DE102020206009A1

DE102020206009A1 - Verfahren zur Erzeugung einer stoffschlüssigen Verbindung im Verbundguss

Info

Publication number: DE102020206009A1
Application number: DE102020206009.6A
Authority: DE
Inventors: Dirk Lehmhus; Jan Clausen; Franz-Josef Wöstmann; Frank GÄRTNER; Alexander List; Thomas Klassen
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Helmut Schmidt Universitaet
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Helmut Schmidt Universitaet
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2020-05-13
Publication date: 2021-11-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten eines Bauteils (1) aus einem Grundwerkstoff, das eine, insbesondere geschlossene Deckschicht (2) aus einem ersten Deckmaterial trägt, mit einem Beschichtungswerkstoff (3, 4, 5). Um einen guten stoffschlüssigen Verbund des Grundwerkstoffs des Bauteils mit dem Beschichtungswerkstoff zu erreichen, ist vorgesehen, dass der Beschichtungswerkstoff in Form von Pulverpartikeln (6, 7, 8, 9) mittels eines Prozessgasstroms (10) durch Kaltgasspritzen auf das Bauteil aufgebracht wird, wobei der Prozessgasstrom derart eingestellt wird, dass er sowohl erste Pulverpartikel (6, 7) enthält, die aufgrund ihrer Geschwindigkeit jeweils einen Teil des Deckmaterials abtragen, als auch zweite Partikel (8, 9), die aufgrund ihrer Geschwindigkeit beim Aufprall auf der Oberfläche des Bauteils eine Verformung erfahren und mit der Bauteiloberfläche verschweißen. Weiter bezieht sich die Erfindung auf die Verbindung eines derart beschichteten Bauteils mit einem Gussteil durch Vergießen, gegebenenfalls auch mit einer thermischen Nachbehandlung.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und der Materialwissenschaften und bezieht sich konkret auf Verfahren zum Beschichten von Bauteilen. Sie ist mit besonderem Vorteil in der Gießereitechnik anwendbar.
In der Technik besteht häufig die Aufgabe, Verbundbauteile durch Gießen herzustellen, wobei eine erste Komponente, die als Festkörper vorliegt, mit einem Gusswerkstoff vergossen werden soll. Dabei kann das Vergießen beispielsweise ein Eingießen, An- oder Umgießen bedeuten.
Wenn die in fester Form vorliegende Komponente, beispielsweise aus Aluminium, Magnesium oder ihren Legierungen, eine Deckschicht, typischerweise ein Oxid, aufweist, so gelingt eine stoffschlüssige Verbindung beim Gießen gar nicht oder in eingeschränkter oder nicht reproduzierbarer Form. Üblicherweise werden die Oberflächen der zu umgießenden Festkörper wegen ihrer Schmelztemperaturen, die üblicherweise oberhalb der Schmelztemperaturen der anzugießenden Metallschmelze liegen, oder nicht erreicht werden, da der angegossene oder umgossene Festkörper als Kühlkörper wirkt und die Abkühlung und Erstarrung der Schmelze an seiner Oberfläche initiiert, nicht angeschmolzen. Die Deckschichten, also beispielsweise Oxidschichten, bleiben dabei erhalten und bewirken eine Materialtrennung zwischen den durch Verguss zu verbindenden Komponenten. Diese Trennschichten verhindern eine stoffschlüssige Verbindung oder schwächen allgemein den Verbund, und damit seine mechanische Belastbarkeit. Auch eine Entfernung von Deckschichten führt üblicherweise nicht zum Erfolg, da sich die Deckschichten schnell wieder schließen und da bereits sehr dünne Deckschichten ausreichen, um einen guten Verbund zu verhindern. Gängige Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise Tauchverfahren, zum Beispiel Feuerverzinken, galvanisches Abscheiden oder ähnliche Verfahren, können die Deckschichten nicht beseitigen. Gelingt es beispielsweise durch mechanische Verfahren, Deckschichten zu beseitigen, so muss dies praktisch unter Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum geschehen, und die Bauteile dürfen bis zur weiteren Verarbeitung, beispielsweise einschließlich eines Vergießens mit einem weiteren Werkstoff, die entsprechende inerte Atmosphäre nicht verlassen, um die Neubildung von Deckschichten zu verhindern.
Verbundgussteile mit an- oder eingegossenen Komponenten aus deckschichtbildenden Werkstoffen, beispielsweise aus Aluminium, mit rein stoffschlüssiger Verbindung werden zurzeit nicht in industriellem Maßstab eingesetzt. Gemäß dem Stand der Technik werden Verbundprinzipien mit Form- oder Kraftschluss oder einer Kombination dieser Wirkprinzipien verwendet.
Ein bekanntes Verfahren, das bei der gusstechnischen Verbindung mittels einer stoffschlüssigen Verbindung für Aluminiumwerkstoffe eingesetzt wird, ist das sogenannte Zinkatverfahren, bei dem eine Oxidschicht durch Beizen entfernt wird, wobei idealerweise unmittelbar anschließend die Oxidschicht beim Tauchen des Bauteils in eine zinkathaltige Lösung durch eine geschlossene Zinkschicht ersetzt wird. Um eine hinreichend dichte Zinkschicht zu erzielen, kann es dabei erforderlich sein, die Zinkatbeschichtung mehrfach zu wiederholen. Zudem ist eine selektive Behandlung nur über Abdeckung der nicht zu beeinflussenden Bereiche zu erzielen, was einen zusätzlichen Prozessschritt erfordert und damit den Aufwand weiter erhöht.
Auch das Feuerverzinken, die Tauchbeschichtung in schmelzflüssigem Zink unter Sauerstoffabschluss, kann geeignet sein, die gereinigte Oberfläche eines Aluminiumbauteils zumindest teilweise zu bedecken. Jedoch ist eine vollständige Bedeckung schwierig, und es zeigt sich, dass das Zink beim Aufbringen sowohl durch ein Zinkatverfahren als auch durch ein Feuerverzinkverfahren während des Aufbringens einer Metallschmelze beim Gießen wenigstens teilweise aufgelöst und weggespült wird. Dies ist insbesondere beim Druckguss aufgrund der durch die hohen Fließgeschwindigkeiten ausgeprägten erosiven Wirkung der Schmelze ein Problem und wird durch die niedrige Schmelztemperatur der Zinkschicht begünstigt. Tauchbeschichtungen aus höher schmelzenden Werkstoffen, wie etwa Kupfer, sind üblicherweise unpraktisch, da in solchen Fällen der Schmelzpunkt des Beschichtungswerkstoffs meistens den des Substrats deutlich übersteigt, so dass das Substrat in unzulässiger Weise geschädigt wird.
