DE19962641A1 - Verfahren zur Erzeugung einer Mikrostruktur auf einer metallischen Oberfläche und mikrostrukturierte metallische Oberfläche - Google Patents
Verfahren zur Erzeugung einer Mikrostruktur auf einer metallischen Oberfläche und mikrostrukturierte metallische OberflächeInfo
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Abstract
Ein Verfahren zur Erzeugung einer Struktur aus Erhebungen mit einer Höhe von 1 bis 1000 mum und einer Verteilungsdichte von 0 bis 500 mum auf einer metallischen Oberfläche, bei dem auf die metallische Oberfläche eine Schicht aus einem Metall oder einer das Metall enthaltenden Legierung aufgebracht wird, das mit dem oder einem Metall der metallischen Oberfläche durch Diffusion eine intermetallische Verbindung eingehen kann. Das Schichtmetall hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Substratmetall und die beschichtete Oberfläche wird bis zu diesem Schmelzpunkt oder nahe an diesen erhitzt während einer Zeitdauer, die zur Ausbildung von die Struktur bildenden Erhebungen aus der intermetallischen Verbindung führt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer
Mikrostruktur aus einer Vielzahl von nebeneinander
angeordneten Einzelerhebungen auf einer metallischen
Oberfläche, wobei die Erhebungen eine Höhe in einem
vorbestimmten Höhenbereich aufweisen und in einer
vorbestimmten Verteilungsdichte auf der Oberfläche
angeordnet sind. Außerdem betrifft die Erfindung eine
entsprechend mikrostrukturierte metallische Oberfläche.
Strukturierte Oberflächen der vorstehend genannten Art,
auch nicht metallische Oberflächen, und Verfahren zu deren
Erzeugung sind bekannt. Sie zielen darauf ab, durch die
Struktur aus Erhebungen bestimmter Höhe und
Verteilungsdichte an den entsprechend strukturierten
Oberflächen eine ausgeprägte hydrophobe Eigenschaft und
auch die Fähigkeit zu einer Selbstreinigung bei
Beaufschlagung mit Flüssigkeit herbeizuführen. So
beschreibt die CH-PS 268 258 ein Verfahren, bei dem auf
einer Aluminiumplatte zuvor hydrophobierte
Kieselsäurepartikel mittels einer organischen
Siliziumverbindung durch Erhitzen fixiert werden. Die
Kieselsäurepartikel bilden eine Erhebungsstruktur, die eine
Erhöhung des Kontaktwinkels von Wassertropfen mit der
Oberfläche und damit eine wasserabstoßende Eigenschaft der
metallischen Oberfläche bewirkt. Die WO 96/04123 beschreibt
ein Verfahren zur Erzielung eines Selbstreinigungseffekts
an Oberflächen durch Schaffung ähnlicher
Oberflächenstrukturen, wobei die Erhebungen unmittelbar
durch entsprechend strukturierte Oberflächen von
hydrophoben Polymeren oder durch Aufkleben eines Pulvers
aus hydrophoben Polymeren gebildet sind. Dieser Effekt und
das Verfahren zu seiner Erzielung sind in der
Öffentlichkeit inzwischen unter dem Begriff "Lotuseffekt"
bekannt geworden. In einem Verfahren gemäß der DE 197 46 053 A1
werden zur Erzeugung einer
Selbstreinigungseigenschaft auf keramischen Oberflächen,
insbesondere Dachziegeln, Pulverpartikel mit einer
Teilchengröße von 5 bis 200 µm aus inertem Material durch
aushärtbares Siloxan befestigt.
Bei umströmten Körpern besitzt die Mikrostruktur von deren
Oberfläche einen bedeutsamen Einfluß auf die Ausbildung der
Grenzschicht und damit auf den Strömungswiderstand solcher
Körper. Entsprechend gewinnt die mikrostrukturierte
Oberfläche in der Aerodynamik und der Fluidtechnik
zunehmende Beachtung, um Strömungswiderstände nachhaltig zu
vermindern. Als Beispiel für die bestehenden Entwicklungen
lassen sich Maßnahmen im Flugzeugbau heranziehen. So wird
nicht nur durch die Grenzschichtabsaugung, sondern auch
durch definiert mikrostrukturierte Oberflächen, wie die
sogenannte "Haifischhaut" und die zur Erzielung des
vorstehend genannten Lotuseffekts geeignete
Oberflächenstruktur, eine Herabsetzung von Strömungswider
ständen erreicht.
