DE19612434C2

DE19612434C2 - Funktioneller Kupfer-Überzug

Info

Publication number: DE19612434C2
Application number: DE19612434A
Authority: DE
Inventors: Takahiro Gunji; Masamune Tabata; Kenji Dosaka
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: FR2733558B1; FR2733558A1; GB9606720D0; DE19612434A1; GB2299630B; US5952114A; GB2299630A

Description

Die Erfindung betrifft einen funktionellen Kupfer(Cu)-Über zug und insbesondere einen solchen Cu-Überzug, der aus einem Aggregat von Cu-Kristallen gebildet ist.

Bei einem Gleitlager, das einer drehenden Welle einer Brenn kraftmaschine gegenüberliegt, ist es bekannt, auf einer von der drehenden Welle abgewandten Rückseite eines aus gewalz tem Stahlblech hergestellten Trägers eine Cu-Ablagerungs schicht zu bilden, um Fressen und Abnutzung aufgrund Reib verschleiß durch sehr kleine Vibration oder dgl. zu verhin dern.

Jedoch ist die bekannte Cu-Ablagerungsschicht darin proble matisch, dass bei steigender Drehzahl und Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine die bekannte Cu-Ablagerungsschicht wegen ihrer relativ glatten Oberfläche kein ausreichendes Ölrückhaltevermögen hat, wegen schlechtem anfänglichem Form anpassungsvermögen eine schlechte Fressbeständigkeit auf weist und infolge lokalen Flächendruckanstiegs eine geringe Abnutzungsbeständigkeit aufweist.

Ferner bekannt ist ein Graphitüberzug, der etwa durch Laser- Bearbeitung als energieabsorbierender Überzug ausgebildet wird.

Jedoch ist der Graphitüberzug darin problematisch, dass Flecken erzeugt werden können, weil der Graphitüberzug durch Auftragen gebildet wird und demzufolge der Graphitüberzug nur unter Schwierigkeiten insgesamt eine gleichförmige Ener gieabsorptionsfähigkeit erhält.

Aus der DE-A-42 23 631 ist eine funktionelle Oberflächen schicht mit einer zu einem kubischen System gehörenden Me tallkristallstruktur bekannt, wobei der Flächenanteil A der Kristalle im Bereich A ≧ 30% liegt und als Metall auch Cu genannt wird.

In der US-A-5 342 698 ist die Relevanz des Flächenanteils kubischer Kristalle auch von Kupfer für die angestrebten Eigenschaften Ölrückhaltevermögen und Verschleißfestigkeit angesprochen.

Ziel der Erfindung ist es daher, einen funktionellen Cu- Überzug des oben beschriebenen Typs anzugeben, der eine ausgezeichnete Fressbeständigkeit und eine ausgezeichnete Abnutzungsbeständigkeit aufweist und der in der Lage ist, Energie, wie etwa Licht und Wärme, effizient zu absorbieren.

Um das obige Ziel zu erreichen, wird erfindungsgemäß ein funktioneller Cu-Überzug vorgeschlagen, der aus einem Ag gregat von Cu-Kristallen gebildet ist, die Cu-Kristalle enthalten, deren Endspitzen an der Überzugoberfläche eine konische oder/und hexagonal pyramidenförmige Außenform auf weisen, wobei der Flächenanteil A der konischen und hexago nal pyramidenförmigen Cu-Kristalle in der Überzugoberfläche in einem Bereich von A ≧ 40% liegt.

Der Cu-Überzug dieses Typs lässt sich durch elektrolytisches Beschichten ausbilden.

Im Folgenden werden die Cu-Kristalle, deren Endspitzen ko nisch bzw. pyramidenförmig sind, als konische bzw. pyrami denförmige Cu-Kristalle bezeichnet.

Wenn beispielsweise in einem auf der Rückseite eines Trägers eines Gleitlagers für eine Brennkraftmaschine vorgesehenen Überzug der Flächenanteil A der pyramiden-förmigen Cu-Kri stalle in diesem Bereich liegt, bilden sich auf der Oberfläche des Überzugs durch eine Anzahl pyramiden- förmiger Cu-Kristalle kleine Täler mit zufälligem Verlauf, und daher erhält die Oberfläche des Überzugs ein kompliziertes Aussehen.

Dieser Cu-Überzug zeigt bei Schmierung ein gutes Ölrückhal tevermögen und zeigt andererseits bei Nichtschmierung durch die große Anzahl der feinen pyramiden-förmigen Cu-Kristalle eine gute Drucklastverteilung. Darüber hinaus wird das anfängliche Formanpassungsvermögen durch bevorzugte Abnutzung von Endspitzen der pyramiden-förmigen Cu-Kristalle verbessert. Somit hat sowohl bei Schmierung als bei Nicht schmierung der Cu-Überzug eine ausgezeichnete Fressbestän digkeit.

Infolge der gleichförmigen feinen Unterteilung der pyrami denförmigen Cu-Kristalle lässt sich ferner ein lokaler Anstieg des Oberflächendrucks vermeiden, und es lässt sich eine feine Verteilung der Drucklast erreichen. Somit zeigt der Cu-Überzug nicht nur bei Schmierung, sondern auch bei Nichtschmierung eine ausgezeichnete Abnutzungsbe ständigkeit.

Mit diesem Cu-Überzug läßt sich Fressen durch Reibverschleiß vermeiden und Abnutzung verhindern.

Wenn man in dem energieabsorbierenden Überzug den Flächenanteil A der pyramiden-förmigen Cu-Kristalle in den oben be schriebenen Bereich legt, ist es möglich, die pyramiden-förmigen Cu-Kristalle über die gesamte Oberfläche des Überzugs gleichmäßig zu verteilen, um durch benachbarte pyramiden-förmige Cu-Kristalle eine große Anzahl von Tälern zu bilden.

Bei diesen Überzugoberflächen werden bestimmte Lichtstrahlen (einschließlich sichtbare Strahlen, Infrarotstrahlen, Laser strahlen und dgl.), die derart auf die Überzugsschicht geworfen werden, daß sie auf Schrägen der großen Anzahl feiner pyramiden- förmiger Cu-Kristalle auftreffen, absorbiert, und andere Strah len werden reflektiert. Die reflektierten Strahlen treffen auf die Schrägen der benachbarten pyramiden-förmigen Cu-Kristalle auf, und dieser Eintritt und diese Reflektion wieder holen sich. Somit ist die Wahrscheinlichkeit des Austritts von Lichtstrahlen aus den Tälern zwischen benachbarten pyramiden-fö rmigen Cu-Kristallen merklich reduziert, und daher zeigt die Überzugoberfläche insgesamt eine gleichmäßige Energie absorptionsfähigkeit.

Wenn jedoch der Flächenanteil A geringer als 40% ist, nimmt der Gehalt (dies bezeichnet die vorhandene Menge) an pyramiden-förm igen Cu-Kristallen ab und die Überzugoberfläche ver einfacht sich. Der energieabsorbierende Überzug auf dem Gleit lager zeigt daher nicht die oben beschriebene Wirkung und die oben beschriebene Funktion.

Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen er sichtlich.