Weitere bekannte Verfahren, wie das PVD-Verfahren (PVD = physical vapor deposition) und galvanische Verfahren, sind in der Anwendung wenig flexibel und kostenintensiv und benötigen wie die oben genannten Verfahren zwischen den Teilschritten der Oberflächenvorbereitung und Reinigung einerseits und der Beschichtung andererseits einen wirksamen Schutz vor einer Neubildung der Deckschichten.
Aus dem Stand der Technik sind grundsätzlich weitere Verfahren zum Beschichten von Oberflächen bekannt.
Beispielsweise geht aus der DE 197 45 725 A1 ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundgussteils hervor, bei dem auf die Oberfläche eines Eingusskörpers eine oder mehrere Schichten aus teilgeschmolzenen Metalllegierungspartikeln aufgesprüht werden und eine an der Oberfläche des Eingusskörpers gebildete Oxidhaut zum Teil zerstört wird. Die teilgeschmolzenen Metallpartikel haften an der Oberfläche des Verbundgussteils. Dadurch werden Oberflächenunregelmäßigkeiten gebildet, die das Ausbilden einer definierten Oberfläche des Eingusskörpers verhindern. Die Dicke der so gebildeten Beschichtung ist schwierig zu definieren und zu produzieren. Damit wird die gezielte Bildung von transienten flüssigen Phasen zwischen dem Eingussteil und der hinzugefügten Metallschmelze schwierig bzw. schwierig steuerbar. Da das beschriebene Verfahren in einer atmosphärischen Umgebung stattfindet, stellt sich sehr schnell nach Zerstörung der Oxidhaut eine neue Deckschicht auf der Oberfläche ein.
Grundsätzlich ist das Aufbringen von Schichten durch Kaltgasspritzen bekannt, wie beispielsweise aus der DE 10 2006 003 482 A1 hervorgeht.
Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beschichten eines Bauteils aus einem Grundwerkstoff zu schaffen, der eine Deckschicht aufweist, wobei durch die Beschichtung die Voraussetzungen für eine stabile, stoffschlüssige Verbindung des Bauteils durch Vergießen mit einem Gusswerkstoff, insbesondere einem Metall, geschaffen werden sollen.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Implementierungen auf.
Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Beschichten eines Bauteils aus einem Grundwerkstoff, das eine insbesondere geschlossene Deckschicht aus einem ersten Deckmaterial trägt, mit einem Beschichtungswerkstoff. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Beschichtungswerkstoff in Form von Pulverpartikeln mittels eines Prozessgasstroms durch Kaltgasspritzen auf das Bauteil aufgebracht wird, wobei der Prozessgasstrom derart eingestellt wird, dass der Rand des Gasstroms erste Pulverpartikel enthält, die aufgrund ihrer geringeren Geschwindigkeit jeweils einen Teil des Deckmaterials abtragen, als auch zweite Partikel im Zentrum des Stroms, die aufgrund ihrer höheren Geschwindigkeit beim Aufprall auf der Oberfläche des Bauteils insbesondere eine etwaige verbliebene Deckschicht mindestens teilweise durchschlagen, eine plastische Verformung erfahren und mit der zuvor mindestens teilweise von der Oxidschicht befreiten Bauteiloberfläche „verschweißen“.
Bei dem Lösungsweg gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Fähigkeit fester Partikel / Pulverpartikel aus dem Beschichtungswerkstoff genutzt, beim Aufschlagen auf einer Oberfläche mit hoher Geschwindigkeit in einfacher und zuverlässiger Weise eine Deckschicht des Targets zu zerstören und/oder abzutragen. Zu diesem Zweck sind feste Partikel weitaus geeigneter als flüssige oder teilgeschmolzene Partikel. Die Partikel, die die Deckschicht abtragen, oder auch nachfolgende Partikel binden durch die Umwandlung ihrer kinetischen Energie in plastische Verformung an die Oberfläche des Bauteils, dessen Deckschicht entfernt ist, an, haften durch lokale Verschweißung und tragen so Material auf. Zu diesem Zweck ist es sinnvoll, dass die Partikel des Beschichtungswerkstoffs mit einer geeignet hohen Geschwindigkeit, beispielsweise Überschallgeschwindigkeit, auf das Bauteil befördert werden. Dies kann mittels eines Prozessgasstroms geschehen, wobei das Prozessgas beispielsweise ein Inertgas sein kann, das die Partikel transportiert oder mitreißt. Dabei können durch geeignete Formung des Prozessgasstroms, z. B. indem der Prozessgasstrom die Form eines Prozessgasstrahls annimmt, ortsabhängige Geschwindigkeitsprofile von Pulverpartikeln innerhalb des Prozessgasstroms genutzt werden. In Randbereichen eines Gasstrahls oder - stroms treten aufgrund der Wechselwirkung mit einer Düsenwand und/oder der umgebenden Atmosphäre geringere Strömungsgeschwindigkeiten auf als im Zentrum des Gasstroms/Gasstrahls. Damit finden sich im Gasstrom stets Pulverpartikel mit geringerer Geschwindigkeit und solche mit höherer Geschwindigkeit, beispielsweise höher als 100 m/s. Wird der Prozessgasstrom auf eine geeignete Geschwindigkeit in der Größenordnung der Schallgeschwindigkeit oder darüber eingestellt, so finden sich im Randbereich langsamere Partikel, die beispielsweise an der Oberfläche des Bauteils abprallen und dabei Teile der Deckschicht losschlagen. Zudem finden sich im Zentrum des Strahls andere Pulverpartikel, die durch ihre höhere kinetische Energie bei höherer Geschwindigkeit nach Durchschlagen der verbliebenen Deckschicht und einer entsprechenden plastischen Verformung an der Oberfläche des Bauteils an diese anbinden und lokal mit der Bauteiloberfläche verschweißen. Hierzu kann die Geschwindigkeit der ersten und/oder zweiten Pulverpartikel so eingestellt werden, dass sie beim Auftreffen auf die Oberfläche des Bauteils eine Deckschicht ganz oder teilweise durchschlagen.
