DE3813801A1

DE3813801A1 - Schichtwerkstoff oder schichtwerkstueck mit einer auf einer traegerschicht angebrachten funktionsschicht, insbesondere gleitschicht

Info

Publication number: DE3813801A1
Application number: DE3813801A
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl Chem Dr Hodes; Ulrich Dipl Phys Dr Engel
Original assignee: GLYCO METALL WERKE
Current assignee: Glyco AG
Priority date: 1988-04-23
Filing date: 1988-04-23
Publication date: 1989-11-02
Also published as: WO1989010433A1; US5093207A; KR900700654A; JPH02504046A; BR8906920A; EP0386165A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schichtwerkstoff oder ein Schichtwerkstück mit einer auf einer Trägerschicht ange brachten Funktionsschicht, insbesondere Gleitschicht, mit der Struktur einer festen, aber schmelzbaren Dispersion mit einer Matrix und mindestens einem in der Matrix dispergierten Bestandteil, der zumindest in festem Zustand im Werkstoff der Matrix unlöslich oder nur in geringerer als vorhandener Menge löslich ist, oder mit der Struktur eines für tribolo gische Zwecke anwendbaren, in sich fest verbundenen, im wesentlichen schmelzbaren Gemenges von nicht oder nur in geringerer als vorhandener Menge in einander löslichen Be standteilen, ggf. teilweise in kristallartiger Form. Als Schichtwerkstoffe oder Schichtwerkstücke dieser Art kommen bevorzugt Verbundgleitlager bzw. Schichtwerkstoffe zur Her stellung von Verbundgleitlagern, in Betracht, bei denen die die Funktionsschicht darstellende Gleitschicht aus Dispersionslegierung, insbesondere Bleibronze oder Aluminium/ Zinn-Dispersionslegierung oder Aluminium/Blei-Dispersions legierung besteht und auf einer den Lagerrücken bildenden Trägerschicht, vornehmlich einer Trägerschicht aus Stahl, angebracht ist. Von besonderer Bedeutung sind dabei Verbund gleitlager aus Schichtwerkstoff des Typs Stahl/Bleibronze wegen der hohen dynamischen Belastbarkeit und der guten Ein lauf- und Notlaufeigenschaften der Bleibronze. Aufgrund der völligen Unlöslichkeit der beiden Metalle ineinander in festem Zustand ist in einer Funktionsschicht aus Bleibronze praktisch ein mechanisches Gemenge von Kupfer und Blei vorhanden, das aus der homogenen Schmelze im Zuge eines großen Erstarrungs intervalls entsteht. Die heute üblichen, im Bandbegießver fahren auf Stahl hergestellten Stahl/Bleibronze-Schichtwerk stoffe beschränken sich auf Bleigehalte bis etwa 22 Gew.-% der Bleibronze. Die Herstellungsschwierigkeiten für Kupfer/ Blei-Legierungen mit Bleigehalten innerhalb der Mischungslücke, d.h. Bleigehalten zwischen 40 Gew.-% und 50 Gew.-%, sind so groß, daß solche Legierungen bis heute keine praktische Bedeutung erlangen konnten. Die Bindung zwischen dem Stahl träger und dem Bleibronzeaufguß erfolgt durch eine feste metallische Bindung zwischen den primär aus der Schmelze er starrenden Kupferkristalliten und dem Stahlträger. Es muß deshalb im Interesse einer guten Bindung zwischen dem Stahl träger und der Bleibronzeschicht die Bildung solcher Kupfer kristallite herangezogen werden, was in der Praxis durch die Maßnahme erreicht wird, daß der Stahl zum Aufgießen der Blei bronze auf eine die Diffusionsbindung zwischen Stahl und Kupferkristalliten ermöglichende Temperatur von ca. 1100°C gebracht und auf dieser Temperatur gehalten wird. Andererseits bedingt die durch Kupferkristallite und Bleiausscheidungen heterogene Struktur der Bleibronze-Funktionsschicht erheb liche funktionelle Nachteile gegenüber einer homogenen Funktionsschicht-Struktur. Vergleichbare Verhältnisse be stehen auch bei die Funktionsschicht darstellenden Gleit schichten aus Aluminium/Zinn-Dispersionslegierungen und Aluminium/Blei-Dispersionslegierungen sowie allen denkbaren Funktionsschichten für tribologische Zwecke mit heterogener Struktur, beispielsweise auch bei Strukturen von in sich fest verbundenen, im wesentlichen schmelzbaren Gemengen von nicht oder nur in geringerer als vorhandener Menge ineinander lös lichen Bestandteilen.

