DE10253288A1

DE10253288A1 - Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen zur Erhöhung der Beständigkeit gegenüber tribologischen und korrosiven Beanspruchungen

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Publication number: DE10253288A1
Application number: DE2002153288
Authority: DE
Inventors: Gunter Prof.-Dr.-Ing. Benkißer; Michael Prof.-Dr.-Ing. Pohl; Tikana Dr.-Ing. Ladji; Gerlinde Dr.-Ing. Winkel
Original assignee: Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Mecklenburg-Vorpommern gGmbH; SCHWEISTECHNISCHE LEHR und VER
Current assignee: Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Mecklenburg-Vorpommern gGmbH; SCHWEISTECHNISCHE LEHR und VER
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen zur Erhöhung der Beständigkeit gegenüber tribologischen und korrosiven Beanspruchungen für die Anwendung im Maschinen-, Schiff- und Fahrzeugbau, im Stahl- und Hochbau, die korrosiven und tribologischen Beanspruchungen (z. B. Abrasion, Kavitationserosion und Kavitationskorrosion), die in der Randschicht den genannten Beanspruchungen unterliegen und deren Oberfläche partiell oder vollständig mit energiereicher Strahlung zur Verminderung bzw. Vermeidung von Schäden durch die genannten Randschichtbeanspruchungen behandelt wird. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen vorzuschlagen, die es ermöglichen, Bauteile mit erhöhter Beständigkeit gegenüber den o. g. Beanspruchungen herzustellen, die verbesserte Randschichteigenschaften im Vergleich zu nicht randschichtbehandelten Bauteilen besitzen. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Oberfläche von Bauteilen aus Kupferlegierungen mit energiereicher Strahlung partiell oder vollständig mit oder ohne Zusatzwerkstoff behandelt wird. DOLLAR A Das Verfahren kommt zur Anwendung für Kupferlegierungen, vorzugsweise Aluminiumbronzen, die als Legierungselemente Aluminium, Eisen, Nickel, Mangan, Zink sowie weitere Zusätze enthalten können. Die Kupferwerkstoffe können sowohl im gegossenen als auch im gekneteten Zustand vorliegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen zur Erhöhung der Beständigkeit gegenüber tribologischen und korrosiven Beanspruchungen für die Anwendung im Maschinen-, Schiff und Fahrzeugbau, im Stahl- und Hochbau, die korrosiven und tribologischen Beanspruchungen (z.B. Abrasion, Kavitationserosion und Kavitationskorrosion), die in der Randschicht den genannten Beanspruchungen unterliegen und deren Oberfläche partiell oder vollständig mit energiereicher Strahlung zur Verminderung bzw. Vermeidung von Schäden durch die genannten Randschichtbeanspruchungen behandelt wird.

Es ist allgemein bekannt, dass an Bauteilen aus Kupferlegierungen im Einsatz durch tribologische und/oder korrosive Beanspruchungen Schädigungen der Oberfläche auftreten können. Beispiele dafür sind Schäden durch Kavitationserosion/-korrosion an Schiffspropellern, Schäden durch Abrasion an Schneckenrädern u.a..

Nachteilig des bekannten Standes der Technik ist, dass beim Auftreten von Schädigungen der Randschicht an Bauteilen erhebliche Beeinträchtigungen der Funktionseigenschaften verbunden sind. Neben Leistungsminderungen (z.B. von Antriebsanlagen), erhöhten Kosten durch verkürzte Wartungsintervalle oder Reparaturen können Randschichtschädigungen von Bauteilen bis zur Zerstörung des Bauteils führen und damit eine vorzeitige Wiederbeschaffung notwendig machen. Die Schädigung von Bauteilen in der Randschicht beeinträchtigt die Funktionstüchtigkeit und ist stets mit zusätzlichen Kosten für den Betreiber verbunden.