Wenn der Prozessgasstrom in Form eines Strahls gegenüber dem Bauteil bewegt wird, diesen also überstreicht, ergibt sich für die verschiedenen Bereiche der Oberfläche des Bauteils zunächst eine Wechselwirkung mit ersten, langsameren Pulverpartikeln aus dem Randbereich des Gasstroms und darauffolgend eine Wechselwirkung mit zweiten, schnelleren Pulverpartikeln aus dem zentralen Bereich des Prozessgasstroms. Auf diese Weise kann die Deckschicht zunächst durch die ersten Pulverpartikel entfernt oder zumindest geschwächt werden, und auf der gereinigten Oberfläche des Bauteils können zweite Pulverpartikel vorzugsweise in inerter Gasumgebung anbinden und eine geschlossene Schicht aus einem Beschichtungswerkstoff bilden.
Durch die geeignete Führung des Prozessgasstroms sowohl bezüglich seiner Geschwindigkeit als auch bezüglich der Zielbereiche auf der Bauteiloberfläche lassen sich gleichmäßige Schichten der Pulverpartikel auf dem Bauteil erzeugen, die aus dem Beschichtungswerkstoff bestehen.
Unter einem Prozessgas soll im Rahmen dieser Anmeldung nicht nur ein reines Gas verstanden werden, sondern auch allgemeiner ein Fluid, das zum überwiegenden Teil gasförmig ist, wie beispielsweise ein Dampf.
Durch die Beschichtung eines Bauteils können beispielsweise einerseits thermische Eigenschaften optimiert werden, wie ein Wärmeübergang bzw. Wärmewiderstand. Diese Eigenschaft kann zum Beispiel bei der Beschichtung von fluidführenden Kanälen oder Rohren, insbesondere in ein Bauteil integrierten Kühlkanälen, genutzt werden. Andererseits können mechanische Eigenschaften bei der Verbindung von zwei Bauteilen, beispielsweise einem einzugießenden Blech, einem Rohr oder anderen Strukturen mit einem Gussteil optimiert werden, indem entsprechende Elemente geeignet beschichtet werden.
Zusätzlich zur reinen Entfernung der Deckschicht können die Pulverpartikel bei geeigneter Geschwindigkeit und kinetischer Energie auch eine Verformung der Bauteiloberfläche unterhalb der ursprünglichen Deckschicht bewirken, wodurch eine Rauigkeit der Bauteiloberfläche erzeugt wird, die zu einer festeren Verbindung der anhaftenden Pulverpartikel mit der Bauteiloberfläche führen kann. Die Pulverpartikel, die sich an der Bauteiloberfläche durch ihre kinetische Energie plastisch verformen, können dabei gleichzeitig auch die Bauteiloberfläche verformen, so dass sich ein noch weiter verbesserter stoffschlüssiger Verbund zwischen der Bauteiloberfläche und den Pulverpartikeln ergibt.
Dadurch, dass eine Anbindung des Pulvermaterials an das Material des Bauteils ohne ein Aufschmelzen des Pulvers geschieht, können unerwünschte Einflüsse auf das Material des Bauteils, wie beispielsweise Oxidation oder Phasenumwandlungen oder Reaktionen bzw. Legierungsbildungen mit dem Material der Pulverpartikel, während des Aufbringens des Beschichtungswerkstoffs verhindert werden.
Insbesondere bei der Beschichtung von Aluminium können die Verfahrensparameter so gewählt werden, dass die Oxidschicht des Aluminiums von den auftreffenden Partikeln durchschlagen oder gebrochen und abgelöst wird. Eine Neubildung von Oxiden in dem betreffenden Oberflächenbereich des Bauteils wird dadurch wirksam verhindert, dass die Verbindungszone zwischen Beschichtungs- und Bauteilwerkstoff und damit auch der Bauteilwerkstoff selbst durch die aufgetragenen Partikel abgedeckt wird und damit gegenüber der umgebenden Atmosphäre abgeschirmt wird. Zudem erfolgt der Übergang von der Oberflächenreinigung, also der Entfernung der Oxidschicht durch mechanische Einwirkung, zum Schichtauftrag in einer inerten Schutzgasatmosphäre, die durch das Prozessgas gebildet wird, ohne dass hierzu ein besonders abgeschirmter Arbeitsraum erforderlich ist.
Bei geeignet eingestellten, sehr kurzen Zeiten zwischen Abtrag der Deckschicht und dem Auftragen von haftenden Partikeln muss das Verfahren nicht notwendigerweise mit Inertgas als Prozessgas appliziert werden. Beispielsweise sind auch Verfahrensvarianten mit Druckluft oder Wasserdampf als Prozessgas denkbar. Ein Inertgas als Prozessgas, mit dem der Grundwerkstoff des Bauteils und der Beschichtungswerkstoff nicht reagieren, birgt jedoch weniger Risiken und Einschränkungen zum Verhindern eines möglichen, teilweisen zwischenzeitlichen Aufbaus von Oxidschichten.
Eine weitere Implementierung kann vorsehen, dass der Beschichtungswerkstoff in einer ortsabhängigen Schichtdickenverteilung auf die Oberfläche des Bauteils aufgebracht wird.
Durch die genannte Gestaltung des Beschichtungsverfahrens kann in örtlich genau definierten Bereichen eine stoffschlüssige Verbindung des Bauteils mit dem Beschichtungswerkstoff und gegebenenfalls später mit einem Gusswerkstoff erreicht werden. In anderen Bereichen kann das Bauteil unbeschichtet bleiben und/oder seine Deckschicht behalten.
Es kann in einer weiteren Implementierung vorgesehen sein, dass zusätzlich zu dem Beschichtungswerkstoff ein zweiter und insbesondere ein dritter Beschichtungswerkstoff mittels Kaltgasspritzen auf die Oberfläche des Bauteils aufgebracht wird, wobei insbesondere die verschiedenen Beschichtungswerkstoffe gleichzeitig oder nacheinander aufgebracht werden und wobei weiter insbesondere bei einer Mischung der Beschichtungswerkstoffe auf der Oberfläche des Bauteils die Zusammensetzung der Mischung in Abhängigkeit von der Entfernung von der Oberfläche des Bauteils, also in Abhängigkeit von der Position innerhalb der aufgebrachten Schicht, variiert wird.