Im Zusammenhang mit Grenzschichtvorgängen, insbesondere
zwischen flüssiger und fester Phase, steht auch das
Benetzungsverhalten der Oberflächen. Gute oder schlechte
Benetzung von Oberflächen, d. h. Ausbreitung oder
Nichtausbreitung von Flüssigkeit auf einer Oberfläche und
damit im letzteren Fall das Abperlen der Flüssigkeit, sind
unmittelbar abhängig vom Verhältnis der
Oberflächenspannungen in der Grenzfläche flüssig/fest.
Darzustellen und zu messen sind diese Verhältnisse am
Meniskus einer bestimmten Flüssigkeit in einem Röhrchen
definierten Festkörpermaterials. Die Steighöhe gibt die
Kapillarkräfte und damit die Benetzungskräfte an bzw. im
Fall von Entnetzung, wie z. B. bei Quecksilber in
Glasröhrchen, die Entnetzungskräfte durch die sogenannte
Kapillardepression. Benetzung bzw. Entnetzung sind jedoch
keine reinen Stoffeigenschaften, sondern werden auch durch
die Mikrostruktur der Oberfläche mitbestimmt. Bei einer
Oberflächenmorphologie, die aus mikroskopischen Kuppen oder
Vorsprüngen mit Krümmungsradien von wenigen µm besteht,
breitet sich ein Tropfen nicht aus, sondern wird,
unterstützt durch hydrophobe Stoffeigenschaften, zum
Abperlen gebracht. Die Fähigkeit derart abgeperlter und
abrollender Tropfen, auch Schmutzpartikel auf- bzw.
mitzunehmen und somit einen Reinigungsprozeß zu bewirken,
ist die Grundlage der vorstehend beschriebenen bekannten
Verfahren.
Die so erzielten Oberflächenstrukturen erlauben es zwar,
die angestrebte hydrophobe und selbstreinigende Eigenschaft
der damit ausgerüsteten Oberflächen zu erhalten, sind
jedoch gegenüber mechanischen Beanspruchungen wenig
widerstandsfähig. Denn die mechanische Widerstandsfähigkeit
ist beschränkt auf diejenige von polymeren Materialien,
soweit die Strukturerhebungen dadurch gebildet sind, bzw.
auf die Haftfestigkeit der organischen Siliziumverbindungen
bzw. des Siloxans, durch welche ihrer Art nach auch harte
Pulverpartikel auf einer Oberfläche befestigt sind.
Weiterhin setzen die vorstehend beschriebenen bekannten
Verfahren zur Erzeugung der Mikrostruktur voraus, daß die
entsprechende Oberfläche für die Behandlung auch ohne
weiteres zugänglich ist. Das gilt insbesondere für solche
Verfahren, durch welche die Mikrostruktur erhalten wird im
Wege des Prägens, Ätzens oder durch Bestrahlungen, die zu
einer Aufrauhung der Oberfläche führen (vgl. die oben
genannte WO 96/04123). Auch bei Behandlungen von
Rohrleitungen oder Hohlkanälen im Wege des Tauchens in
Flüssigdispersionen von Pulvermaterial können diesbezüglich
Schwierigkeiten entstehen, wenn solche Hohlkanäle, z. B.
Düsen, außerordentlich geringe Querschnitte aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur
Erzeugung einer Oberflächenstruktur der in Rede stehenden
Art auf metallischen, auch schwer zugänglichen Oberflächen
vorzuschlagen, das eine gegen mechanische Belastung
erheblich widerstandsfähigere Struktur ergibt und dadurch
ein erheblich breiteres Anwendungsgebiet für die so
strukturierten metallischen Oberflächen eröffnet.
Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch das Verfahren
gemäß Anspruch 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine bei
zahlreichen Metallen bzw. Metallpaarungen vorhandene
teilweise Unlöslichkeit ineinander ausgenützt, die im
flüssigen und/oder festen Zustand vorliegen kann. Im
Bereich dieser sogenannten Mischungslücke können auch
intermetallische Verbindungen hervorgerufen werden, die
durch eine Verbindung in meist nicht-stöchiometrischen
Verhältnissen gekennzeichnet sind.
Technische Metalle bestehen in aller Regel nicht aus einer
einzigen Komponente - aus einem reinen Metall -, sondern
sind aus mehreren Komponenten zusammengesetzt. Durch solche
Metallegierungen lassen sich die Eigenschaften der Metalle,
wie Festigkeit, chemische Beständigkeit, elektrische und
thermische Leitfähigkeit, Ausdehnungskoeffizienten u. a.,
in einem weiten Bereich gezielt steuern. Auch für die
Möglichkeit, durch Wärmebehandlung Härte und Festigkeit
einzustellen, ist eine Legierung Voraussetzung.
Bei der Legierungsbildung ist der Fall möglich, daß in
jedem Verhältnis eine Komponente in der anderen löslich
ist, oder der Fall, daß nur in einem bestimmten Verhältnis
Löslichkeit vorliegt, in anderen Verhältnissen jedoch die
genannte Mischungslücke besteht. Bei nur teilweiser
Löslichkeit, d. h. bei Vorliegen einer Mischungslücke,
entstehen mehrere Phasen. Dabei werden sich allgemein
Phasen ausbilden, die reich an einer Komponente A oder
reich an der anderen Komponente B sind. Die
Existenzbereiche der verschiedenen Phasen (z. B. α und β)
in Abhängigkeit vom Konzentrationsverhältnis der
Komponenten und der Temperatur wird in Zustandsschaubildern
dargestellt. Solche Zustandsschaubilder, die Mischkristalle
unterschiedlicher Konzentrationen aufzeigen, sind in den
beigefügten Fig. 1 bis 5 gezeigt.
Fig. 1 zeigt das Schaubild Blei-Zinn; es enthält neben A-
reichen Mischkristallen (α-Phase) auch B-reiche
Mischkristalle (β-Phase).
Neben der Bildung von Mischkristallen mit rein metallischem
Bindungscharakter gibt es bei vielen Legierungen auch eine
Verbindungsbildung. Bei derartigen intermetallischen
Verbindungen herrscht mehr oder weniger stark eine
Valenzbindung vor. Solche Verbindungsphasen haben nur noch
teilweise metallische Eigenschaften, insbesondere besitzen
sie mehr oder weniger hohe Härte und Sprödigkeit und ähneln
damit mehr keramischen Stoffen, die ähnlichen
Bindungscharakter aufweisen. Intermetallische Verbindungen
treten entweder bei stöchiometrischer Zusammensetzung oder
in engen Konzentrationsbereichen auf. Ein Beispiel für ein
Zustandsdiagramm, das je nach gegebenen engen Verhältnissen
der beiden Komponenten im bestimmten Bereich definierte
intermetallische Phasen aufweist, ist das System Kupfer-
Zinn (Fig. 2).
Neben dem vorstehend als Beispiel aufgezeigten
Zweikomponentensystem mit intermetallischen Phasen gibt es
zahlreiche andere Systeme, die geeignet sind, durch
Diffusionsbehandlung zwischen einem Substrat und einer
dünnen Metallisierungsschicht intermetallische Phasen
aufwachsen zu lassen. So seien u. a. genannt die Systeme
Eisen-Zinn (Fig. 3), Eisen-Zink (Fig. 4) und Aluminium-
Nickel (Fig. 5), um nur wenige weitere zu nennen. Weiterhin
sind auch Mehrkomponentensysteme, wie 3-, 4-, 5- usw.
-Stoffsysteme mit intermetallischen Phasen, bekannt.