Um solche zusätzlichen Kosten unter gleichzeitiger Verlängerung der Lebensdauer von Bauteilen unter den herrschenden Betriebsbedingungen zu vermeiden und die Funktionssicherheit von Bauteilen zu gewährleisten, will die Erfindung Abhilfe schaffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen vorzuschlagen, die es ermöglichen, Bauteile mit erhöhter Beständigkeit gegenüber den o.g. Beanspruchungen herzustellen, die verbesserte Randschichteigenschaften im Vergleich zu nicht randschichtbehandelten Bauteilen besitzen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Oberfläche von Bauteilen aus Kupferlegierungen, deren Randschicht zum Zwecke der Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegenüber verschiedenen Randschichtbeanspruchungen mit energiereicher Strahlung behandelt wird, mit energiereicher Strahlung partiell oder vollständig mit oder ohne Zusatzwerkstoff behandelt wird.

Das Verfahren kommt zur Anwendung für Kupferlegierungen, vorzugsweise Aluminiumbronzen, die als Legierungselemente Aluminium, Eisen, Nickel, Mangan, Zink sowie weitere Zusätze enthalten können. Die Kupferwerkstoffe können sowohl im gegossenen als auch im gekneteten Zustand vorliegen.

Die Verfahren, die erfindungsgemäß zur Behandlung der Oberfläche der genannten Kupferlegierungen eingesetzt werden, sind thermische Verfahren mit energiereicher Strahlung. Dazu gehören die Verfahren der Lasertechnik und der Elektronenstrahltechnik, die sowohl ohne Zusatzwerkstoff als auch mit Zusatzwerkstoff angewendet werden können. Die Verfahren der Lasertechnik schließen das Laserstrahlumschmelzen, das Laserstrahlbeschichten und das Laserstrahllegieren ein. Die gleichen Varianten treffen für die Verfahren der Elektronenstrahltechnik zu.

Die Wellenlänge der Laserstrahlung, die zum Zwecke der Oberflächenbehandlung von Kupferlegierungen verwendet wird, kann im Wellenlängenbereich von 0,5 μm bis 10,6 μm liegen. Es können für die Oberflächenbehandlung alle Arten von Laserquellen eingesetzt werden (z.B. CO₂-Laser, Nd:YAG-Laser, Diodenlaser).

Der Strahleinfall der Laserstrahlung kann sowohl senkrecht (90°) als auch unter einem Winkel zwischen 0° und 90° erfolgen.

Zur Erhöhung der Energieeinkopplung in das Material kann vor der Laserbehandlung eine absorptionssteigernde Schicht (Coating) auf die Oberfläche der Kupferlegierung aufgetragen werden. Diese Schicht kann einerseits aus einem Gemisch aus Kohlenstoffpartikeln (Graphit) und Lösungs-/Bindemitteln oder aus reinem Kohlenstoff bestehen. Es können ebenfalls Substanzen wie Farben, Phospate usw. als Coatings verwendet werden, die zu einer Erhöhung der Energieeinkopplung führen. Die verwendeten Coatings können durch die Einwirkung der Laserstrahlung verbrennen oder noch teilweise auf der Oberfläche vorhanden sein. Nach der Laserbehandlung sind die Reste der Coatings rückstandslos von der Oberfläche zu entfernen.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass alle genannten Verfahrensvarianten dazu dienen, die Oberfläche von Kupferlegierungen gegenüber Beanspruchungen, wie sie im Einsatz dieser Bauteile auftreten, widerstandsfähiger zu gestalten. Dazu zählen eine Erhöhung der Härte, eine Erhöhung der Verschleißbeständigkeit (z.B. gegenüber Abrasion) und eine Erhöhung der Beständigkeit gegenüber Kavitationserosion/-korrosion. Die Bearbeitung kann im Neuzustand der Bauteile oder nach bereits erfolgten Einsatz zur Beseitigung von bereits eingetretenen Schädigungen der Oberfläche erfolgen.

Durch die Verbesserung der Randschichteigenschaften lässt sich die Lebensdauer von Bauteilen aus Kupferlegierungen erheblich steigern.