Aus DE-OS 29 37 108 ist bereits ein Verfahren zur Vergütung von Gleitlegierungen, insbesondere Gleitlagerlegierungen be kannt, bei welchem die Gleitlegierung durch einen oder mehrere stark konzentrierte Energie- oder Hitzestrahlen einer örtlich fortschreitenden, punktförmigen Schmelzung unterzogen werden soll, wobei durch das Fortschreiten der dem Energie- oder Hitzestrahl unterworfenen punktförmigen Fläche und die im Werkstoff der Funktionsschicht vorhandene Wärmeableitung ein plötzliches Abkühlen der Schmelze bewirkt werden soll.

Jedoch soll in diesem bekannten Verfahren die eine hetero gene Werkstoffstruktur aufweisende Funktionsschicht in den punktförmigen Bereichen auf ihre gesamte Dicke, d.h. bis zum Bindungsbereich zur Trägerschicht hin aufgeschmolzen werden. Dieser dabei zugeführte Wärmemenge ist jedoch so groß, daß das beabsichtigte plötzliche Abkühlen - nicht zuletzt im Hin blick auf die beim erneuten Erstarren wieder freiwerdende latente Schmelzwärme - so langsam ist, daß die erneute Aus bildung einer heterogenen Struktur in der Funktionsschicht unvermeidlich ist. Es kommt bestenfalls zu einer mehr oder weniger geringfügigen Verfeinerung gegenüber der ursprüng lichen Struktur. Eine wesentliche Verbesserung der funktionellen Eigenschaften von Gleitschichten aus Dispersionslegierungen und sonstigen, für tribologische Zwecke anwendbaren Gemischen, läßt sich auf diese Weise nicht erreichen. Bei Funktions schichten aus Bleibronze kommt noch hinzu, daß durch das örtliche Aufschmelzen der Funktionsschicht auf ihre gesamte Dicke auch die erwünschte Diffusionsbindung beseitigt oder zumindest wesentlich verschlechert wird.

Aus EP 1 30 175 A2 und EP 1 30 176 A2 ist auch bekannt, bei Gleitlagern Bereiche unterschiedlicher Härte in der Lauffläche dadurch zu bilden, daß in begrenzten Zonen der Lauffläche härtende Werkstoffkomponenten in den Oberflächenbereich der Lauffläche eingeschmolzen werden, vorzugsweise unter Benutzung von Laserstrahlen oder Elektronenstrahlen. Man erhält hierdurch eine Lagerlauffläche mit Bereichen unterschiedlicher Härte der Laufschicht, jedoch nicht eine sich über die gesamte Lauf fläche erstreckende Oberflächenvergütung im Sinne der Ver besserung der Funktionseigenschaften, insbesondere der tribo logischen Eigenschaften in gleichem Maße an sämtlichen Teilen und Bereichen der Funktionsschicht-Oberfläche.