Grundsätzlich kann zwischen dem Grundwerkstoff des Bauteils und dem Beschichtungswerkstoff eine Diffusion von Bestandteilen stattfinden, wodurch Legierungen gebildet werden können. Dies kann insbesondere bei einer auf die Beschichtung folgenden Wärmebehandlung oder thermomechanischen Behandlung oder auch beim Vergießen mit einem Metall erfolgen. Die Beschichtung bzw. der Beschichtungswerkstoff kann mit dem Grundwerkstoff des Bauteils lokal transiente flüssige Phasen ausbilden. Die Voraussetzung dafür sind einerseits eine nach Möglichkeit rückstandslose Entfernung der ursprünglichen Oxidschicht (Deckschicht) und andererseits über definierte Bereiche eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der aufgebrachten Beschichtung und dem Grundwerkstoff des Bauteils, um die nötige Diffusion für die Reaktion zu einer Schmelze reproduzierbar zu gewährleisten. Eine lokale gebildete Legierungsschmelze zwischen dem Grundwerkstoff und dem aufgebrachten Beschichtungswerkstoff kann weiter mit dem anzugießenden Metallwerkstoff reagieren, und es können Legierungen gebildet werden, so dass sich Zusammensetzungsunterschiede ausgleichen oder sich stetige Übergänge für die Zusammensetzung ausbilden.
Durch das Aufbringen mehrerer, verschiedener Beschichtungswerkstoffe durch Kaltgasspritzen kann zusätzlich ein stetiger Übergang bestimmter Parameter, wie beispielsweise prozentuale Anteile bestimmter Komponenten des Materials, zwischen dem Grundwerkstoff des Bauteils, den Beschichtungswerkstoffen und einem anzugießenden Metall erreicht werden.
In einer vorteilhaften Implementierung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Bauteil gezielt nur in ausgewählten Bereichen seiner Oberfläche, insbesondere nach einem geometrischen Muster, beispielsweise in Streifen, beschichtet wird. Reaktionen mit einem Vergusswerkstoff können dann so gesteuert werden, dass eine stoffschlüssige Verbindung zu dem Bauteil nur in den vordefinierten, beschichteten Bereichen erzielt wird oder dass ortsabhängige Festigkeitsverläufe der Verbindung erreicht werden.
Es kann zudem vorgesehen sein, dass eine aus einer oder mehreren Schichten bestehende Beschichtung aufgetragen wird, wobei die Schichten sich durch Material oder Beschaffenheit unterscheiden können und wobei die Schichtdicke wenigstens einer Schicht ortsabhängig variiert.
Dadurch kann die Bindung oder das Anhaftverhalten der Beschichtung oder eines später mit dem Bauteil vergossenen Materials an dem Bauteil gesteuert werden, um beispielsweise Sollbruchstellen in speziellen Anwendungen oder beim Recycling zu definieren. Durch die Variation der Schichtdicken lässt sich das Verhalten während des Vergusses, wie Schmelz- oder Legierungsprozesse, beeinflussen. Zusätzlich können Diffussionsvorgänge dazu genutzt werden, um Zusammensetzungen zu ändern und damit lokale Festigkeiten zu steuern.
Bei Einguss von medienführenden Rohren, Hohlkörpern oder allgemein durchströmbaren Strukturen können die Beschichtungen so gestaltet werden, dass ein Wärmeübergang optimiert wird.
Das Verfahren bezieht sich, wie bereits oben angedeutet wurde, nicht nur auf das Beschichten eines Bauteils mit einem Beschichtungswerkstoff, sondern auch auf ein Verfahren zum Verbinden eines Bauteils mit einem Vergusswerkstoff, bei dem das Bauteil zunächst nach einem der Ansprüche 1 bis 5 unter wenigstens teilweisem Entfernen oder Zerstören der Deckschicht mit einem Beschichtungswerkstoff und/oder einem zweiten Beschichtungswerkstoff und/oder einem dritten Beschichtungswerkstoff beschichtet wird und darauf das Bauteil mit dem Vergusswerkstoff vergossen wird.
Durch Diffusion von einzelnen Bestandteilen, Bildung von Legierungen oder Ähnlichem kann bei einem solchen Verbindungsverfahren einerseits der Beschichtungswerkstoff eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Bauteil und dem Vergusswerkstoff begünstigen. Andererseits können durch das Anschmelzen des Beschichtungswerkstoffs sowohl zwischen dem Grundwerkstoff des Bauteils und dem Beschichtungswerkstoff einerseits als auch zwischen dem Beschichtungswerkstoff und der Metallschmelze andererseits in einer flüssigen Übergangsphase für einen festen Stoffschluss sorgen.
Es kann vorteilhaft auch vorgesehen sein, dass das Bauteil zunächst nach einem der oben beschriebenen Verfahren unter wenigstens teilweisem Entfernen oder Zerstören der Deckschicht mit einem Beschichtungswerkstoff und/oder einem zweiten Beschichtungswerkstoff und/oder einem dritten Beschichtungswerkstoff beschichtet wird und dass darauf ein Einbettungswerkstoff mittels eines 3D-Druckverfahrens, insbesondere auf das Bauteil, insbesondere auf den Beschichtungswerkstoff, aufgebracht wird.
Während einer thermischen Nachbehandlung, beispielsweise Spannungsarmglühen, Lösungsglühen oder Ähnlichem, oder während einer thermomechanischen Behandlung, wie beispielsweise heißisostatischem Pressen, können ebenfalls transiente flüssige Phasen gebildet werden, die sich zeitlich wesentlich besser steuern lassen als der Gießvorgang. Diese Prozesse können derart gesteuert werden, dass über Diffusions-, Lösungs-, Ausscheidungs- oder ähnliche Vorgänge ein Konzentrationsausgleich bzw. ein Eigenschaftsübergang zwischen dem Grundwerkstoff des Bauteils, dem Beschichtungswerkstoff und dem Vergussmaterial herbeigeführt werden können. Die Ausdehnung solcher transienten Schmelzbereiche und der bezüglich ihrer Eigenschaften veränderten Bereiche sind über die Dicke und die Zusammensetzung der aufgebrachten Beschichtung einstellbar und können über die Steuerung des Beschichtungsprozesses lokal variiert werden. Im Falle eingegossener Hohlkörper kann die thermische oder thermomechanische Einwirkung nicht nur über die Bauteiloberfläche, sondern auch ausschließlich oder zusätzlich über den betreffenden Hohlkörper erfolgen. Dies kann beispielsweise über ein in den Hohlkörper eingeleitetes flüssiges oder gasförmiges Wärmeträger- und/oder Druckmedium erfolgen.