Tatsächlich sind nach theoretischen Berechnungen und daraus
abgeleiteten Prognosen mehrere tausend intermetallische
Verbindungen möglich, wovon allerdings experimentell nur
ein Bruchteil tatsächlich bis heute hergestellt wurde. Es
liegt somit noch ein sehr großes Potential vor, gezielte
Oberflächenstrukturen herzustellen durch Bildung und
Aufwachsen intermetallischer Phasen auf den Oberflächen
zahlreicher Systeme Substrat-Metallisierung.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun auf eine
Oberfläche aus einem Metall oder einer Metallegierung, das
bzw. die den konstruktiv und durch den Betrieb gestellten
Anforderungen, z. B. Festigkeitsanforderungen, entspricht,
eine dünne Metallisierungsschicht aufgebracht, deren Metall
oder Metallegierung bekannt dafür ist, in der
entsprechenden Paarung und Verhältnissen der Komponenten
zueinander intermetallische Verbindungen entstehen zu
lassen. Die Metallschicht kann in vielfältiger Weise
aufgebracht werden, z. B. durch das Beschichten aus einer
Schmelze, das Abwischmetallisieren, die elektrolytische
Abscheidung, das Aufwalzen einer Folie, das Sputtern sowie
PVD und CVD-Beschichtungen u. a.
Wenn zwei Komponenten, die bei Vorliegen bestimmter
Konzentrationsverhältnisse intermetallische Verbindungen
bilden, über eine Diffusionsgrenzfläche ineinander
diffundieren, so werden im Bereich einer solchen
Grenzfläche zwangsläufig auch die Konzentrationsbereiche
der Verbindungsbildung erreicht und die intermetallische
Phase beginnt zu wachsen. Das Schichtmetall wird
erfindungsgemäß daher auf derjenigen Oberfläche
aufgebracht, die mit der angestrebten Oberflächenstruktur
versehen werden soll. Es stellt in der Oberfläche das
Metall zur Verfügung, das zusammen mit dem Substratmetall
zur Erzeugung der Struktur aus intermetallischer Verbindung
erforderlich ist und entsprechend durch Diffusion
verbraucht wird. Durch einen Erhitzungsvorgang wird dafür
gesorgt, daß im Kontaktbereich zwischen Schichtmetall und
Substratmetall einer der möglichen Phasenzustände eintritt,
bei dem intermetallische Verbindungen erzeugt werden. Um
den strukturellen Bestand des die Oberfläche bildenden
Körpers nicht zu gefährden, ist es bei einem Anschmelzen
zum Zweck der Erzielung einer Diffusion von Bedeutung, als
Schichtmetall solches auszuwählen, dessen Schmelzpunkt
hinreichend niedriger als der Schmelzpunkt des
Oberflächenmetalls ist.
Es hat sich gezeigt, daß die intermetallischen Verbindungen
in dem erhitzten Kontaktbereich von Substratmetall und
Oberflächen-Schichtmetall in Form eines "Herauswachsens"
von Erhebungen aus der metallischen Substratoberfläche
entstehen. Die Größe, d. h. Höhe und Dicke, dieser
Erhebungen und deren Verteilung sind abhängig von der
Zeitdauer der Aufrechterhaltung des erhitzten Zustandes und
von der zur Verfügung stehenden Menge an Schichtmetall. Da
eine Vielzahl von Metallpaarungen bezüglich der Art der
davon gebildeten intermetallischen Verbindungen bekannt
sind, kann das Schichtmetall gezielt in einer
entsprechenden Menge auf die metallische Oberfläche
aufgebracht werden. Dies entspricht also einer gerade zur
Erzielung von Erhebungen ausreichenden, in der Regel
geringen Menge an Schichtmetall, durch welche die
angestrebte Erhebungsstruktur sich unmittelbar beim
Erhitzungsvorgang ausbildet. Wird das Schichtmetall aber in
einer diesbezüglich überschüssigen Menge aufgebracht, so
muß zur Freilegung der Erhebungsstruktur der überschüssige
Anteil an Schichtmetall selektiv entfernt werden. Dazu kann
ein unterschiedliches chemisches Verhalten des
Schichtmetalls einerseits und dessen intermetallischer
Verbindung andererseits ausgenützt werden, indem durch
chemische Einwirkung, z. B. durch Ätzen oder
elektrolytisch, das überschüssige Schichtmetall entfernt
wird.