Schließlich ist aus DE-OS 36 36 641 und EP 2 12 938 A2 bekannt, Gleitschichten auf einem bandförmigen Träger, beispielsweise einem Stahlträger dadurch zu bilden, daß zunächst ein Gemisch der Legierungsbestandteile in Pulverform auf den Träger aufgebracht wird. Das Pulver wird dann unter An wendung eines in einem vorher bestimmten Muster über die Pulverschicht geführten Energiestrahls, nämlich Laserstrahls, fortschreitend örtlich aufgeschmolzen. Es ist zwar möglich, bei in dieser Weise hergestellten Gleitschichten aus Disper sionslegierung feinere Struktur zu Erzielen als bei aufge gossenen Funktionsschichten aus Dispersionslegierung. Jedoch lassen sich auch auf diese Weise nicht Funktionseigenschaften einstellen, die mit einer feinteiligen, homogenem Aufbau nahekommenden Struktur der Funktionsschicht vergleichbar sind. Außerdem kann durch das fortschreitende Aufschmelzen von vorher aufgestreutem Pulver in einem punktförmigen Bereich nicht eine erwünschte Diffusionsbindung zwischen der Träger schicht und der Funktionsschicht erreicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, Schichtwerkstoffe oder Schichtwerkstücke der eingangs angegebenen Art dahin gehend wesentlich zu verbessern, daß einerseits eine sichere Bindung - wenn stofflich möglich, eine Diffusionsbindung - zwischen der Trägerschicht und der Funktionsschicht gewähr leistet ist und andererseits die Funktionsschicht an ihrer, die Funktion ausübenden Oberfläche mit einer Struktur ausge stattet ist, die gegenüber Funktionsschichten mit herkömm licher heterogener Struktur wesentlich verbesserte Funktions eigenschaften aufweist, wobei der Schichtwerkstoff bzw. die Schichtwerkstücke in einem sicher durchführbaren Verfahren ohne allzugroßen Aufwand an Zeit und Apparaturen herstell bar sein sollen.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Schichtwerk stoff bzw. bei den erfindungsgemäßen Schichtwerkstücken dadurch gelöst, daß die Funktionsschicht an ihrer der Träger schicht abgewandten Seite eine dünne, durchgehend geschlossene Oberflächenregion aufweist, in der die Dispersion oder das Gemenge durch Schmelzen und rasches Abkühlen aus dem ge schmolzenen Zustand eine gegenüber dem übrigen Teil der Funktionsschicht verfeinerte Struktur mit feinteiliger Ver teilung der nicht gelösten Bestandteile aufweist.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die eigentliche Funktion einer Funktionsschicht, beispielsweise die tribolo gischen Vorgänge einer Gleitschicht in einer sehr dünnen Ober flächenregion der Funktionsschicht stattfinden. Deshalb soll erfindungsgemäß eine Strukturverfeinerung zur Erzielung ver besserter Funktionseigenschaften erfindungsgemäß nur auf eine dünne Oberflächenregion beschränkt sein, während die Funktions schicht auf den größten Teil ihrer Dicke herkömmliche kristalline Form oder Dispersionsform aufweisen soll. Auf diese Weise kann die Funktionsschicht in ihrer, einer Trägerschicht benach barten Region in erster Linie auf die optimale Bindung mit der Trägerschicht abgestellt werden. Ferner werden die Fähig keit eines guten Schichtzusammenhaltes, erwünschter Schicht zähigkeit und Druckaufnahmefähigkeit durch die Struktur im mittleren Schichtbereich bestimmt. Hierzu hat sich die übliche kristalline Struktur oder Dispersionsstruktur als zufrieden stellend erwiesen. Erfindungsgemäß wird daher die Funktions schicht mit Regionen unterschiedlicher Struktur ausgebildet, und zwar bereits bei ihrer ersten Herstellung durch Aufgießen oder ähnliche Verfahren mit die Bindungsregion und den mittleren Bereich der Funktionsschicht erfassender, kristalliner Struktur oder Dispersionsstruktur und einer eine relativ dünne Ober flächenregion erfassenden Feinstruktur, die den gewünschten Funktionseigenschaften angepaßt ist, beispielsweise mit ver bessertem Reibungsverhalten, erhöhter Ermüdungsfestigkeit und ähnlichen Eigenschaften. Durch die erfindungsgemäße Über führung der zunächst heterogenen Struktur der Funktionsschicht in eine Feinstruktur nur in einer dünnen Oberflächenregion werden die für die Bindung der Funktionsschicht an die Träger schicht vorteilhaften Eigenschaften einer heterogenen Struktur optimal ausgenutzt. Desgleichen werden auch die Druckauf nahmefähigkeit, die Zähigkeit und der innere Zusammenhalt der Funktionsschicht durch die heterogene Struktur ggf. unter Einschließung von kristallisierten Teilchen vorteil haft beeinflußt. Gemäß der Erfindung wird deshalb eine Kombination von in heterogenen evtl. teilkristallisiertem Zustand der Funktionsschicht in ihrem unteren und mittleren Bereich und einer Feinstruktur in einer dünnen Oberflächen region geschaffen. Durch diese Kombination von zwei schicht förmig durchgehend geschlossenen Regionen wesentlich unter schiedlicher Struktur läßt sich die Funktionsschicht praktisch jeglicher gewollten Palette von Eigenschaften anpassen. Für diese Anpassung können das Dickenverhältnis des Schicht teiles mit heterogener Struktur zu dem Schichtteil mit Fein struktur durch zusätzliche Einlagerungen als Parameter her angezogen werden.