Es kann somit in einem Verfahren vorgesehen sein, dass nach dem Vergießen oder dem 3D-Druck eine thermische oder thermomechanische Nachbehandlung des Bauteils und des Vergusswerkstoffs vorgenommen wird.
Zudem kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Beschichtungswerkstoff und/oder ein zweiter Beschichtungswerkstoff und/oder ein dritter Beschichtungswerkstoff, das Vergussmaterial und die Gießtemperatur so gewählt werden, dass der Beschichtungswerkstoff und/oder ein zweiter Beschichtungswerkstoff und/oder ein dritter Beschichtungswerkstoff und das Vergussmaterial während des Vergießens, beispielsweise während oder nach der Formfüllung oder während des Erstarrens der Schmelze, eine transiente flüssige Phase in der Grenzfläche zu dem festen, eingegossenem Material bilden.
Eine weitere vorteilhafte Implementierung kann, wie oben bereits ausgeführt, vorsehen, dass der Beschichtungswerkstoff und/oder ein zweiter Beschichtungswerkstoff und/oder ein dritter Beschichtungswerkstoff so gewählt werden, dass wenigstens einer der Beschichtungswerkstoffe während des Vergießens und/oder einer thermischen oder thermomechanischen Nachbehandlung wenigstens teilweise aufschmilzt und/oder dass wenigstens einer der Beschichtungswerkstoffe mit dem Grundwerkstoff des Bauteils oder dem Vergussmaterial eine neue Phase, insbesondere eine eutektische Mischung, bildet.
Eine weitere vorteilhafte Implementierung des Verfahrens kann zudem vorsehen, dass der Grundwerkstoff des Bauteils, der Vergusswerkstoff oder Einbettungswerkstoff und der Beschichtungswerkstoff und/oder ein zweiter Beschichtungswerkstoff und/oder ein dritter Beschichtungswerkstoff und die Temperaturführung so gewählt werden, dass Diffusionsprozesse im Verlauf der Verbindungsbildung einen graduellen Übergang von Mischungsanteilen in dem Bereich zwischen dem Bauteil und dem Vergusswerkstoff oder Einbettungswerkstoff ausbilden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Figuren einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben. Dabei zeigt

1 schematisch den Vorgang des Kaltgasspritzens unter wenigstens teilweiser Zerstörung einer Oxidschichtschicht (Deckschicht),
2 schematisch ein Bauteil vor und nach dem Auftreffen eines kaltgasgespritzten Pulverpartikels,
3 die Konstellation nach dem Vergießen oder andersartigen Aufbringen eines Vergusswerkstoffs oder Einbettungswerkstoffs auf das Bauteil,
4 eine Konstellation mit dem Bauteil, einem Verguss- oder Einbettungswerkstoff sowie zwei verschiedenartigen Schichten einer Beschichtung sowie
5 schematisch ein Ablaufschema des beschriebenen Verfahrens.

1 zeigt schematisch eine Einrichtung zum Kaltgasspritzen mit einer Düse 13, von der aus Pulverpartikel 6, 7, 8, 9, die aus einem Beschichtungswerkstoff bestehen, auf ein zu beschichtendes Bauteil 1 beschleunigt werden. Aus der Düse 13 tritt ein Prozessgasstrom, insbesondere mit einem inerten Prozessgas, in Richtung auf das Bauteil 1 aus und reißt Pulverpartikel mit sich. In den Randbereichen des Prozessgasstroms, die durch die gekrümmten Pfeile 14, 15 angedeutet sind, ist die Geschwindigkeit des Prozessgasstroms und der Pulverpartikel durch das in einer Düse ausgebildete Strömungsfeld bedingt und wegen der Wechselwirkung mit der Düsenwand geringer als im Zentrum des Prozessgasstroms, der etwa durch den Pfeil 16 angedeutet ist.
Bei dem Bauteil 1, das beispielsweise aus Aluminium besteht, jedoch auch aus einem anderen Werkstoff, insbesondere Metall, bestehen kann, das unerwünschte Deckschichten, im Fall des Aluminiums eine Oxidschicht, ansetzt, ist die Oxidschicht mit 2 bezeichnet, wobei zudem im Prozess bereits losgelöste Teile der Oxidschicht mit 18 bezeichnet sind.
Wird die Prozessgasdüse 13 in Richtung des Pfeils 19 über das Bauteil 1 hinwegbewegt, so wird jeder Punkt der Oberfläche 1a des Bauteils 1 zunächst von Pulverpartikeln mit geringerer Geschwindigkeit am Rande des Prozessgasstroms getroffen, wobei diese Partikel durch die eingestellte Geschwindigkeit im Bereich von Überschallgeschwindigkeiten eine ausreichende Energie haben, um die Oxidschicht 2 zu zerstören und Teile 18 der Oxidschicht wegzubefördern. Die Pulverpartikel 6, 7 selbst prallen von der Oberfläche größtenteils ab und hinterlassen eine von der Deckschicht/Oxidschicht 2 gereinigte Bauteiloberfläche.
Auf den jeweiligen Bereich der Bauteiloberfläche treffen im Zuge der Weiterbewegung der Düse 13 dann Pulverpartikel 8, 9 mit einer Geschwindigkeit auf, die höher liegt als die der Pulverpartikel 6, 7 im Randbereich des Prozessgasstroms. Diese Pulverpartikel 8, 9 haben zumindest eine bestimmte kritische Geschwindigkeit und damit eine kinetische Mindestenergie, um die Oberfläche 1a des Bauteils 1 und auch sich selbst plastisch zu verformen, so dass sie sich unter Verformung der Bauteiloberfläche an diese anlegen und sich mit dieser stoffschlüssig verbinden. Es entsteht eine Beschichtung der Bauteiloberfläche mit Pulverpartikeln 8, 9, wobei die Grenzfläche zwischen dem Bauteil 1 und den Pulverpartikeln bezüglich der Oberflächenstruktur verformt werden kann, auch wenn die Oberfläche des Bauteils 1 vor dem Kaltgasspritzen eben war.
Auf diese Weise kann durch Überstreichen der Bauteiloberfläche mit dem Prozessgasstrom gleichzeitig die Deckschicht 2 abgetragen und ein Beschichtungswerkstoff 3, 4, 5 aus dem Material der Pulverpartikel 8, 9 aufgetragen werden.