Fig. 1 ist eine Vorderansicht einer Pleuelstange mit einem Gleitlager;

Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht entlang Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Perspektivansicht einer flächenzentrierten kubischen Struktur mit deren (h00)- und (hhh)-Ebenen;

Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht in Richtung eines Pfeils 4 in Fig. 2 und mit Darstellung eines Beispiels eines Cu-Überzugs;

Fig. 5 ist eine Perspektivansicht eines wesentlichen Teils eines anderen Beispiels des Cu-Überzugs;

Fig. 6 ist eine Draufsicht auf ein hexagonal pyramiden-förmi ges Cu-Kristall, welches den Cu-Überzug bildet;

Fig. 7 ist ein Diagramm der Neigung der (h00)-Ebene in der flächenzentrierten kubischen Struktur;

Fig. 8 ist ein Diagramm der Neigung der (hhh)-Ebene in der flächenzentrierten kubischen Struktur;

Fig. 9 ist eine Wellenform eines Ausgangs einer Stromquelle für elektrolytische Cu-Plattierung;

Fig. 10 ist eine Perspektivansicht einer raumzentrierten kubi schen Struktur und ihrer (hhh)-Ebene;

Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht in Richtung eines Pfeils 11 in Fig. 2;

Fig. 12 ist ein Röntgenbeugungsmuster für ein Beispiel 1 eines Cu-Überzugs;

Fig. 13 ist ein Röntgenbeugungsmuster für ein Beispiel 7 des Cu-Überzugs;

Fig. 14 ist ein Röntgenbeugungsmuster für ein Beispiel 8 des Cu-Überzugs;

Fig. 15 ist ein Röntgenbeugungsmuster für ein Beispiel 14 des Cu-Überzugs;

Fig. 16A ist eine Mikrofotografie der Kristallform einer Über zugoberfläche von Beispiel 1; (Originalfotografien sind den ursprünglich eingereichten Unterlagen beigefügt)

Fig. 16B ist eine vergrößerte perspektivische Fotografie von Fig. 16A; (Originalfotografien sind den ursprünglich eingereichten Unterlagen beigefügt)

Fig. 17 ist eine Mikrofotografie der Kristallform einer Über zugoberfläche von Beispiel 7; (Originalfotografien sind den ursprünglich eingereichten Unterlagen beigefügt)

Fig. 18A ist eine Mikrofotografie der Kristallform einer Über zugoberfläche von Beispiel 8; (Originalfotografien sind den ursprünglich eingereichten Unterlagen beigefügt)

Fig. 18B ist eine vergrößerte perspektivische Fotografie von Fig. 18A; (Originalfotografien sind den ursprünglich eingereichten Unterlagen beigefügt)

Fig. 19A ist eine Mikrofotografie der Kristallform einer Über zugoberfläche des Beispiels 14; (Originalfotografien sind den ursprünglich eingereichten Unterlagen beigefügt)

Fig. 19B ist eine perspektivische Fotografie von Fig. 19A; (Originalfotografien sind den ursprünglich eingereichten Unterlagen beigefügt)

Fig. 20 ist ein Graph eines Beispiels der Beziehung zwischen dem Flächenanteil A tetragonal pyramiden-förmiger Cu- Kristalle und der Fressen erzeugenden Last;

Fig. 21 ist ein Graph eines anderen Beispiels der Beziehung zwischen dem Flächenanteil A der tetragonal pyramiden- förmigen Cu-Kristalle und der Fressen erzeugenden Last;

Fig. 22 ist ein Graph der Beziehung zwischen der dynamischen Viskosität eines Schmiermittels und der Fressen erzeugenden Last;

Fig. 23 ist ein Graph der Beziehung zwischen dem Flächenanteil A der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle und dem Abnutzungsbetrag;

Fig. 24 ist ein Graph eines Beispiels der Beziehung zwischen dem Flächenanteil A der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle und der Rate des Temperaturanstiegs;

Fig. 25 ist ein Graph eines anderen Beispiels der Beziehung zwischen dem Flächenanteil A der tetragonal pyramiden- förmigen Cu-Kristalle und der Rate des Temperaturan stiegs; und

Fig. 26 ist ein Graph der Beziehung zwischen dem Verhältnis d/λ und der Rate des Temperaturanstiegs.

Erste Ausführung

Eine erste Ausführung der Erfindung wird anhand eines Cu-Über zugs beschrieben, der auf einer Rückseite eines Trägers eines Gleitlagers für eine Brennkraftmaschine ausgebildet ist.

Zu Fig. 1. Ein Gleitlager 5 ist zwischen einem Loch 2 in einem größeren Ende einer Verbindungs- oder Pleuelstange 1 für eine Brennkraftmaschine und einem Kurbelzapfen 4 einer Kurbelwelle 3 angeordnet. Das Gleitlager 5 umfaßt ein Paar halbkreisförmiger Hälften 6 gleicher Struktur.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist auf dem Träger 7 jeder halbkreisför migen Hälfte 6 ein Cu-Überzug 8 durch Plattieren auf derjenigen Außenumfangsfläche des Trägers 7 jeder halbkreisförmigen Hälfte 6 gebildet, welche dem Loch 2 gegenüberliegt.

Der Cu-Überzug 8 ist durch ein Aggregat von Cu-Kristallen gebil det, die eine flächenzentrierte kubische Struktur aufweisen (die nachfolgend auch als fcc-Struktur bezeichnet wird), wie in Fig. 3 gezeigt. Das Aggregat beinhaltet eine große Anzahl von (h00)- orientierten Cu-Kristallen 9 ₁, die von der Außenumfangsfläche des Trägers 7 säulenförmig gewachsen sind, wobei ihre (h00)-Ebenen (durch Miller-Indices) zu der Oberfläche 8a des Überzugs hin orientiert sind, wie in Fig. 2 gezeigt.

Wenn das Aggregat der Cu-Kristalle mit der oben beschriebenen fcc-Struktur eine große Anzahl von (h00)-orientierten Cu-Kri stallen 9 ₁ beinhaltet, deren (h00)-Ebenen (durch Miller-Indices) zu der Überzugoberfläche 8a hin orientiert sind, können Endspit zen der (h00)-orientierten Cu-Kristalle 9 ₁ als tetragonal pyra miden-förmige Cu-Kristalle ausgebildet werden (pyramiden-förmige Cu-Kristalle 10 ₁ in der Überzugoberfläche 8a), wie in Fig. 4 gezeigt.

In diesem Fall liegt der Flächenanteil A der tetragonal pyra miden-förmigen Cu-Kristalle 10 ₁ in der Überzugoberfläche 8a in einem Bereich von A ≧ 40% (einschließlich A = 100%).

Wenn der Flächenanteil A in diesem Bereich liegt, nehmen benach barte der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle 10 ₁ einander überschneidende oder einander durchdringende Zustände ein, wie in Fig. 4 gezeigt. Somit bekommt die Überzugoberfläche 8a ein sehr kompliziertes Aussehen mit einer großen Anzahl kleiner Gipfel 11, einer großen Anzahl kleiner Täler 12, die zwischen den Gipfeln 11 nach Zufall verlaufen, und einer große Anzahl feiner Sümpfe 13, die durch die einander überschneidenden Gipfel 11 gebildet sind.

Dieser Cu-Überzug 8 zeigt bei Schmierung ein gutes Ölrückhalte vermögen und zeigt bei Nichtschmierung durch die große Anzahl der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle 10 eine gute Druckverteilung. Ein gutes anfängliches Formanpassungsvermögen erzielt man durch bevorzugte Abnutzung der Endspitzen der tetra gonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle 10 ₁. Somit hat der Cu- Überzug 8 sowohl bei Schmierung als auch bei Nichtschmierung eine ausgezeichnete Freßbeständigkeit.

Infolge der gleichmäßigen feinen Trennung der tetragonal pyra miden-förmigen Cu-Kristalle 10 ₁ läßt sich ein lokaler Anstieg des Oberflächendrucks vermeiden und läßt sich eine feine Drucklast verteilung erreichen. Somit zeigt der Cu-Überzug 8 sowohl bei Schmierung als auch bei Nichtschmierung eine ausgezeichnete Abnutzungsbeständigkeit.

Mit diesem Cu-Überzug 8 läßt sich durch Reibverschleiß bedingtes Fressen vermeiden und Abnutzung verhindern.

Wenn andererseits in dem Aggregat der Cu-Kristalle mit der oben beschriebenen fcc-Struktur der Großteil der (h00)-orientierten Cu-Kristalle 9 ₁ mit seinen (h00)-Ebenen (durch Miller-Indices) zu der Überzugoberfläche 8a hin orientiert ist, können Endspitzen der (h00)-orientierten Cu-Kristalle 9 ₁ in der Überzugoberfläche 8a zu konischen Cu-Kristallen 10 ₂ gebildet werden, wie in Fig. 5 gezeigt.