Die eine verfeinerte Struktur aufweisende Oberflächenregion der Funktionsschicht kann eine Dicke zwischen 50 µm und 500 µm aufweisen, bevorzugt zwischen 50 µm und 250 µm. Im allgemeinen ist es zu bevorzugen, die mit Feinstruktur ausgestattete Oberflächenregion der Funktionsschicht mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke vorzusehen. Es sind jedoch auch An wendungsfälle denkbar, in welchen es zweckmäßiger erscheint, die mit Feinstruktur ausgestattete Oberflächenregion der Funktionsschicht mit örtlich variierender Dicke auszubilden. Beispielsweise kann dies bei Gleitlagern in Betracht kommen, die entsprechend ihrem Einsatz einen Hauptbelastungsbereich aufweisen. In diesem Hauptbelastungsbereich könnte verdickte Ausbildung der Feinstruktur aufweisenden Oberflächenregion in Betracht kommen.

Im Rahmen der Erfindung kann die Funktionsschicht aus einer Dispersion oder einem Gemenge mit Matrix oder tragendem Ge mengebestandteil auf der Basis eines oder mehrerer der Metalle:

Kupfer, Aluminium, Zink, Silber; und mindestens einem dispergiertem oder in anderer Weise eingelagerten Bestand teil auf der Basis eines oder mehrerer der folgenden Stoffe in Form feiner Teilchen gebildet sein: Blei, Zinn, Wismut, Indium, Nickel, Mangan, Silicium, Kohlenstoff (bevorzugt in Form von Metall wie Nickel, Aluminium, Kupfer umhüllten Graphit-Teilchen), Molybdändisulfid (bevorzugt umhüllt mit Metall wie Nickel, Aluminium, Kupfer), Bornitrid, für tribo logische Zwecke anwendbare Kunststoffe wie beispielsweise Polyester, PTFE, PEK, PEEK. Im Rahmen der Erfindung kann den metallischen Bestandteilen der die Funktionsschicht bildenden Dispersion oder des Gemenges ein oder mehrere Zusätze der folgenden Gruppe von Stoffen in Gesamtmenge bis zu 2 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 0,5 Gew.-%, zulegiert sein: Li, Na, Ca, Ba, Bi, Si, P, As, Sb, S, Se, Te, Zn, Ti, Zr, Ce, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Si+Zr, Si+Zr+S. Diese Zusätze be wirken bekanntermaßen eine Strukturverfeinerung. Jedoch wurde festgestellt, daß der Einfluß der Abkühlbedingungen gegen über dem Einfluß solcher Zusätze vorherrschend ist. Immerhin haben die genannten Zusätze im Rahmen der Erfindung den Vor teil, daß die bei der Strukturumwandlung in der Oberflächen region der Funktionsschicht durch Schmelzen und extrem rasches Abkühlen aus dem geschmolzenen Zustand auch noch die Erzielung einer feineren Verteilung der ungelösten Bestandteile und die Erreichung der mit der Erfindung angestrebten ver feinerten Struktur erleichtert und sicherer gemacht werden können.