Durch eine Verlängerung der Zeitdauer des
Erhitzungszustands kann die Größe und Verteilungsdichte der
bereits entstandenen Erhebungen beeinflußt werden, auch
wenn das zur Erzeugung der intermetallischen Verbindungen
benötigte Schichtmaterial bereits aufgebraucht ist, weil
nebeneinander liegende Erhebungen dadurch veranlaßt werden
können, zu größeren Erhebungen "zusammenzuwachsen".
Weiterhin ist es möglich, die Form der entstehenden
Einzelerhebungen durch Zusätze zu beeinflussen, welche die
Form der Erhebung bestimmen. So können Zusätze zur
Metallpaarung ein Wachstum in einer Achsrichtung betonen,
durch das stäbchenförmige und damit relativ spitze
Erhebungen gebildet werden. Andere Zusätze ergeben ein
Wachstum auch quer zu einer solchen Achsrichtung, wodurch
die Erhebungen eine breite kugelige Form erhalten.
Da die intermetallische Verbindung im Wachstums-
Zusammenhang mit den beteiligten Metallen steht, stellen
die von der intermetallischen Verbindung gebildeten
Erhebungen einen integralen Bestandteil der metallischen
Oberfläche selbst dar und entsprechen in ihrer mechanischen
Belastbarkeit zumindest der Belastbarkeit des metallischen
Substrats. Häufig lassen sich durch intermetallische
Verbindungen erheblich höhere Festigkeiten erzielen als das
Grundmetall besitzt. Daher können erfindungsgemäß
strukturierte metallische Oberflächen auf einem breiten
Anwendungsgebiet eingesetzt werden. So können bei
Einhaltung der Größenbemessung und Verteilungsdichte in dem
eingangs angegebenen Bereich bekannter Strukturen und
darüber hinaus wasserabstoßende und selbstreinigende
Eigenschaften erhalten werden, indem die der
erfindungsgemäßen Mikrostruktur immanente hydrophobe
Eigenschaft ausgenutzt oder die Erhebungsstruktur
zusätzlich hydrophobiert wird. Auch ohne Hydrophobierung
kann aber daran gedacht sein, durch die Mikrostruktur den
Strömungswiderstand entsprechender umströmter Oberflächen
herabzusetzen, indem die Erhebungsstruktur die Grenzschicht
der Strömung aufnimmt. Hierzu können die Oberflächen von
Strömungsprofilen (Turbinenschaufeln, Luftschrauben,
Flugzeugzellen) aber auch Wandungen von Strömungskanälen,
Düsen und Rohrleitungen aus metallischen Oberflächen mit
einer erfindungsgemäßen Struktur versehen werden. Die
Strukturierung metallischer Oberflächen kann auch zu dem
Zweck erfolgen, korrosiv wirkende Medien an einer Benetzung
des metallischen Oberflächensubstrats durch die aus
unempfindlicheren intermetallischen Verbindungen
bestehenden Erhebungen zu hindern. Hierbei können die
Erhebungen synergistisch sowohl als schützende
Trennschicht als auch durch Ausnutzung ihrer hydrophoben
und selbstreinigenden Eigenschaft wirksam sein.
Die erfindungsgemäße Erzeugung einer mikrostrukturierten
Oberfläche läßt sich am Beispiel des Systems Kupfer-Zinn
und dessen Zustandsdiagramm gemäß Fig. 2 veranschaulichen:
In der Diffusionsgrenzschicht zwischen Kupfer und Zinn wird je nach örtlicher Lage in der Nähe der Kupferoberfläche die kupferreiche intermetallische Phase Cu3Sn erreicht. In der anschließenden entfernteren Schicht bildet sich die zinnreiche intermetallische Phase Cu6Sn5. In Fig. 6 ist in einer vergrößerten schematischen Schnittdarstellung die entstandene Struktur gezeigt. Bei einer ausreichend dünnen Verzinnung (wenige µm) wird durch das Phasenwachstum die Zinnschicht vollständig verbraucht und die zinnreiche Cu6Sn5-Phase oder η-Phase bildet nun die Oberfläche des Festkörpers, in diesem Fall des Kupfersubstrats.