In diesem Fall wird der Flächenanteil A der konischen Cu-Kri stalle 10 ₂ in der Überzugoberfläche 8a in einen Bereich von A ≧ 40% gelegt (einschließlich A = 100%).

Wenn der Flächenanteil A in diesen Bereich gelegt ist, werden nach Zufall verlaufende kleine Täler 12 durch die große Anzahl der konischen Cu-Kristalle 10 ₂ gebildet, und daher bekommt die Überzugoberfläche 8a ein kompliziertes Aussehen.

Auch dieser Cu-Überzug 8 zeigt bei Schmierung ein gutes Ölrück haltevermögen und zeigt bei Nichtschmierung durch die große Anzahl der konischen Cu-Kristalle 10 ₂ einen guten Drucklastver teilungseffekt. Durch bevorzugte Abnutzung der Endspitzen der konischen Cu-Kristalle erhält man ein gutes anfängliches Form anpassungsvermögen. Somit hat der Cu-Überzug 8 sowohl bei Schmierung als auch bei Nichtschmierung eine ausgezeichnete Freßbeständigkeit.

Ferner läßt sich infolge der gleichförmigen feinen Trennung der konischen Cu-Kristalle 10 ₂ ein lokaler Flächendruckanstieg ver meiden und läßt sich Drucklast fein verteilen. Somit zeigt der Cu-Überzug 8 sowohl bei Schmierung als auch bei Nichtschmierung eine ausgezeichnete Abnutzungsbeständigkeit.

Mit diesem Cu-Überzug 8 läßt sich durch Reibverschleiß bedingtes Fressen vermeiden und läßt sich Abnutzung verhindern.

Wenn der Cu-Überzug 8 aus dem Aggregat der Cu-Kristalle mit der flächenzentrierten kubischen Struktur (fcc-Struktur) gebildet ist, wie in Fig. 3 gezeigt, kann das Aggregat eine große Anzahl von (hhh)-orientierten Cu-Kristallen 9 ₂ beinhalten, die von der Außenumfangsfläche des Trägers 7 säulenförmig gewachsen sind, wobei ihre (hhh)-Ebenen (durch Miller-Indices) zu der Überzug oberfläche 8a hin orientiert sind.

Wenn in dem Aggregat der Cu-Kristalle mit der oben beschriebenen fcc-Struktur der Großteil der (hhh)-orientierten Cu-Kristalle 9 ₂ mit seinen (hhh)-Ebenen (durch Miller-Indices) zu der Überzug oberfläche 8a hin orientiert ist, können Endspitzen der (hhh)- orientierten Cu-Kristalle 9 ₂ in der Überzugoberfläche 8a zu hexagonal pyramiden-förmigen Cu-Kristallen (pyramiden-förmigen Cu-Kristallen) 10 ₃ gebildet werden, wie in Fig. 6 gezeigt.

In diesem Fall wird der Flächenanteil A der hexagonal pyramiden- förmigen Cu-Kristalle 10 ₃ in der Überzugoberfläche 8a in einen Bereich von A ≧ 40% gelegt (einschließlich A = 100%).

Der Cu-Überzug 8 mit dem in diesen Bereich gelegten Flächenan teil A hat sowohl bei Schmierung als auch bei Nichtschmierung eine Freßbeständigkeit, die gleich oder höher als die des Über zugs 8 mit den tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristallen 10 ₁ ist, und hat ferner eine Abnutzungsbeständigkeit, die der des Überzugs 8 mit den tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristallen 10 ₁ äquivalent ist. Wenn die tetragonal und hexagonal pyramiden- förmigen Cu-Kristalle 10 ₁ und 10 ₃ in der Überzugoberfläche 8a vorhanden sind, ist das Aussehen der Überzugoberfläche 8a noch komplizierter als das der Überzugoberfläche 8a mit den darin befindlichen konischen Cu-Kristallen 10 ₂.

Aufgrund der obigen Tatsachen läßt sich sagen, daß, wenn man die Fließfähigkeit von Schmiermittel und das Ölrückhaltevermögen in Betracht zieht, der Cu-Überzug 8 mit den tetragonal und hexa gonal pyramiden-förmigen Cu-Kristallen 10 ₁ und 10 ₃ für ein System geeignet ist, in dem Schmiermittel mit einer relativ geringen Viskosität verwendet wird, und der Cu-Überzug 8 mit den koni schen Cu-Kristallen 10 ₂ für ein System geeignet ist, in dem Schmiermittel mit einer relativ hohen Viskosität verwendet wird.

Der Cu-Überzug 8 beinhaltet solche, bei denen eine Kombination der tetragonal pyramiden-förmigen und konischen Cu-Kristalle 10 ₁ und 10 ₂, eine Kombination der tetragonal und hexagonal pyramiden- förmigen Cu-Kristalle 10 ₁ und 10 ₃, eine Kombination der konischen und hexagonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle 10 ₂ und 10 ₃ sowie eine Kombination der tetragonal pyramiden-förmigen, konischen und hexagonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle 10 ₁, 10 ₂ und 10 ₃ in der Überzugoberfläche 8a vorliegt. Wenn beispielsweise die Kom bination der tetragonal pyramiden-förmigen und konischen Cu- Kristalle 10 ₁ und 10 ₂ in der Cu-Überzugoberfläche 8a vorliegt, beträgt der Flächenanteil dieser in der Cu-Überzugoberfläche 8a vorliegenden Kombination die Summe der Flächenanteile der tetra gonal pyramiden-förmigen und konischen Cu-Kristalle 10 ₁ und 10 ₂, und das gleiche betrifft die anderen Kombinationen. Der Flächen anteil A beinhaltet auch in diesem Fall A = 100%.

Die Neigung der (h00)-Ebene und der (hhh)-Ebene relativ zu einer Phantomebene 15 entlang der Überzugoberfläche 8a erscheint als die Neigung der tetragonal pyramiden-förmigen und konischen Cu- Kristalle 10 ₁ und 10 ₂ sowie der hexagonal pyramiden-förmigen Cu- Kristalle 10 ₃, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt, und hat daher einen Einfluß auf das Ölrückhaltevermögen und die Abnutzungs beständigkeit des Cu-Überzugs 8. Bevorzugt beträgt der durch die (h00)-Ebene und die (hhh)-Ebene gebildete Neigungswinkel θ in einen Bereich von 0° ≦ θ ≦ 15°. In diesem Fall ist die Richtung der Neigung der (h00)- und (hhh)-Ebenen nicht begrenzt. Wenn der Neigungswinkel θ größer als 15° ist, sinken das Ölrückhaltever mögen und die Abnutzungsbeständigkeit des Cu-Überzugs 8.

Bei einer Beschichtungsbehandlung zur Bildung des Cu-Überzugs 8 liegen Bedingungen für ein Beschichtungsbad bei der Durchführung eines elektrolytischen Cu-Beschichtungsprozesses vor, wie sie in Tabelle 1 angegeben sind.

Tabelle 1

Die Einstellung des pH des Beschichtungsbads wurde unter Verwen dung von Kaliumhydroxid durchgeführt.

Als Unterstromsetzungsprozeß wird hauptsächlich ein Pulsstrom prozeß verwendet. Bei dem Pulsstromprozeß wird elektrischer Strom I von einer Beschichtungsstromquelle so gesteuert, daß er mit dem Ablauf der Zeit T eine Pulswelle beschreibt, so daß der elektrische Strom I von einem minimalen Stromwert Imin ansteigt und einen maximalen Stromwert Imax erreicht und dann zu dem minimalen Stromwert Imin abfällt.