In 2 ist in detaillierter Form ein Ausschnitt des Bauteils 1 dargestellt, das ein einzugießendes Halbzeug bildet, mit einer Deckschicht 2 und einem Pulverpartikel 9. Im oberen Bereich der 2 ist das unbearbeitete Bauteil 1 mit der Deckschicht 2 an seiner Oberfläche dargestellt, während im unteren Bereich die Bauteiloberfläche 1a und die Deckschicht 2 aufgerissen, plastisch verformt und mit einem sich an die Oberfläche stoffschlüssig anhaftenden Pulverpartikel 9 bedeckt sind. Unterhalb der Pulverpartikel 9 zwischen dieser und dem Material des Bauteils 1 sind potenziell einzelne Bruchstücke der vormaligen Oxidschicht oder Deckschicht 2 erhalten, während andere Teile der Deckschicht mit dem Prozessgasstrom wegbefördert worden sind. Es kann durch geeignete Prozessführung auch erreicht werden, dass die Deckschicht vollständig entfernt wird. Die plastische Verformung der Oberfläche 1a des Bauteils 1 erlaubt eine weiter verbesserte stoffschlüssige Verbindung folgender Pulverpartikel mit der Oberfläche.
In 3 ist ein Bauteil 1 dargestellt, auf dessen Oberfläche in Teilbereichen ein Beschichtungswerkstoff 3 haftet. Auf das Bauteil 1 und den Beschichtungswerkstoff 3 ist im linken Bereich ein Vergussmaterial 11 aufgetragen, während im rechten Teil beispielhaft ein Einbettungswerkstoff 12 dargestellt ist, der mittels eines 3D-Druckverfahrens aufgetragen ist. In beiden Fällen kann der Beschichtungswerkstoff 3 für einen besseren stoffschlüssigen Halt des Werkstoffs 11, 12 auf dem Bauteil 1 bzw. auf dem Beschichtungswerkstoff 3 sorgen.
Durch die Pfeile 19, 20, 21, 22 soll angedeutet werden, dass Bestandteile der Werkstoffe des Bauteils 1, der Beschichtung 3 und des Vergusswerkstoffs bzw. des aufgedruckten Werkstoffs 11, 12 in jeweils benachbarte Werkstoffbereiche diffundieren können, um lokal Legierungen zu bilden oder chemisch zu reagieren, um auf diese Weise einen verbesserten stoffschlüssigen Verbund zu erreichen. Die genannten Mechanismen können dadurch erzeugt oder befördert werden, dass die Materialwahl der beteiligten Materialien entsprechend ausfällt. Zudem kann auch eine Wärmebehandlung des Bauteils 1 gemeinsam mit der Beschichtung 3 und einem Vergusswerkstoff oder einem aufgedruckten Werkstoff 11, 12 erfolgen. Auch die Behandlung mittels eines thermomechanischen Verfahrens, wie beispielsweise Walzen oder Pressen gleichzeitig mit einer Temperatureinwirkung, kann vorteilhaft sein.
Aus 4 geht ein Beispiel hervor, bei dem das Bauteil 1 mit einem ersten Beschichtungswerkstoff 3 durch Kaltgasspritzen bedeckt wurde und danach der Beschichtungswerkstoff 3 mit einem weiteren Beschichtungswerkstoff 4, ebenfalls durch Kaltgasspritzen, wenigstens teilweise abgedeckt wird. Der weitere Beschichtungswerkstoff 4 kann seinerseits mit einem weiteren Beschichtungswerkstoff 5 abgedeckt werden, was jedoch in 4 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist.
Die Pfeile 19, 20, 21, 22, 23, 24 zeigen die Diffusionsrichtungen von Bestandteilen der einzelnen Werkstoffe in jeweils den Werkstoff einer benachbarten Schicht an. Auf diese Weise können Diffusion und/oder Reaktionen stattfinden, um einen Konzentrationsausgleich bestimmter Komponenten in den einzelnen Werkstoffen zu ermöglichen, Legierungen zu schaffen und damit einen stoffschlüssigen Zusammenhalt zu verbessern.
Das Bauteil 1 kann auch beispielsweise mittels Kaltgasspritzen mit verschiedenen Beschichtungswerkstoffen bedeckt werden, die sich nur durch die Konzentration bestimmter Komponenten in ihnen unterscheiden, so dass durch die Schichtenabfolge ein allmählicher Übergang der Konzentration einer Komponente über die Schichtdicke geschaffen werden kann.
5 zeigt schematisch den Verfahrensablauf eines Verfahrens gemäß der Erfindung, bei dem in einem ersten Schritt 13 die Oberfläche des Bauteils 1 von einer Deckschicht 2, beispielsweise Oxidschicht, gereinigt wird, so dass eine unbeschichtete Bauteiloberfläche 1a entsteht.
Im nächsten Schritt 14, der auch mit dem ersten Schritt gleichzeitig stattfinden oder in diesen übergehen kann, wird auf die Oberfläche des Bauteils 1 mit einem Beschichtungswerkstoff oder mehreren Beschichtungswerkstoffen durch Kaltgasspritzen eine Beschichtung aufgebracht.
Im folgenden Schritt 15 wird das Bauteil 1 beispielsweise in ein Metall oder einen anderen Werkstoff eingegossen oder mit einem anderen Werkstoff bedruckt.
In einem weiteren, potenziellen Prozessschritt 16 wird eine Wärmebehandlung, beispielsweise durch das Eingießen selbst, Spannungsarmglühen, oder eine thermomechanische Behandlung, wie beispielsweise Walzen unter Einwirkung hoher Temperatur, durchgeführt. Hierdurch können infolge lokalen Aufschmelzens transiente Flüssigphasen in den Grenzbereichen zwischen den zu verbindenden Stoffen entstehen, wodurch Konzentrationsgefälle von Komponenten ausgeglichen und Legierungen gebildet werden können, die für eine Verbesserung von stoffschlüssigen Verbindungen sorgen können.