Die Erfindung wird anhand von mehreren Ausführungsvarianten näher erläutert.

1. Verfahrensvariante Laserstrahlumschmelzen

Beim Laserstrahlumschmelzen trifft die Laserstrahlung senkrecht oder unter einem Winkel auf die Oberfläche des Bauteils aus der Kupferlegierung auf, wobei die Oberfläche mit oder ohne Coating vorliegen kann. Die Oberfläche wird lokal durch die auftreffende Laserstrahlung aufgeschmolzen und erstarrt sofort nach Wegnahme des Laserstrahls durch den Effekt der Selbstabschreckung. Externe Kühlmedien sind nicht erforderlich. Beim Laserstrahlumschmelzen erfolgt keine Veränderung der chemischen Zusammensetzung.

Die Laserleistungen für das Laserstrahlumschmelzen liegen zwischen 250 W und 20 kW. Die Geschwindigkeiten, mit denen das Laserstrahlumschmelzen erfolgt, betragen 0,5 mm/s bis 100 mm/s. Zum Schutz der Werkstoffoberfläche bzw. des Coatings wird ein Schutzgas (vorzugsweise Argon oder Stickstoff) mit einem Durchfluss von 2 l/min bis 50 l/min eingesetzt.

Während des Laserstrahlumschmelzens unterliegt der Werkstoff einem von der Laserleistung, der Geschwindigkeit und der Brennfleckgröße abhängigen Temperatur-Zeit-Zyklus. Die Maximaltemperatur im Verlaufe dieses Zyklus liegt zwischen der Schmelztemperatur der jeweiligen Kupferlegierung und deren Verdampfungstemperatur.

Der Laserstrahl kann für das Umschmelzen durch Spiegel oder Spezialoptiken geformt werden. Der Laserstrahl kann fokussiert oder defokussiert auf das Bauteil auftreffen.

Als Folge des Laserstrahlumschmelzens besitzt die Oberfläche der behandelten Kupferlegierung eine höhere Härte, eine verbesserte Beständigkeit gegenüber Beanspruchungen wie Kavitaionserosion und -korrosion und mechanischem Verschleiß (z.B. Abrasion) als im unbehandelten Zustand.

Die Veränderung der Eigenschaften der Kupferlegierungen durch das Laserstrahlumschmelzen beruhen auf den im Werkstoff ablaufenden Ungleichgewichtsumwandlungen, der Kornfeinung, der Homogenisierung des Gefüges, der Auflösung von groben intermetallischen Verbindungen und der Segregation von feinen intermetallischen Verbindungen.

Das Laserstrahlumschmelzen kann angewendet werden, um die endnah bearbeitete oder fertigbearbeitete Oberfläche eines Bauteils aus einer Kupferlegierung zum Zwecke der Erhöhung der Härte, der Verschleißfestigkeit, der Kaviationserosions-/Korrosionsbeständigkeit zu veredeln.

2. Verfahrensvariante Laserstrahlbeschichten

Beim Laserstrahlumschmelzen trifft die Laserstrahlung senkrecht oder unter einem Winkel auf die Oberfläche des Bauteils aus der Kupferlegierung auf, wobei gleichzeitig ein pulverförmiger oder drahtförmiger Zusatzwerkstoff in den Brennfleck über eine geeignete Zufuhreinrichtung gefördert wird. Die Oberfläche des Werkstückes und das Pulver werden lokal durch die auftreffende Laserstrahlung aufgeschmolzen. Die Vermischung zwischen Grundwerkstoff und Zusatzmaterial sollte so gering wie möglich sein. Die Erstarrung erfolgt durch den Effekt der Selbstabschreckung. Externe Kühlmedien sind nicht erforderlich. Beim Laserstrahlumschmelzen kann bei Verwendung eines sich vom Grundwerkstoff unterscheidenden Zusatzwerkstoffes örtlich eine Veränderung der chemischen Zusammensetzung erfolgen.