Wenn man die Zeitperiode der Unterstromsetzung vom Beginn des Anstiegs des elektrischen Stroms I zum Beginn des Abfalls mit T_ON bezeichnet und die Zykluszeitperiode mit T_C bezeichnet, wobei ein Zyklus von einem vorhergehenden Anstieg zu einem nachfolgenden Anstieg dauert, wird die Zeitperiode der Unterstromsetzung T_ON in einen Bereich von 1 ms ≦ T_ON ≦ 20 s gelegt, und wird das Verhältnis T_ON/T_C der Zeitperiode der Unterstromsetzung T_ON zu der Zykluszeitperiode T_C in einen Bereich von T_ON/T_C ≦ 0,8 gelegt. Die maximale Kathodenstromdichte CDmax wird in einen Bereich von CDmax ≧ 1 A/dm² gelegt, und die durchschnittliche Kathodenstrom dichte CDm wird in einen Bereich von 1 A/dm² ≦ CDm ≦ 15 A/dm² gelegt.

Bei Verwendung dieses Pulsstromprozesses wird die Ionenkonzen tration in der Nähe einer Kathode aufgrund der Tatsache ver gleichmäßigt, daß der maximale elektrische Strom wechselnd fließt und nicht in dem Beschichtungsbad fließt. Somit kann die Zusammensetzung des Cu-Überzugs 8 stabilisiert werden.

In dem elektrolytischen Cu-Beschichtungsprozeß wird das Nieder schlagen, der Gehalt und dgl. der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle 10 ₁, der konischen Cu-Kristalle 10 ₂ und der hexago nal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle 10 ₃ durch Ändern der Beschich tungsbedingungengen und der Unterstromsetzungsbedingungen ge steuert. Diese Steuerung ist bei Verwendung des Pulsstromprozes ses einfach, und daher läßt sich die Überzugoberfläche 8a leicht mit der beabsichtigten Form ausbilden.

Tabelle 2 zeigt den groben Vergleich der Bedingungen zur Bildung der konischen und hexagonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle 10 ₂ und 10 ₃ mit den Bedingungen zur Bildung der tetragonal pyramiden- förmigen Cu-Kristalle 10 ₁.

Tabelle 2

Zusätzlich zu dem elektrolytischen Cu-Beschichtungsprozeß sind andere Beispiele des Beschichtungsprozesses ein PVD-Prozeß, ein CVD-Prozeß, ein Sputter-Prozeß und Ionenplattierung, welche Gasphasenbeschichtungsprozesse sind. Bedingungen zur Durchführung der Cu-Plattierung durch einen Sputter-Prozeß sind wie folgt: beispielsweise beträgt de Ar-Gasdruck 0,2 bis 1,0 Pa, beträgt die durchschnittliche elektrische Ar-Gasbeschleunigungsleistung bei 0,1 bis 1,0 kW Gleichstrom und liegt die Substrattemperatur bei 80 bis 300°C.

Wie in Fig. 2 gezeigt, wird durch einen elektrolytischen Plat tierungsprozeß auf der dem Kurbelzapfen 4 gegenüberliegenden Innenumfangsfläche des Trägers 7 jeder halbkreisförmigen Hälfte 6 ein lamellenartiger Gleitflächenaufbau 16 gebildet.

Der Gleitflächenaufbau 16 ist durch ein Aggregat von Metallkri stallen, z. B. Fe-Kristallen, gebildet, die eine raumzentrierte kubische Struktur aufweisen (die nachfolgend auch als bcc-Struk tur bezeichnet wird), wie in Fig. 10 gezeigt. Das Aggregat ent hält eine große Anzahl von (hhh)-orientierten Fe-Kristallen, die von der Innenumfangsfläche des Trägers 7 säulenförmig gewachsen sind, wobei ihre (hhh)-Ebenen (durch Miller-Indices) zu der Gleitfläche 16a hin orientiert sind. Endspitzen der (hhh)- orientierten Fe-Kristalle haben in der Gleitfläche 16a die Form hexagonal pyramiden-förmiger Fe-Kristalle 18, wie in Fig. 11 gezeigt.

Die benachbarten hexagonal pyramiden-förmigen Fe-Kristalle 18 nehmen in der Gleitfläche 16a einander überschneidende oder durchdringende Zustände ein, und somit hat die Gleitfläche 16a ein sehr kompliziertes Aussehen mit einer großen Anzahl äußerst feiner Gipfel 19, einer großen Anzahl äußerst feiner Täler 20, die zwischen den Gipfeln 19 gebildet sind und nach Zufall ver laufen, und einer großen Anzahl äußerst feiner Sümpfe 21, die durch das gegenseitige Überschneiden der Gipfel 19 gebildet sind.

Dieser Gleitflächenaufbau 16 zeigt bei Schmierung ein gutes Ölrückhaltevermögen und zeigt bei Nichtschmierung durch die große Anzahl der äußerst feinen hexagonal pyramiden-förmigen Fe- Kristalle 18 einen guten Gleitlastverteilungseffekt. Somit hat der Gleitflächenaufbau 16 sowohl bei Schmierung als auch bei Nichtschmierung eine ausgezeichnete Freßbeständigkeit.

Infolge der gleichförmigen feinen Trennung der hexagonal pyra miden-förmigen Fe-Kristalle 18 läßt sich ferner ein lokaler An stieg des Oberflächendrucks vermeiden und läßt sich ferner eine feine Verteilung der Gleitlast erreichen. Somit zeigt der Gleit flächenaufbau 16 sowohl bei Schmierung als auch bei Nichtschmie rung eine ausgezeichnete Abnutzungsbeständigkeit.

Es folgen einzelne Beispiele.

Ein Cu-Überzug 8 aus einem Aggregat von Cu-Kristallen und mit einer Dicke von 15 µm wurde auf einer Außenumfangsfläche eines aus gewalztem Stahlblech (JIS SS400) hergestellten Trägers 7 gebildet, indem die Außenumfangsfläche einem elektrolytischen Cu-Beschichtungsprozeß unterzogen wurde.

Tabellen 3, 4, 5 und 6 zeigen Bedingungen für den elektrolyti schen Cu-Beschichtungsprozeß für Beispiele 1 bis 21. Tabelle 3 entspricht den Beispielen 1 bis 7, Tabelle 4 entspricht den Beispielen 8 bis 13, Tabelle 5 entspricht den Beispielen 14 bis 17 und Tabelle 6 entspricht den Beispielen 18 bis 21.

Tabellen 7, 8, 9 und 10 zeigen die Kristallform der Überzugober fläche, den Flächenanteil A und die Korngröße der tetragonal pyramiden-förmigen, konischen und hexagonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle in der Überzugoberfläche, den Gehalt S der orien tierten Cu-Kristalle und die Härte eines Abschnitts des Cu-über zugs in Mikro-Vickers entsprechend kg/mm², gemessen unter einer Last von 10 g für die Beispiele 1 bis 21. Tabelle 7 entspricht den Bei spielen 1 bis 7, Tabelle 8 entspricht den Beispielen 8 bis 13, Tabelle 9 entspricht den Beispielen 14 bis 17 und Tabelle 10 entspricht den Beispielen 18 bis 21.

Der Flächenanteil A der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kri stalle wurde gemäß Gleichung A = (c/b) × 100 (%) be stimmt, wobei b die Fläche der Überzugsoberfläche bezeichnet und c eine Fläche, die von allen der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle in der Überzugsoberfläche belegt ist. Die Korngröße der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle ist ein Durchschnittswert der Längen von zwei Diagonallinien. Die Korn größe der hexagonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle ist ein Durchschnittswert der Längen von drei Diagonallinien.