Das beschriebene Verfahren erlaubt durch den Einsatz des Kaltgasspritzens eine einfache und zuverlässige Herstellung von Verbindungen von Werkstoffen, die in Verbundbauteilen stoffschlüssig verbunden werden und zusammenwirken. Die aufgetragene Beschichtung kann zur Steuerung der Qualität der Verbindung in geometrischen Mustern oder einer ortsabhängigen Verteilung aufgebracht werden, beispielsweise in Zeilen, Streifen oder voneinander abgegrenzten Teilflächen. Auch die Dicke einer oder mehrerer Schichten, aus denen die Beschichtung bestehen kann, kann ortsabhängig variieren. Dadurch können verschiedene mechanische Eigenschaften der Verbindung gradiert gesteuert werden. Beispielsweise können auf diese Weise Sollbruchstellen erzeugt werden. Das Eingießen von medienführenden Strukturen, zum Beispiel Kühlkanälen kann zur definierten Wärmeabfuhr dienen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf die folgenden Aspekte, die jeweils für sich, in Kombination miteinander oder auch in Kombination mit Gegenständen der Patentansprüche eigenständige Erfindungen definieren können.
Aspekt 1: Verfahren, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

Bei der Beschichtung von Aluminium oder anderen eine Deckschicht bildenden Metallen werden bei Anwendung des Kaltgasspritzens Verfahrensparameter so gewählt, dass die Deckschicht/Oxidschicht des Aluminiums von den auftreffenden festen Partikeln durchschlagen, bzw. gebrochen und abgelöst wird. Die Partikel haben zumindest teilweise Geschwindigkeiten von mehr als 100 m/s oder auch mehr als 300 m/s.

Aspekt 2: Verfahren nach Aspekt 1; dabei wird eine Neubildung von Oxiden im betreffenden Bereich dadurch wirksam verhindert, dass (i) die Verbindungszone zwischen Beschichtungs- und Grundwerkstoff und damit auch der Grundwerkstoff durch die aufgetragenen Partikel und die Beschichtung abgedeckt wird und damit gegenüber der umgebenden Atmosphäre abgeschirmt wird und/oder dass (ii) der Übergang von Oberflächenreinigung zu Schichtauftrag in inerter Schutzgasatmosphäre erfolgt.
Aspekt 3: Verfahren nach Aspekt 1 oder 2. Die so aufgebrachten Schichten unterstützen eine Verbindungsbildung beim Eingießen oder Bedrucken im 3D-Druck von Halbzeug dadurch, dass die Werkstoffe der einzugießenden Bauteile und die aufgebrachte Schicht (als Grenzschicht) lokal eine transiente flüssige Phase ausbilden.
Aspekt 4: Verfahren nach Aspekt 1, 2 oder 3. Für mögliche Reaktionen kann das Material der aufgebrachten Beschichtung entweder so gewählt werden, dass (a) der Beschichtungswerkstoff bei den Temperaturen des Gießvorgangs und/oder einer nachgelagerten thermischen oder thermomechanischen Behandlung direkt aufschmilzt oder (b) der Beschichtungswerkstoff mit dem Gusswerkstoff und/oder dem Substratwerkstoff/Grundwerkstoff eine neue Phase, z. B. ein Eutektikum, ausbildet, deren Schmelzpunkt unter demjenigen des reinen Gusswerkstoffs und/oder des Substratwerkstoffs liegt.
Aspekt 5: Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 4. Alternativ ist auch eine Prozessführung denkbar, in deren Verlauf die transiente flüssige Phase nicht oder nicht ausschließlich während des Gießvorganges, sondern auch bzw. ausschließlich während einer nachgelagerten Wärmebehandlung (z. B. Spannungsarmglühen, Lösungsglühen, etc.) oder thermomechanischen Behandlung (z. B. heißisostatisches Pressen) gebildet wird.
Aspekt 6: Verfahren nach Aspekt 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem ein beschichteter Hohlkörper in ein Bauteil integriert wird und die thermische oder thermomechanische Einwirkung ausschließlich oder zusätzlich über ein in diesen Hohlkörper eingeleitetes flüssiges oder gasförmiges Medium erfolgt.
Aspekt 7: Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 6. Die Ausdehnung der transienten Schmelze und der später angereicherten Bereiche sind über die ursprünglichen Dicken und Zusammensetzungen der aufgebrachten Grenzschicht einstellbar.
Aspekt 8: Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 7. Durch Kaltgasspritzen können lokal unterschiedliche, kontrollierte Schichtdicken aufgetragen werden. Damit kann die Ausprägung oder Zusammensetzung der zu einer Schmelze reagierten Bereiche der Schicht an die lokalen thermischen Bedingungen etc. im Gießprozess angepasst werden.
Aspekt 9: Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 8. In mehreren Prozessschritten können durch Kaltgasspritzen auch unterschiedliche Beschichtungswerkstoffe oder Legierungen kombiniert sowie gradierte Zusammensetzungen realisiert werden. Dies ermöglicht eine Feinabstimmung auf nötige Temperaturen für die Reaktion zu einer transienten Schmelzphase in Bereichen des Bauteils mit unterschiedlicher Wärmeableitung.
Aspekt 10: Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 9. Das Kaltgasspritzen trägt die Schicht als Spur mit seitlichen Begrenzungen auf. In Kombination mit geeigneter Robotik oder Maskierungstechnik können Bereiche für den Schichtauftrag definiert werden. Entsprechend findet eine Reaktion zu einer stoffschlüssigen Verbindung über die Schmelzphase beim Eingießen nur in den so vordefinierten Bereichen statt. Entsprechende Hybridbauteile können definierte Maximalfestigkeiten und definierte Sollbruchstellen aufweisen.
Aspekt 11: Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 10. Beim Kaltgasspritzen können Materialkombination und/oder Temperaturführung so gestaltet werden, dass im Verlauf der Verbindungsbildung durch Diffusionsvorgänge die Grenzschicht zwischen Gusswerkstoff und eingegossener Komponente einen graduellen Übergang (Konzentrationsgradient) zwischen beiden Materialien ausbildet.