Die Laserleistungen für das Laserstrahlbeschichten liegen zwischen 250 W und 20 kW. Die Geschwindigkeiten, mit denen das Laserstrahlbeschichten erfolgt, betragen 0,5 mm/s bis 100 mm/s. Der Zusatzwerkstoff kann von 0,5 g/min bis zu 50 g/min zugeführt werden. Die Dicke der einer einlagigen Beschichtung kann von 0,2 mm bis 3 mm variieren. Zum Transport des Zusatzwerkstoffes wird ein Transportgas (vorzugsweise Argon oder Stickstoff) mit einem Durchfluss von 2 l/min bis 50 l/min eingesetzt, das zudem auch zum Schutz der Oberfläche dient.

Als Zusatzmaterial für das Laserstrahlbeschichten können artgleiche oder artähnliche Werkstoffe verwendet werden. Beispiel : CuAl10Fe1 als Beschichtungsmaterial für die Legierung CuAl10Fe5Ni5. Die Zusatzmaterialien liegen pulver- oder drahtförmig vor. Die Zuführung erfolgt entweder seitlich zum Laserstrahl oder auch koaxial zum Laserstrahl.

Während des Laserstrahlbeschichtens unterliegt der Werkstoff einem von der Laserleistung, der Geschwindigkeit und der Brennfleckgröße abhängigen Temperatur-Zeit-Zyklus. Die Maximaltemperatur im Verlaufe dieses Zyklus liegt oberhalb der Schmelztemperatur der jeweiligen Kupferlegierung und des Zusatzwerkstoffes und unterhalb der Verdampfungstemperatur der Kupferlegierung und des Zusatzwerkstoffes.

Der Laserstrahl kann für das Beschichten durch Spiegel oder Spezialoptiken geformt werden. Der Laserstrahl kann fokussiert oder defokussiert auf das Bauteil auftreffen.

Das Laserstrahlbeschichten wird vorzugsweise zur Ausbesserung von bereits vorhandenen Schädigungen auf der Bauteiloberfläche vorgenommen. Sind nach erfolgtem Einsatz des Bauteils beispielsweise Schädigungen durch Abrasion oder Kavitationserosion/-korrosion auf der Bauteiloberfläche der Kupferlegierung vorhanden, könne diese Defekte durch Laserstrahlbeschichten beseitigt werden.

3. Verfahrensvariante Laserstrahllegieren

Beim Laserstrahllegieren trifft die Laserstrahlung senkrecht oder unter einem Winkel auf die Oberfläche des Bauteils aus der Kupferlegierung auf, wobei gleichzeitig ein pulverförmiger Zusatzwerkstoff in das Schmelzbad über eine geeignete Zufuhreinrichtung eingebracht wird. Die Oberfläche des Werkstückes und das Pulver werden lokal durch die auftreffende Laserstrahlung aufgeschmolzen. Es kommt zu einer vollständigen Vermischung des schmelzflüssigen Zusatzwerkstoffes und des schmelzflüssigen Grundwerkstoffes unter Bildung einer neuen Legierung in diesem Bereich. Die Erstarrung erfolgt durch den Effekt der Selbstabschreckung. Externe Kühlmedien sind nicht erforderlich. Beim Laserstrahllegieren tritt lokal eine Veränderung der chemischen Zusammensetzung auf.

Die Laserleistungen für das Laserstrahlbeschichten liegen zwischen 500 W und 20 kW. Die Geschwindigkeiten, mit denen das Laserstrahlbeschichten erfolgt, betragen 0,5 mm/s bis 50 mm/s. Der Zusatzwerkstoff kann von 0,5 g/min bis zu 20 g/min zugeführt werden. Zum Transport des Pulvers und zum Schutz der Oberfläche wird ein Transport und/oder Schutzgas (vorzugsweise Argon oder Stickstoff) mit einem Durchfluss von 2 l/min bis 50 l/min eingesetzt.

Als Zusatzmaterial für das Laserstrahllegieren werden artähnliche oder artfremde Werkstoffe verwendet. Die Zusatzmaterialien liegen pulverförmig vor. Die Zuführung erfolgt entweder seitlich zum Laserstrahl oder koaxial zum Laserstrahl.