In der Diffusionsgrenzschicht zwischen Kupfer und Zinn wird je nach örtlicher Lage in der Nähe der Kupferoberfläche die kupferreiche intermetallische Phase Cu3Sn erreicht. In der anschließenden entfernteren Schicht bildet sich die zinnreiche intermetallische Phase Cu6Sn5. In Fig. 6 ist in einer vergrößerten schematischen Schnittdarstellung die entstandene Struktur gezeigt. Bei einer ausreichend dünnen Verzinnung (wenige µm) wird durch das Phasenwachstum die Zinnschicht vollständig verbraucht und die zinnreiche Cu6Sn5-Phase oder η-Phase bildet nun die Oberfläche des Festkörpers, in diesem Fall des Kupfersubstrats.
Durch Wärmebehandlung und durch gezielte Wahl von
Temperatur und Zeit kann der Diffusionsvorgang und
entsprechend das Phasenwachstum an der Oberfläche so
gesteuert bzw. aufrecht erhalten werden, bis die
Zinnschicht völlig verbraucht ist. Auch läßt sich durch
Einstellen bestimmter Temperaturgradienten zwischen dem
Substrat und der Schicht die Ausbildung der Morphologie der
Oberfläche infolge des Wachstums der Kristallite steuern.
Das Wachstum der Kristallite auf der Festkörperoberfläche
erfolgt gesetzmäßig über Keimbildung und Keimwachstum.
Diese Vorgänge sind vom Temperaturgradienten zwischen
Substrat und Metallisierungsschicht abhängig. Die
Wachstumsfront zwischen Substrat und Metallisierung läßt
sich entsprechend beeinflussen durch Kühlung des Substrats
und/oder Aufheizen der Metallisierung bis zum Schmelzpunkt.
Wird das Zinn auf der Oberfläche durch die Bildung der
zinnreichen intermetallischen Phase nicht restlos
aufgebraucht, so lassen sich die Zinnreste durch eine
Beizung oder elektrolytische Abtragung selektiv entfernen,
so daß die natürliche Oberflächenmorphologie der η-Phase
auf dem Festkörper in reiner Form vorliegt.
Die in dem gewählten Beispiel zur Bildung der
intermetallischen Phase auf dem Kupfersubstrat
erforderliche Zinnschicht ist durch eines der vorstehend
angegebenen Verfahren als dünne Schicht aufgebracht worden.
Die Schicht wurde auf einem Kupfersubstrat erzeugt, das zu
Beginn der Metallisierung Raumtemperatur besaß. Die
Zinnschicht war etwa auf 5-10% über Schmelztemperatur
gebracht. Es heißt das, daß bei Reinzinn etwa eine
Temperatur von 230°C herrscht. Liegt eine eutektische
Blei-Zinn-Legierung vor, so wird an der
Diffusionsgrenzschicht flüssig/fest die intermetallische
Zone bei 190°C bei 200°C gebildet. An der Reaktion Zinn-
Kupfer nimmt das Blei nicht teil, es dient in diesem Fall
nur zur Schmelzpunkterniedrigung. Im Fall der Flüssig-Fest-
Reaktion erfolgt die Bildung der intermetallischen Zone
bereits nach 10 bis 20 Sekunden. Um ein Wachstum der
Erhebungen zu wirksamer Größe im Sinne des Lotuseffekts
herbeizuführen, sind je nach dem gewünschten Ausmaß
Auslagerungen bei Temperaturen von 30°C bis ca. 150°C
erforderlich. Die Auslagerzeiten vermindern sich bei
Anwendung höherer Temperaturen. Die Struktur Fig. 7 wurde
z. B. bei einer Auslagerung bei 90°C über 20 Minuten
erzeugt.
