer Lauffläche für den Kolben in der Zylinderbohrung geführt wird, wobei unterhalb eines UT des Kolbens in der Zylinderbohrung in einem Bereich eines Kolbenanschlages bzw. in einem Bereich in dem der Kolben seine Anlage wechselt, eine punktförmige, linienförmige oder flächenhafte Beschichtung ausgebildet wird.16. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a laser focus over the surface of a cylinder bore Crankcase for a piston to form a tread for the piston in the cylinder bore is guided, being below a UT of the piston in the Cylinder bore in an area of a piston stop or in an area in which the piston changes its position, a punctiform, linear or surface coating is formed.
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