Der Gehalt S an orientierten Cu-Kristallen wurde nach folgenden Gleichungen bestimmt, und zwar auf Basis von Röntgenbeugungs mustern für die Beispiele 1 bis 21 (Röntgenstrahlen wurden or thogonal auf die Überzugsoberfläche gerichtet). Fig. 12 ist das Röntgenbeugungsmuster für Beispiel 1; Fig. 13 ist das Röntgen beugungsmuster für Beispiel 7; Fig. 14 ist das Röntgenbeugungs muster für Beispiel 8 und Fig. 15 ist das Röntgenbeugungsmuster für Beispiel 14. Beispielsweise bedeutet das {111}-orientierte Cu-Kristall ein solches orientiertes Kristall, dessen {111}- Ebene zu der Überzugoberfläche hin orientiert ist.
{111}-orientiertes Cu-Kristall: S₁₁₁ = {(I₁₁₁/IA₁₁₁)/T} × 100
{200}-orientiertes Cu-Kristall: S₂₀₀ = {(I₂₀₀/IA₂₀₀)/T} × 100
{220}-orientiertes Cu-Kristall: S₂₂₀ = {(I₂₂₀/IA₂₂₀)/T} × 100
{311}-orientiertes Cu-Kristall: S₃₁₁ = {(I₃₁₁/IA₃₁₁)/T} × 100,
wobei I₁₁₁, I₂₀₀, I₂₂₀ und I₃₁₁ jeweils eine Messung (cps) der Inten sität eines Röntgenstrahls ist, der von jeder der Kristallebenen reflektiert ist, und IA₁₁₁, IA₂₀₀, IA₂₂₀ und IA₃₁₁ jeweils ein Inten sitätsverhältnis von Röntgenstrahlen, die von den Kristallebenen reflektiert sind, in einer ASTM-Karte ist, IA₁₁₁ = 100; IA₂₀₀ = 46; IA₂₂₀ = 20; und IA₃₁₁ = 17. Ferner ist T = (I₁₁₁/IA₁₁₁) + (I₂₀₀/IA₂₀₀) + I₂₂₀/IA₂₂₀) + (I₃₁₁/IA₃₁₁).

Fig. 16A und 16B sind Mikrofotografien mit Darstellung der Kri stallform der Überzugoberfläche für Beispiel 1, wobei eine große Anzahl tetragonal pyramiden-förmiger Cu-Kristalle zu beobachten ist. In diesem Fall ist der Flächenanteil A der tetragonal pyra miden-förmigen Cu-Kristalle gleich 100%, wie in Tabelle 7 gezeigt. Jedes der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle ist ein {200}-orientiertes Cu-Kristall, dessen {200}-Ebene zu der Überzugoberfläche hin orientiert ist. Der Gehalt S dieser {200}- orientierten Cu-Kristalle ist gleich 98,1%, wie in Fig. 12 gezeigt.

Fig. 17 ist eine Mikrofotografie mit Darstellung der Kristall form der Überzugoberfläche für Beispiel 7, wobei eine große Anzahl körniger Cu-Kristalle zu beobachten sind. In diesem Fall sind die Gehalte S der orientierten Cu-Kristalle einander im wesentlichen gleich, wie in Tabelle 7 und Fig. 13 gezeigt.

Fig. 18A und 18B sind Mikrofotografien mit Darstellung der Kristallform der Überzugoberfläche für Beispiel 8, worin eine große Anzahl konischer Cu-Kristalle zu beobachten sind. In die sem Fall ist der Flächenanteil A der konischen Cu-Kristalle gleich 100%, wie in Tabelle 8 gezeigt. Jedes der konischen Cu- Kristalle ist ein {200}-orientiertes Cu-Kristall, dessen {200}- Ebene zu der Überzugoberfläche hin orientiert ist. Der Gehalt S dieser {200}-orientierten Cu-Kristalle ist gleich 96,2%, wie in Tabelle 8 und Fig. 14 gezeigt.

Fig. 19A und 19B sind Mikrofotografien mit Darstellung der Kristallform der Überzugoberfläche für Beispiel 14, worin eine große Anzahl hexagonal pyramiden-förmiger Cu-Kristalle zu beob achten ist. In diesem Fall ist der Flächenanteil A der hexagonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle gleich 80%, wie in Tabelle 9 gezeigt. Jedes der hexagonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle ist ein {111}-orientiertes Cu-Kristall, dessen (hhh)-Ebene, d. h. dessen {111}-Ebene, zu der Überzugoberfläche hin orientiert ist. Der Gehalt S dieser {111}-orientierten Cu-Kristalle ist gleich 81,1%, wie in Tabelle 9 und Fig. 15 gezeigt.

Dann wurden Stücke mit Strukturen der Beispiele 1 bis 21 herge stellt und in einer Stück-auf-Scheibe-Anordnung einem Freßtest unterzogen, um die Fressen erzeugende Last zu messen. In diesem Fall war das Material für die Scheibe ein Chrommolybdänstahl (JIS SCM420, carbonisiertes Material), die Umfangsgeschwindig keit der Scheibe lag bei 1 m/sec, die zugegebene Ölmenge lag bei 1 cm³/min und die Fläche der Überzugoberfläche des Stücks betrug 10 mm².

Zwei Substanzen, 10W-30 (Viskosität nach SAE bzw. DIN 51511) und PAMA (Polyalkylmethacrylat) wurden als Schmiermittel verwendet. Das 10W-30 wurde mit einer Pumpe zugegeben, und das PAMA wurde durch einen pneumatischen Zylinder zugegeben. Tabelle 11 zeigt die Beziehung zwischen der Temperatur und der dynamischen Visko sität der beiden Schmiermittel.

Tabelle 11

Tabelle 12 zeigt die Meßergebnisse bei Verwendung des Schmier mittels 10W-30 bei 20°C und Tabelle 13 zeigt die Meßergebnisse und bei Verwendung des Schmiermittels PAMA bei 20°C. Bei dieser Temperatur ist die dynamische Viskosität des PAMA höher als die von 10W-30, wie in Tabelle 11 gezeigt.

Tabelle 12

Schmiermittel: 10W-30 (bei 20°C)

Tabelle 13

Schmiermittel: PAMA (bei 20°C)

Fig. 20 zeigt die Beziehung zwischen dem Flächenanteil A der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle und der Fressen erzeugenden Last bei Verwendung von 10W-30 als Schmier mittel. In Fig. 20 entsprechen Punkte (1) bis (12), (14) bis (18), (20) und (21) den Beispielen 1 bis 12, 14 bis 18 bzw. 20 und 21. Die Beziehung zwischen den Punkten und den Beispielen betrifft die nachfolgend beschriebenen Figuren. Aus Fig. 20 ist ersichtlich, daß die Fressen erzeugende Last ziemlich hoch ist, wenn der Flächenanteil A der tetragonal pyramiden-förmigen Cu- Kristalle in dem Bereich von A ≧ 40% liegt.

Vergleicht man die Beispiele 3 bis 5 und 15 bis 17 mit den Bei spielen 10 bis 12 besteht kein Unterschied in der Freßbeständig keit, wenn der Flächenanteil A in einem Bereich von 35% ≦ A ≦ 75% liegt, ob nun die in der Überzugoberfläche vorhandenen Cu- Kristalle tetragonal oder hexagonal pyramiden-förmig oder ko nisch sind.

Wenn jedoch der Flächenanteil A größer als 75% ist, ist die Freßbeständigkeit der Beispiele 1, 2, 6, 14, 18, 20 und 21 mit den tetragonal und hexagonal pyramiden-förmigen Cu-Kristallen in der Überzugoberfläche deutlich stärker erhöht als bei den Bei spielen 8 und 9 mit den konischen Cu-Kristallen in der Überzug oberfläche. Dies liegt daran, daß bei den Beispielen 1 und dgl. das Ölrückhaltevermögen gut ist, wobei die Fließfähigkeit des 10W-30 mit der niedrigen dynamischen Viskosität beibehalten wird, weil das Aussehen der Überzugoberfläche der Beispiele 1 und dgl. im Vergleich mit dem der Beispiele 8 und dgl. kompli ziert ist.

Vergleicht man das Beispiel 2 mit dem Beispiel 14, läßt sich erkennen, daß zur Verbesserung der Freßbeständigkeit die hexago nal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle anstelle der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle in der Überzugoberfläche vorhan den sein sollten.