Fig. 7 ist eine photographische Draufsicht in 5000-facher
Vergrößerung der Mikrostruktur, die durch die η-Phase in
dem vorliegenden Beispiel gebildet und als schematischer
Querschnitt in Fig. 6 gezeigt ist. Die η-Phase ist durch
Erhitzung bis zum Schmelzpunkt der Zinnschicht entstanden.
Die aus der Kupfer-Oberfläche herausgewachsenen Kristallite
haben gewölbte Kuppen. Die Teilchengröße dieser Erhebungen,
d. h. die Querausdehnung davon, liegt in dem gezeigten
Ausführungsbeispiel in einem Bereich von etwa 1 bis 3 µm.
Der gegenseitige Abstand der Erhebungen, d. h. deren
Verteilungsdichte, liegen noch darunter. Die Höhe der
Erhebungen ist daher in der Hauptsache durch die
Unregelmäßigkeit und/oder die Verjüngung der Erhebungen
nach oben definiert und liegt in der Größenordnung von 1
bis 2 µm.
Claims (11)
1. Verfahren zur Erzeugung einer Mikrostruktur
aus Erhebungen vorbestimmter Höhe und Verteilungs
dichte auf einer metallischen Oberfläche, bei dem auf
eine metallische Oberfläche als Substrat eine Schicht
aus einem Metall oder einer das Metall enthaltenden
Legierung aufgebracht wird, das mit dem oder einem
Metall des Substrats eine intermetallische Verbindung
eingehen kann, und auf dem beschichteten Substrat
durch Diffusion des Schichtmetalls eine
intermetallische Schicht erzeugt wird, die durch
Erhebungen aus der intermetallischen Verbindung
gebildet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Diffusion durch Erhitzen des Schichtmetalls
und/oder der das Substrat bildenden metallischen
Oberfläche bewirkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schichtmetall und/oder das Substrat bis zu
dem oder nahe an den Schmelzpunkt des Schichtmetalls
erhitzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch Einhaltung eines Temperaturgradienten
zwischen dem Substrat und dem Schichtmetall das
Wachstum der Erhebungen gesteuert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Temperaturgradient durch Kühlen des Substrats
und/oder Aufheizen des Schichtmetalls oder durch
Kühlen des Schichtmetalls und/oder Aufheizen des
Substrats aufrecht erhalten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schichtmetall einen niedrigeren Schmelzpunkt
als das Substratmetall hat.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schichtmetall in einer Menge aufgebracht
wird, die bei dem Erhitzungsvorgang zur Ausbildung
der intermetallischen Erhebungen aufgebraucht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach dem Erhitzungsvorgang zur Ausbildung der
intermetallischen Erhebungen nicht verbrauchtes
Schichtmetall selektiv entfernt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß nicht verbrauchtes Schichtmetall durch Ätzen oder
elektrolytisch entfernt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beschichtete Oberfläche während einer
Zeitdauer erhitzt wird, die Erhebungen mit einer Höhe
von 1 bis 1000 µm und einer Verteilungsdichte von 0
bis 500 µm ergibt.
11. Metallische Oberfläche mit einer Mikrostruktur aus
Erhebungen mit einer Höhe von 1 bis 1000 µm und einer
Verteilungsdichte von 0 bis 500 µm, bei der die
Erhebungen durch eine intermetallische Verbindung
eines Metalls mit dem oder einem Metall der
Oberfläche gebildet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19962641A DE19962641B4 (de) | 1999-12-23 | 1999-12-23 | Verfahren zur Erzeugung einer Mikrostruktur auf einer metallischen Oberfläche und mikrostrukturierte metallische Oberfläche |
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Publications (2)
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ID=7934256
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DE19962641A Expired - Lifetime DE19962641B4 (de) | 1999-12-23 | 1999-12-23 | Verfahren zur Erzeugung einer Mikrostruktur auf einer metallischen Oberfläche und mikrostrukturierte metallische Oberfläche |
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DE (1) | DE19962641B4 (de) |
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Publication number | Publication date |
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DE19962641B4 (de) | 2012-04-19 |
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