Aspekt 12: Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 11. Das Verfahren eignet sich für das Ein-/Angießen von Bauteilen in Form medienführender Rohre oder vergleichbarer Strukturen: In diesem Fall liegen die Anforderungen an den Materialübergang nicht primär im Bereich reproduzierbarer und/oder besonders herausragender mechanischer Eigenschaften, sondern im Bereich entsprechender thermischer Eigenschaften (Wärmeübergang).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19745725 A1 [0009]
DE 102006003482 A1 [0010]

Claims

Verfahren zum Beschichten eines Bauteils (1) aus einem Grundwerkstoff, das eine insbesondere geschlossene Deckschicht (2) aus einem ersten Deckmaterial trägt, mit einem Beschichtungswerkstoff (3, 4, 5), dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungswerkstoff in Form von Pulverpartikeln (6, 7, 8, 9) mittels eines Prozessgasstroms (10) durch Kaltgasspritzen auf das Bauteil aufgebracht wird, wobei der Prozessgasstrom derart eingestellt wird, dass er sowohl erste Pulverpartikel (6, 7) enthält, die aufgrund ihrer Geschwindigkeit jeweils einen Teil des Deckmaterials abtragen, als auch zweite Partikel (8, 9), die aufgrund ihrer Geschwindigkeit beim Aufprall auf der Oberfläche des Bauteils eine Verformung erfahren und mit der Bauteiloberfläche verschweißen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der ersten und/oder der zweiten Pulverpartikel (6, 7, 8, 9) so eingestellt wird, dass sie beim Auftreffen auf die Oberfläche (1a) des Bauteils (1) diese plastisch verformen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der ersten und/oder der zweiten Pulverpartikel (6, 7, 8, 9) so eingestellt wird, dass sie beim Auftreffen auf die Oberfläche (1a) des Bauteils (1) eine etwaige Deckschicht ganz oder teilweise durchschlagen.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessgas ein inertes Gas verwendet wird, mit dem der Grundwerkstoff des Bauteils (1) und der Beschichtungswerkstoff (3, 4, 5) nicht reagieren.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessgas Druckluft oder Wasserdampf verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungswerkstoff (3, 4, 5) in einer ortsabhängigen Schichtdickenverteilung auf die Oberfläche (1a) des Bauteils (1) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Beschichtungswerkstoff (3) ein zweiter und insbesondere ein dritter Beschichtungswerkstoff (4, 5) mittels Kaltgasspritzen auf die Oberfläche (1a) des Bauteils (1) aufgebracht wird, wobei insbesondere die verschiedenen Beschichtungswerkstoffe gleichzeitig oder nacheinander aufgebracht werden und wobei weiter insbesondere bei einer Mischung der Beschichtungswerkstoffe auf der Oberfläche des Bauteils die Zusammensetzung der Mischung in Abhängigkeit von der Entfernung von der Oberfläche (1a) des Bauteils variiert wird.
Verfahren zum Verbinden eines Bauteils mit einem Vergusswerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) zunächst nach einem der Ansprüche 1 bis 7 unter wenigstens teilweisem Entfernen oder Zerstören der Deckschicht (2) mit einem Beschichtungswerkstoff (3) und/oder einem zweiten Beschichtungswerkstoff (4) und/oder einem dritten Beschichtungswerkstoff (5) beschichtet wird und dass darauf das Bauteil mit dem Vergusswerkstoff (11) vergossen wird.
Verfahren zum Verbinden eines Bauteils mit einem Einbettungswerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) zunächst nach einem der Ansprüche 1 bis 7 unter wenigstens teilweisem Entfernen oder Zerstören der Deckschicht (2) mit einem Beschichtungswerkstoff (3) und/oder einem zweiten Beschichtungswerkstoff (4) und/oder einem dritten Beschichtungswerkstoff (5) beschichtet wird und dass darauf ein Einbettungswerkstoff (12) mittels eines 3D-Druckverfahrens, insbesondere auf das Bauteil, und/oder insbesondere auf den Beschichtungswerkstoff, aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Vergießen oder dem 3D-Druck eine thermische oder thermomechanische Nachbehandlung (16) des Bauteils (1) und des Vergusswerkstoffs vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungswerkstoff (3) und/oder ein zweiter Beschichtungswerkstoff (4) und/oder ein dritter Beschichtungswerkstoff (5), das Vergussmaterial (11) und die Gießtemperatur so gewählt werden, dass der Beschichtungswerkstoff und/oder ein zweiter Beschichtungswerkstoff und/oder ein dritter Beschichtungswerkstoff und das Vergussmaterial während des Vergießens eine transiente flüssige Phase bilden.
Verfahren nach Anspruch 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungswerkstoff (3) und/oder ein zweiter Beschichtungswerkstoff (4) und/oder ein dritter Beschichtungswerkstoff (5) so gewählt werden, dass wenigstens einer der Beschichtungswerkstoffe während des Vergießens und/oder einer thermischen oder thermomechanischen Nachbehandlung (16) wenigstens teilweise aufschmilzt und/oder dass wenigstens einer der Beschichtungswerkstoffe mit dem Grundwerkstoff des Bauteils (1) oder dem Vergussmaterial (11) eine neue Phase, insbesondere eine eutektische Mischung, bildet.
Verfahren nach Anspruch 8, 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundwerkstoff des Bauteils (1), der Vergusswerkstoff (11) oder Einbettungswerkstoff (12) und der Beschichtungswerkstoff (3) und/oder ein zweiter Beschichtungswerkstoff (4) und/oder ein dritter Beschichtungswerkstoff (5) und die Temperaturführung so gewählt werden, dass Diffusionsprozesse im Verlauf der Verbindungsbildung einen graduellen Übergang von Mischungsanteilen in dem Bereich zwischen dem Bauteil und dem Vergusswerkstoff (11) oder Einbettungswerkstoff (12) ausbilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil gezielt nur in ausgewählten Bereichen seiner Oberfläche, insbesondere nach einem geometrischen Muster oder in Streifen, beschichtet wird.
Verfahren nach Ansprüchen 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechende Reaktionen so gesteuert sind, dass eine stoffschlüssige Verbindung nur in den so vordefinierten beschichteten Bereichen gegeben ist oder Festigkeiten der Verbindung ortsabhängig definiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus einer oder mehreren Schichten bestehende Beschichtung aufgetragen wird, wobei die Schichtdicke wenigstens einer der Schichten ortsabhängig variiert.
Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass medienführende Rohre oder Hohlstrukturen eingegossen werden und die einzustellenden Schichteigenschaften durch Behandlung nach einem der Ansprüche 7 bis 12 auf einen optimierten Wärmeübergang abgestimmt sind.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische und/oder thermomechanische Einwirkung nach Anspruch 11 über die äußere Bauteiloberfläche und/oder über die innere Oberfläche des Rohres oder einer Hohlstruktur eingebracht wird, insbesondere mittels eines flüssigen oder gasförmigen Wärmeträgers, weiter insbesondere mittels eines Innenhochdruck-Umformungsprozesses.