Das Beispiel 6 hat eine gegenüber Beispiel 2 herausragende Freß beständigkeit, jedoch gegenüber Beispiel 1 eine geringere Freß beständigkeit, weil in Beispiel 6 der Flächenanteil A der tetra gonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle gleich 80% ist und der Flächenanteil A der konischen Cu-Kristalle gleich 20% ist. Darüber hinaus ist in Beispiel 21 die Fressen erzeugende Last höher als in Beispiel 20, weil die tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle vorhanden sind.

Dieses Phänomen ist der Tatsache zuzurechnen, daß die Größe des Strömungswiderstands der tetragonal und hexagonal pyramiden-fö rmigen und konischen Cu-Kristalle die Beziehung hat: hexagonal pyramiden-förmige Cu-Kristalle < tetragonal pyramiden-förmige Cu-Kristalle < konische Cu-Kristalle.

Fig. 21 zeigt die Beziehung zwischen dem Flächenanteil A der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle und dgl. und der Fressen erzeugenden Last bei Verwendung von PAMA als Schmier mittel. Aus Fig. 21 ist ersichtlich, daß die Fressen erzeugende Last merklich zunimmt, wenn der Flächenanteil A der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle und dgl. in dem Bereich von A ≧ 40% liegt.

Vergleicht man die Beispiele 10 bis 12 mit den Beispielen 3 bis 5 und 15 bis 17, besteht kein Unterschied in der Freßbeständig keit, wenn der Flächenanteil A in dem Bereich von 35% ≦ A ≦ 75 % liegt, ob nun die in der Überzugoberfläche vorhandenen Cu- Kristalle konisch oder tetragonal und hexagonal pyramiden-förmig sind.

Wenn jedoch der Flächenanteil A größer als 75% ist, ist die Freßbeständigkeit der Beispiele 8, 9, 13 und 19 mit den koni schen Cu-Kristallen in der Überzugoberfläche deutlich besser als bei den Beispielen 1, 2, 14 und 21 mit den tetragonal und hexa gonal pyramiden-förmigen Cu-Kristallen in der Überzugoberfläche. Dies liegt daran, daß bei den Beispielen 8 und dgl. das Ölrück haltevermögen gut ist, während die Fließfähigkeit des PAMA mit der hohen dynamischen Viskosität beibehalten wird, weil das Aussehen der Überzugoberfläche der Beispiele 8 und dgl. im Ver gleich mit dem der Beispiele 1 und dgl. einfach ist.

Das Beispiel 13 hat eine gegenüber Beispiel 9 herausragende Freßbeständigkeit, jedoch gegenüber Beispiel 8 eine geringere Freßbeständigkeit, weil in Beispiel 13 der Flächenanteil A der konischen Cu-Kristalle gleich 80% und der Flächenanteil A der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle gleich 20% ist.

Dann wurde unter Verwendung von Stücken mit Strukturen der Bei spiele 1 und 8 und mit PAMA als Schmiermittel bei 100°C, 119,4°C und 121,2°C ein ähnlicher Freßtest, wie oben beschrieben, durch geführt, um die in Tabelle 14 angegebenen Ergebnisse zu erzie len. Die in Tabelle 13 gezeigten Daten der Beispiele 1 und 8 (Verwendung von 10W-30 und PAMA bei 20°C) sind in Tabelle 14 ebenfalls enthalten.

Tabelle 14

Fig. 22 zeigt die Beziehung zwischen der dynamischen Viskosität des Schmiermittels und der Fressen erzeugenden Last. Wie aus Fig. 22 ersichtlich, läßt sich die Freßbeständigkeit verbessern, wenn das Schmiermittel mit einer dynamischen Viskosität gleich oder niedriger als 10³ mm²/s für den Cu-Überzug mit den tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristallen in der Überzugoberfläche ver wendet wird. Andererseits läßt sich die Freßbeständigkeit ver bessern, wenn das Schmiermittel mit einer dynamischen Viskosität gleich oder höher als 10³ mm²/s für den Cu-Überzug mit den koni schen Cu-Kristallen in der Überzugoberfläche verwendet wird.

Dann wurden Stücke mit Strukturen der Beispiele 1, 2, 4, 5, 7, 8, 9, 11, 12, 14, 16 und 17 hergestellt und in einer Stück-auf- Scheibe-Anordnung unter Schmierung einem Abnutzungstest unter zogen, um den Abnutzungsbetrag bei diesen Beispielen 1 und dgl. zu messen, um hierdurch die in Tabelle 15 angegebenen Ergebnisse zu erzielen. In diesem Fall war das Material der Scheibe Chrom molybdänstahl (JIS SCM420, carbonisiertes Material), die Um fangsgeschwindigkeit der Scheibe lag bei 10 m/sec, die Drucklast auf das Stück betrug 200 N, die Gleitdistanz betrug 20 km und die Fläche der Überzugoberfläche des Stücks betrug 1 cm². Der Abnutzungsbetrag war eine Differenz zwischen den Dickenwerten des Stücks vor und nach dem Test, und die Dicke wurde mit Hilfe eines Mikrometers bestimmt.

Tabelle 15

Fig. 23 zeigt die Beziehung zwischen dem Flächenanteil A der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle und dem Abnutzungs betrag. Aus Fig. 23 ist ersichtlich, daß der Abnutzungsbetrag merklich abnimmt, wenn der Flächenanteil A der tetragonal pyra miden-förmigen Cu-Kristalle im Bereich von A ≧ 40% liegt.

Vergleicht man die Beispiele 1, 2, 4 und 5 mit den Beispielen 8, 9, 11 und 12 und den Beispielen 14, 16 und 17, besteht kein Unterschied in der Abnutzungsbeständigkeit, wenn diese Beispiele den gleichen Flächenanteil A haben, ob nun die in der Überzug oberfläche vorhandenen Cu-Kristalle tetragonal und hexagonal pyramiden-förmig oder konisch sind. Dies liegt daran, daß die Abnutzungsbeständigkeit des Cu-Überzugs von der Feinverteilung der Gleitlast durch die tetragonal und hexagonal pyramiden-förm igen Cu-Kristalle und die konischen Cu-Kristalle abhängt. Je höher daher der Flächenanteil A der tetragonal pyramiden-förmi gen Cu-Kristalle und dgl. ist, desto besser wird die Abnutzungs beständigkeit des Cu-Überzugs.

Die erste Ausführung ist nicht auf das Gleitlager am größeren Ende der Pleuelstange beschränkt, sondern ist auch bei Gleitlagern und dgl. anwendbar, die an Lagerabschnitten etwa einer Kurbelwelle, einer Nockenwelle und dgl. verwendet sind.

Zweite Ausführung

Eine zweite Ausführung wird nun anhand eines energieabsorbieren den Überzugs beschrieben, der Energie, wie etwa Wärme und Licht, absorbieren kann.

1. Wärmeenergie-absorbierender Überzug

Ein Kupferüberzug, gebildet aus einem Aggregat von Cu-Kristallen und mit einer Dicke von 15 µm, wurde auf der Gesamtoberfläche einer rechteckigen Stange aus Kupfer (JIS C1020) einer Höhe von 10 mm, einer Breite von 10 mm und einer Länge von 50 mm gebil det, indem diese Gesamtfläche einem elektrolytischen Cu-Beschich tungsprozeß unterzogen wurde.

In diesem Fall entsprechen die Beispiele der Cu-Überzüge den Beispielen 1, 2, 4, 5, 7 bis 9, 10 bis 14 und 16 bis 21 der ersten Ausführung. Daher werden hier die Bezeichnungen der Bei spiele 1 und dgl. in der ersten Ausführung direkt für die Bei spiele der Cu-Überzüge verwendet.