Während des Laserstrahllegierens unterliegt der Werkstoff einem von der Laserleistung, der Geschwindigkeit und der Brennfleckgröße abhängigen Temperatur-Zeit-Zyklus. Die Maximaltemperatur im Verlaufe dieses Zyklus liegt oberhalb der Schmelztemperatur der jeweiligen Kupferlegierung und des Zusatzwerkstoffes und unterhalb der Verdampfungstemperatur der Kupferlegierung und des Zusatzwerkstoffes.

Der Laserstrahl kann für das Legieren durch Spiegel oder Spezialoptiken geformt werden. Der Laserstrahl kann fokussiert oder defokussiert auf das Bauteil auftreffen.

Das Laserstrahllegieren wird angewendet, um lokal erhebliche Veränderung der mechanischen Eigenschaften, vorzugsweise der Härte und des Widerstandes gegenüber Abrasion, der Kupferlegierung zu erzeugen.

Für alle Verfahrensvarianten gilt, dass die Laserbearbeitung in der Ausführung durch Einzelbahnen, durch nebeneinanderliegende Bahnen oder durch sich überlappende Bahnen in Abhängigkeit von der Größe des zu behandelnden Oberflächenbereiches realisiert werden kann.

Als Ausführungsbeispiel wird das partielles Laserstrahlumschmelzen der Oberfläche von Schiffspropellern aus der Legierung CuAl10Ni5Fe5 beschrieben.

Die Oberfläche von Schiffspropellern (Festpropeller oder Flügel von Verstellpropellern) wird im Bereich der Flügelspitze auf der Saugseite lokal mit dem Laserstrahl aufgeschmolzen. Bearbeitungsparameter:
Laserquelle: Nd:YAG-Laser
Laserleistung: 1 kW bis 5 kW
Geschwindigkeit: 5 mm/s bis 15 mm/s
Schutzgas: Argon, 20 l/min