Dann wurde ein Thermokoppler in ein Sackloch eingesetzt, das sich in eine Endfläche der Rechteckstange mit dem Beispiel 1 öffnet, und Stickstoffgas (N₂) mit einer auf 100°C geregelten Temperatur und einer Massenflußrate von 2 SLM (2 l/min) wurde von der anderen Endfläche der Rechteckstange auf das Beispiel 1 geblasen, um mit dem Thermokoppler den Temperaturanstieg der Rechteckstange infolge des Anblasens zu messen. Die Messung wurde gleichermaßen auch für die anderen Beispiele 2, 4 und 5 durchgeführt.

Tabellen 16 und 17 zeigen die Kristallform der Überzugoberflä che, den Flächenanteil A der hexagonal und tetragonal pyramiden- förmigen und konischen Cu-Kristalle sowie die Rate des Tempera turanstiegs für die Beispiele. Tabelle 16 entspricht den Beispielen 1, 2, 4, 5, 7 bis 9 und 11 bis 13, und Tabelle 17 ent spricht den Beispielen 14 und 16 bis 21. Die Kristallform und der Flächenanteil A sind aus den Tabellen 7 bis 10 übertragen.

Tabelle 16

Tabelle 17

Fig. 24 ist ein Graph mit Darstellung der Beziehung zwischen den Flächenanteil A der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle und der Rate des Temperaturanstiegs gemäß den Tabellen 16 und 17.

Wie aus Fig. 24 ersichtlich, haben die Beispiele 1, 2, 4, 8, 9, 11, 13, 14, 16 und 18 bis 21 eine hohe Rate des Temperaturan stiegs, haben also eine hohe Energieabsorptionsfähigkeit im Vergleich mit den Beispielen 5, 7, 12 und 17. Hieraus ist er sichtlich, daß zur Verbesserung der Wärmeenergieabsorptionsfä higkeit der Flächenanteil A der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle in der Überzugoberfläche in den Bereich von A ≧ 40% gelegt werden kann.

Vergleicht man die Beispiele 1, 2, 4 und 5 mit den Beispielen 8, 9, 11 und 12 und den Beispielen 14, 16 und 17, besteht kein Unterschied in der Wärmeenergieabsorptionsfähigkeit, wenn der Flächenanteil A in dem Bereich von A ≦ 40% liegt, ob nun die in der Überzugoberfläche vorhandenen Cu-Kristalle tetragonal und hexagonal pyramiden-förmig oder konisch sind.

Wenn jedoch der Flächenanteil A größer als 40% ist, ist die Wärmeabsorptionsfähigkeit der Beispiele 8, 9 und 14 mit den konischen und hexagonal pyramiden-förmigen Cu-Kristallen in der Überzugoberfläche höher als die der Beispiele 1 und 2 mit den tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristallen in der Überzugober fläche. Auch aus dem Vergleich der Beispiele 19 bis 21 und der Beispiele 13 und 18 miteinander läßt sich ersehen, daß die Wär meenergieabsorptionsfähigkeit durch die konischen und hexagonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle bemerkenswert ist. Ferner ergibt der Vergleich der Beispiele 9 und 14 miteinander, der Beispiele 13 und 18 miteinander und der Beispiele 19 und 20 miteinander, daß die hexagonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle eine weitaus bessere Wärmeenergieabsorptionsfähigkeit als die konischen Cu- Kristalle haben.

Daher läßt sich sicher sagen, daß zur Verbesserung der Wärme energie-Absorptionsfähigkeit das Vorhandensein der konischen und hexagonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle vorteilhafter ist als das Vorhandensein der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristal le. Dies läßt sich der Größe des Strömungswiderstands und der Fläche der Überzugoberfläche zurechnen.

Dies liegt daran, daß die Größe des Strömungswiderstands der tetragonal und hexagonal pyramiden-förmigen und konischen Cu- Kristalle die Beziehung hat: hexagonal pyramiden-förmige Cu-Kri stalle < tetragonal pyramiden-förmige Cu-Kristalle < konische Cu-Kristalle. Die Größe der Oberfläche der tetragonal und hexa gonal pyramiden-förmigen und konischen Cu-Kristalle hat die Be ziehung: hexagonal pyramiden-förmige und konische Cu-Kristalle < tetragonal pyramiden-förmige Cu-Kristalle. Die Wärmeenergie absorptionsfähigkeit hängt in großem Maße von der Oberfläche ab.

2. Lichtenergie-absorbierender Überzug (a) Lichtenergie-Absorptionswirkung

Ein Cu-Überzug, gebildet aus einem Aggregat von Cu-Kristallen und mit einer Dicke von 15 µm, wurde auf einer Oberfläche einer dünnen Platte aus Kupfer (JIS C1020) einer Höhe von 20 mm, einer Breite von 10 mm und einer Dicke von 0,3 mm gebildet, indem diese Oberfläche einem elektrolytischen Cu-Plattierungsprozeß unterzogen wurde.

In diesem Fall entsprechen Beispiele der Cu-Überzüge den Bei spielen 1, 2, 4, 5, 7 bis 9, 11 bis 14 und 16 bis 21. Daher werden hierin die Bezeichnungen der Beispiele 1 in der ersten Ausführung direkt für die Beispiele der Cu-Überzüge ver wendet.

Dann wurde ein Meßelement eines Widerstandsthermometers in engen Kontakt mit einer Oberfläche des Beispiels 1 der dünnen Platte gebracht. Danach wurden He-Ne-Laserstrahlen auf die Oberfläche des Beispiels 1 bei Raumtemperatur (20°C) gerichtet. Die Bedin gungen waren eine Wellenlänge λ von 0,6328 µm, eine Leistung von 2 mW und ein Strahldurchmesser von 1 mm zur Messung der Rate des Temperaturanstiegs der Oberfläche von Beispiel 1 während des Richtens der Laserstrahlen mit Hilfe des Wider standsthermometers. Die Messung wurde ebenso für die anderen Beispiele 2, 4 und 5 und dgl. durchgeführt.

Tabellen 18 und 19 zeigen die Kristallform der Überzugoberflä che, den Flächenanteil A der hexagonal und tetragonal pyramiden- förmigen und konischen Cu-Kristalle sowie die Rate des Tempera turanstiegs für die Beispiele. Tabelle 18 entspricht den Bei spielen 1, 2, 4, 5, 7 bis 9 und 11 bis 13, und Tabelle 19 ent spricht den Beispielen 14 und 16 bis 21. Die Kristallform und der Flächenanteil A sind aus den Tabellen 7 bis 10 übertragen. Die durchschnittliche Korngröße d der tetragonal pyramiden-för migen Cu-Kristalle ist bei jedem der Beispiele gleich 1 µm.

Tabelle 18

Tabelle 19

Fig. 25 zeigt in einem Graph die Beziehung zwischen dem Flächen anteil A der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle und dgl. und der Rate des Temperaturanstiegs gemäß den Tabellen 18 und 19.

Wie aus Fig. 25 ersichtlich, haben die Beispiele 1, 2, 4, 8, 9, 11, 13, 14, 16 und 18 bis 21 eine hohe Rate des Temperaturan stiegs, nämlich eine hohe Lichtenergie-Absorptionsfähigkeit im Vergleich mit den Beispielen 5, 7, 12 und 17. Hieraus ist er sichtlich, daß zur Verbesserung der Lichtenergie-Absorptions wirkung der Flächenanteil A der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle in der Überzugoberfläche in den Bereich von A ≧ 40% gelegt werden kann.

Vergleicht man die Beispiele 1, 2, 4 und 5 mit den Beispielen 8, 9, 11 und 12 und den Beispielen 14, 16 und 17, besteht kein Unterschied in der Lichtenergie-Absorptionsfähigkeit, wenn der Flächenanteil A im Bereich von A ≦ 40% liegt, ob nun die in der Überzugoberfläche vorhandenen Cu-Kristalle tetragonal und hexa gonal pyramiden-förmig oder konisch sind.

Wenn jedoch der Flächenanteil A größer als 40% ist, ist die Lichtenergie-Absorptionsfähigkeit der Beispiele 8, 9 und 14 mit den konischen und hexagonal pyramiden-förmigen Cu-Kristallen in der Überzugoberfläche höher als diejenige der Beispiele 1 und 2 mit den tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristallen in der Über zugoberfläche. Auch aus dem Vergleich der Beispiele 19 bis 21 mit den Beispielen 13 und 18 mit dem gleichen Flächenanteil A ist ersichtlich, daß die Lichtenergie-Absorptionsfähigkeit durch die konischen und hexagonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle bemerkenswert ist.

Daher läßt sich sicher sagen, daß zur Verbesserung der Lichten ergie-Absorptionsfähigkeit das Vorhandensein der konischen und hexagonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle vorteilhafter ist als das Vorhandensein der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristal le. Dies läßt sich der Größe der Täler in der Überzugoberfläche und der Fläche der Überzugoberfläche zurechnen. Dies liegt dar an, daß die Größe des durch die Neigung gebildeten Winkels und die Bodenfläche der tetragonal und hexagonal pyramiden-förmigen und konischen Cu-Kristalle die Beziehung hat: hexagonal pyrami denförmige und konische Cu-Kristalle (70°) < tetragonal pyrami den-förmige Cu-Kristalle (54°), und die Größe der Oberfläche der tetragonal und hexagonal pyramiden-förmigen und konischen Cu- Kristalle hat die Beziehung: hexagonal pyramiden-förmige und konische Cu-Kristalle < tetragonal pyramiden-förmige Cu-Kristal le.

(b) Beziehung zwischen der Lichtenergie-Absorptionsfähigkeit und dem Verhältnis d/λ der durchschnittlichen Korngröße d zur Wel lenlänge λ der Strahlen

Um die Wahrscheinlichkeit merklich zu reduzieren, daß die auf die Überzugoberfläche gerichteten Strahlen aus dem Tal zwischen benachbarten tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristallen austreten, um hierdurch die Lichtenergie-Absorptionswirkung des Überzugs zu verbessern, ist es erforderlich, eine vorbe stimmte Beziehung zwischen der Tiefe des Tals, d. h. der Höhe der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle und der Wellenlänge λ der Strahlen einzurichten.

Jedoch sind die tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle und dgl. klein, und es ist schwierig, die Höhe der tetragonal pyra miden-förmigen Cu-Kristalle zu spezifizieren. Weil in den tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristallen und dgl. mit zunehmender Höhe die durchschnittliche Korngröße a entsprechend größer wird, und weil sich die durchschnittliche Korngröße d aus der Mikrofotografie relativ leicht bestimmen läßt, wurde die Beziehung zwischen dem Verhältnis d/λ der durchschnittlichen Korngröße d zu der Wellenlänge λ der Strahlen und die Lichten ergie-Absorptionsfähigkeit in nachfolgender Weise geprüft.

Wie bei dem oben beschriebenen Abschnitt (a) wurde ein Cu-Über zug aus einem Aggregat von Cu-Kristallen und mit einer Dicke von 15 µm auf einer Oberfläche einer dünnen Platte aus Kupfer (JIS C1020) einer Höhe von 20 mm, einer Breite von 10 mm und einer Dicke von 0,3 mm gebildet, indem diese eine Oberfläche einem elektrolytischen Cu-Beschichtungsprozeß unterzogen wurde.

Tabelle 20 zeigt Bedingungen für den elektrolytischen Cu-Beschich tungsprozeß für die Beispiele 22 bis 27 der Cu-Überzüge.

Tabelle 21 zeigt die Kristallform der Überzugoberfläche, den Flächenanteil A und die Korngröße der tetragonal pyramiden-förm igen, konischen und hexagonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle in der Überzugoberfläche, den Gehalt S der orientierten Cu-Kristal le und die Härte eines Abschnitts des Cu-Überzugs für die Bei spiele 22 bis 27.

Der Flächenanteil A, die Korngröße und der Gehalt S in Tabelle 21 wurden in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführung bestimmt.

Dann wurde die Rate des Temperaturanstiegs der Oberfläche jedes der Beispiele 22 bis 27 in der gleichen Weise wie in Abschnitt (a) gemessen.

Tabelle 22 zeigt die Hauptkristallform der Überzugoberfläche, die durchschnittliche Korngröße d der tetragonal pyramiden-förm igen Cu-Kristalle, das Verhältnis d/λ (wobei λ = 0,6328 µm) und die Rate des Temperaturanstiegs für die Beispiele 22 bis 27 und die oben beschriebenen Beispiele 2, 9 und 14. Der Flä chenanteil A in jedem der Beispiele beträgt 80%.

Tabelle 22

λ = 0,6328 µm

Fig. 26 zeigt in einem Graph die Beziehung zwischen dem Verhält nis d/λ und der Rate des Temperaturanstiegs nach Tabelle 22. Wie aus Fig. 26 ersichtlich, kann zur Erhöhung der Rate des Tempera turanstiegs, nämlich zur Verbesserung der Lichtenergie-Absorp tionsfähigkeit, das Verhältnis d/λ in einen Bereich von d/λ ≧ 1,45 gelegt werden, wie in den Beispielen 2 und 22, wenn der Flächenanteil A der tetragonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle in der Überzugoberfläche in dem Bereich von A ≧ 40% liegt, und das Verhältnis d/λ kann in einen Bereich von d/λ ≧ 0,73 gelegt werden, wie in den Beispielen 9 und 24 und den Beispielen 14 und 26, wenn der Flächenanteil A der konischen und hexagonal pyrami den-förmigen Cu-Kristalle in der Überzugoberfläche in dem Be reich von A ≧ 40% liegt.

Zusätzlich zur Verwendung bei der Laserbearbeitung ist der Cu- Überzug als lichtenergieabsorbierender Überzug auch anwendbar bei einer wärmeaufnehmenden Platte zur Absorption der Wärme von Abgas, einer lichtaufnehmenden Platte in einem Wärmeaustauscher zur Nutzung der Sonnenwärme, einem Reflektion verhindernden Film in einer Sonnenbatterie und dgl.

Ein Cu-Überzug ist aus einem Aggregat von Cu-Kristallen gebil det. Pyramiden-förmige Cu-Kristalle oder/und konische Cu-Kri stalle befinden sich in einer Oberfläche des Cu-Überzugs. Der Flächenanteil A der pyramiden-förmigen Cu-Kristalle, der Flä chenanteil A der konischen Cu-Kristalle oder die Summe A der Flächenanteile dieser Cu-Kristalle in der Überzugoberfläche liegen in einem Bereich von A ≧ 40%. Wegen des Vorhandenseins der unendlichen Anzahl pyramiden-förmiger Cu-Kristalle oder/und konischer Cu-Kristalle bekommt die Überzugoberfläche ein kom pliziertes Aussehen. Bei der Bildung eines solchen Cu-Überzugs, beispielsweise auf einer von einer drehenden Welle abgewandten Rückseite einer Gleitlagerschale, zeigt der Cu-Überzug ein gutes Ölrückhaltevermögen, und daher läßt sich Fressen durch Reibver schleiß vermeiden.

Claims

1. Funktioneller Cu-Überzug, der aus einem Aggregat von Cu-Kristallen gebildet ist, die Cu-Kristalle enthalten, deren Endspitzen an der Über zugoberfläche eine konische oder/und hexagonal pyramiden-förmige Außenform aufweisen, wobei der Flächenanteil A der konischen und hexagonal pyramiden-förmigen Cu-Kristalle in der Überzugoberfläche in einem Bereich von A ≧ 40% liegt.

2. Funktioneller Cu-Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis der durchschnittlichen Korngröße d der Cu-Kristalle zur Wellenlänge λ auftreffender Lichtstrahlen d/λ ≧ 0,73 beträgt.

3. Funktioneller Cu-Überzug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat der Cu-Kristalle ferner tetragonal pyramiden-förmige Cu-Kristalle enthält.