Claims

Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen zur Erhöhung der Beständigkeit gegenüber tribologischen und korrosiven Beanspruchungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche von Bauteilen aus Kupferlegierungen, deren Randschicht zum Zwecke der Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegenüber verschiedenen Randschichtbeanspruchungen mit energiereicher Strahlung partiell oder vollständig mit oder ohne Zusatzwerkstoff behandelt wird. 1.2 Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferlegierungen der Bauteile Legierungselemente: Aluminium, Eisen, Nickel, Mangan, Zink sowie weitere Zusätze enthalten können. 1.3 Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferwerkstoffe sowohl im gegossenen als auch im gekneteten Zustand vorliegen können. 1.4 Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen nach Anspruch 1 bis 1.3, dadurch gekennzeichnet, dass energiereiche Strahlung in Form von Laser- oder Elektronenstrahlen angewendet wird und die Oberflächenbehandlung sowohl ohne Zusatzwerkstoff als auch mit Zusatzwerkstoff erfolgen kann. 1.5 Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen nach Anspruch 1.4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahren der Lasertechnik das Laserstrahlumschmelzen, das Laserstrahlbeschichten und das Laserstrahllegieren einschließen. 1.6 Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen nach Anspruch 1.4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahren der Elektronenstrahltechnik das Elektronenstrahlumschmelzen, das Elektronenstrahlbeschichten und das Elektronenstrahllegieren einschließen. 1.7 Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen nach Anspruch 1 bis 1.6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge der Laserstrahlung, die zum Zwecke der Oberflächenbehandlung von Kupferlegierungen der Bauteile verwendet wird, im Wellenlängenbereich von 0,5 μm bis 10,6 μm liegt. 1.8 Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen nach Anspruch 1 bis 1.7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahleinfall der Laserstrahlung sowohl senkrecht (90°) als auch unter einem Winkel zwischen 0° und 90° erfolgen kann. 1.9 Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen nach Anspruch 1 bis 1.8 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Energieeinkopplung in das Material vor der Laserbehandlung eine absorptionssteigernde Schicht (Coating) auf die Oberfläche der Kupferlegierung aufgetragen werden kann. 1.10 Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen nach Anspruch 1.9, dadurch gekennzeichnet, dass diese Schicht einerseits aus einem Gemisch aus Kohlenstoffpartikeln (Graphit) und Lösungs-/Bindemitteln oder aus reinem Kohlenstoff besteht. 1.11 Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen nach Anspruch 1.9 und 1.10, dadurch gekennzeichnet, dass ebenfalls Substanzen, wie Farben, Phosphate usw. als Coatings verwendet werden können, die zu einer Erhöhung der Energieeinkopplung führen. 1.12 Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen nach Anspruch 1.9 bis 1.11, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Coatings durch die Einwirkung der Laserstrahlung verbrennen oder auf der Oberfläche verbleiben können.
Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen zur Erhöhung der Beständigkeit gegenüber tribologischen und korrosiven Beanspruchungen nach der Verfahrensvariante -Laserstrahlumschmelzen-, dadurch gekennzeichnet, dass – beim Laserstrahlumschmelzen die Laserstrahlung senkrecht oder unter einem Winkel auf die Oberfläche des Bauteils aus der Kupferlegierung auftrifft, wobei die Oberfläche mit oder ohne Coating vorliegen kann, – die Oberfläche lokal durch die auftreffende Laserstrahlung aufgeschmolzen und sofort erstarrt nach Wegnahme des Laserstrahls durch den Effekt der Selbstabschreckung, – externe Kühlmedien nicht erforderlich sind, – die Laserleistungen liegen zwischen 250 W und 20 kW, – die Geschwindigkeiten, mit denen das Laserstrahlumschmelzen erfolgt, 0,5 mm/s bis 100 mm/s betragen, – zum Schutz der Werkstoffoberfläche bzw. des Coatings (falls eines verwendet wird) ein Schutzgas (vorzugsweise Argon oder Stickstoff) mit einem Durchfluss von 2 l/min bis 50 l/min eingesetzt wird, – der Laserstrahl für das Umschmelzen durch Spiegel oder Spezialoptiken geformt werden kann und fokussiert oder defokussiert auf das Bauteil auftrifft.
Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen zur Erhöhung der Beständigkeit gegenüber tribologischen und korrosiven Beanspruchungen nach der Verfahrensvariante -Laserstrahlbeschichten-, dadurch gekennzeichnet, dass - beim Laserstrahlbeschichten die Laserstrahlung senkrecht oder unter einem Winkel auf die Oberfläche des Bauteils aus der Kupferlegierung auftrifft, wobei gleichzeitig ein pulverförmiger oder drahtförmiger Zusatzwerkstoff in den Brennfleck über eine geeignete Zufuhreinrichtung gefördert wird, – die Oberfläche des Werkstückes und das Pulver lokal durch die auftreffende Laserstrahlung aufgeschmolzen wird, – die Vermischung zwischen Grundwerkstoffund Zusatzmaterial so gering wie möglich? ist, – die Erstarrung durch den Effekt der Selbstabschreckung erfolgt, – externe Kühlmedien nicht erforderlich sind, – beim Laserstrahlbeschichten bei Verwendung eines sich vom Grundwerkstoff unterscheidenden Zusatzwerkstoffes örtlich eine Veränderung der chemischen Zusammensetzung erfolgt, – die Laserleistungen zwischen 250 W und 20 kW liegen, – die Geschwindigkeiten, mit denen das Laserstrahlbeschichten erfolgt, 0,5 mm/s bis 100 mm/s betragen, – der Zusatzwerkstoff von 0,5 g/min bis zu 50 g/min zugeführt wird, – die Dicke einer einlagigen Beschichtung von 0,2 mm bis 3 mm variiert, – zum Transport des Zusatzwerkstoffes ein Transportgas (vorzugsweise Argon oder Stickstoff) mit einem Durchfluss von 2 l/min bis 50 l/min eingesetzt wird, das zudem auch zum Schutz der Oberfläche dient, – als Zusatzmaterial für das Laserstrahlbeschichten artgleiche oder artähnliche Werkstoffe, beispielweise: CuAl10Fe1 als Beschichtungsmaterial für die Legierung CuAl10Fe5Ni5 verwendet werden,. – die Zusatzmaterialien pulver- oder drahtförmig vorliegen, – die Zuführung entweder seitlich zum Laserstrahl oder bei Einsatz von Pulvern auch koaxial zum Laserstrahl erfolgt. – der Werkstoff einem von der Laserleistung, der Geschwindigkeit und der Brennfleckgröße abhängigen Temperatur-Zeit-Zyklus unterliegt, – die Maximaltemperatur im Verlaufe dieses Zyklus's oberhalb der Schmelztemperatur der jeweiligen Kupferlegierung und des Zusatzwerkstoffes und unterhalb der Verdampfungstemperatur der Kupferlegierung und des Zusatzwerkstoffes liegt, – der Laserstrahl für das Beschichten durch Spiegel oder Spezialoptiken geformt werden kann und fokussiert oder defokussiert auf das Bauteil auftreffen kann.
Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Bauteilen aus Kupferlegierungen mit erhöhter Beständigkeit gegenüber Verschleiß und Kavitationsbeanspruchungen nach der Verfahrensvariante -Laserstrahllegieren-, dadurch gekennzeichnet, dass – beim Laserstrahllegieren die Laserstrahlung senkrecht oder unter einem Winkel auf die Oberfläche des Bauteils aus der Kupferlegierung auftrifft, wobei gleichzeitig ein pulverförmiger Zusatzwerkstoff in das Schmelzbad über eine geeignete Zufuhreinrichtung eingebracht wird, – die Oberfläche des Werkstückes und das Pulver lokal durch die auftreffende Laserstrahlung aufgeschmolzen werden, – es zu einer vollständigen Vermischung des schmelzflüssigen Zusatzwerkstoffes und des schmelzflüssigen Grundwerkstoffes unter Bildung einer neuen Legierung in diesem Bereich kommt, – die Erstarrung durch den Effekt der Selbstabschreckung erfolgt, – externe Kühlmedien nicht erforderlich sind, – beim Laserstrahllegieren lokal eine Veränderung der chemischen Zusammensetzung auftritt, – die Laserleistungen für das Laserstrahlbeschichten zwischen 500 W und 20 kW liegen, – die Geschwindigkeiten, mit denen das Laserstrahlbeschichten erfolgt, 0,5 mm/s bis 50 mm/s betragen, – der Zusatzwerkstoffvon 0,5 g/min bis zu 20 g/min zugeführt werden kann, – zum Transport des Pulvers und zum Schutz der Oberfläche ein Schutzgas (vorzugsweise Argon oder Stickstoff) mit einem Durchfluss von 2 l/min bis 50 l/min eingesetzt werden, – als Zusatzmaterial für das Laserstrahllegieren artähnliche oder artfremde Werkstoffe verwendet werden, – die Zusatzmaterialien pulverförmig vorliegen, – die Zuführung entweder seitlich zum Laserstrahl oder koaxial zum Laserstrahl erfolgt, – während des Laserstrahllegierens der Werkstoff einem von der Laserleistung, der Geschwindigkeit und der Brennfleckgröße abhängigen Temperatur-Zeit-Zyklus unterliegt, – die Maximaltemperatur im Verlaufe dieses Zyklus oberhalb der Schmelztemperatur der jeweiligen Kupferlegierung und des Zusatzwerkstoffes und unterhalb der Verdampfungstemperatur der Kupferlegierung und des Zusatzwerkstoffes liegt, – der Laserstrahl für das Legieren durch Spiegel oder Spezialoptiken geformt werden kann und – der Laserstrahl fokussiert oder defokussiert auf das Bauteil auftreffen kann..