Für die Anwendung für tribologische Zwecke, insbesondere bei Gleitlagern kann bevorzugt die Funktionsschicht, die in solchem Fall die Gleitschicht ist, aus Bleibronze, vorzugsweise der Zusammensetzung CuPb22Sn, oder Bleizinnbronze gebildet sein. Bei solchen Funktionsschichten bzw. Gleitschichten aus Blei bronze und Bleizinnbronze läßt sich die Erfindung besonders vorteilhaft anwenden, weil bei ihnen das dentritische Gefüge der Bleibronze bzw. Bleizinnbronze durch Aufschmelzen und sofort anschließendes rapides Abkühlen in einer dünnen schichtförmig durchgehend geschlossenen Oberflächenregion beseitigt und die Bleibronze bzw. Zinnbronze ein gegenüber dem ursprünglich dentritischen Gefüge wesentlich ver feinertes Gefüge erhält und in diesem verfeinerten Gefüge quasi eingefroren wird. Diese in wesentlich verfeinertem Gefüge "eingefrorene" Bleibronze bzw. Bleizinnbronze bietet wesentlich verbesserte Gleiteigenschaften, insbesondere gegenüber tribologischen Partnern aus Stahl.

Ähnliche Vorteile bieten sich bei der Anwendung der Er findung an tribologischen Elementen deren Funktionsschicht, und zwar auch in diesem Fall deren Gleitschicht aus Aluminium/ Zinn-Dispersionslegierung, beispielsweise AlSn6CuNi, AlSn2OCu oder AlSn4OCu gebildet ist. Solche Dispersionslegierungen mit Aluminium-Matrix lassen sich im Hinblick auf die Unmisch barkeit von Aluminium und Zinn nicht anders als Funktions schicht bzw. Gleitschicht aufgießen als daß beim Erstarren eine Phasentrennung zwischen Aluminium und Zinn eintritt und Teilchen von ausgeschiedener Zinnlegierung in der Aluminium- Matrix eingelagert werden. In der erfindungsgemäß gebildeten Oberflächenregion einer solchen Funktionsschicht bzw. Gleit schicht sind dann diese Zinnlegierungs-Teilchen unter Aus bildung einer verfeinerten Struktur in wesentlich feineren Teilchen als der aus der Schmelze erstarrten ursprünglichen Schicht in der Matrix aus echter Aluminiumlegierung verteilt. Es ist auch bei solchen Funktionsschichten bzw. Gleitschichten aus Aluminium/Zinn-Dispersionslegierung erfindungsgemäß eine Oberflächenregion in verfeinertem Gefüge "eingefroren". Diese Oberflächenregion bietet auch in diesem Fall erheblich ver besserte Gleiteigenschaften.

Ähnliche Verhältnisse lassen sich bei Funktionsschichten aus Aluminium/Blei-Dispersionslegierung, beispielsweise AlPb8Si4SnCu durch die erfindungsgemäß in einem Zustand verfeinerter Struktur "eingefrorene" Oberflächenregion erreichen. Auch solche Funktionsschichten haben bevorzugte Anwendung als Gleitschicht bei tribologischen Elementen.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können der mit verfeinerter Struktur ausgebildeten Ober flächenregion der Funktionsschicht nachträglich Hartteilchen aus der Gruppe von TiC, Glasmehl, Si₃N_4, WC, SiC, Al₂O₃ ein gelagert sein. Eine solche Weiterbildung der Erfindung kann auch vorsehen, daß der mit verfeinerter Struktur ausge bildeten Oberflächenregion der Funktionsschicht Hartteilchen auf der Basis von Laves-Phasen (AB₂), vorzugsweise vom Typ MgCu₂ oder vom Typ MgZn_2, MgNi_2, nachträglich eingelagert sind, wobei das Radiusverhältnis der A-Atome und B-Atome dieser Laves-Phasen

r _A/r_B = 1,225

ist.

Durch diese nachträglich in die Oberflächenregion der Funktionsschicht eingelagerten Hartteilchen läßt sich das Funktionsverhalten der Funktionsschicht in dieser Ober flächenregion noch weiter verbessern und vor allem auch jeder gewünschten Funktion in verbesserter Weise anpassen. Beispielsweise kann die Abriebfestigkeit bei die Funktions schicht bildenden Gleitschichten verbessert und der je weiligen Art des tribologischen Partners angepaßt werden, beispielsweise im Preßgußverfahren hergestellten Kurbel wellen aus Stahl u.dgl.

In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Funktionsschicht an ihrer mit verfeinerter Struktur ausgebildeten Oberflächenregion zusätzlich mit einem weichen metallischen Overlay mit einer Dicke zwischen 10 µm und 500 µm, vorzugsweise 12 µm bis 24 µm, überdeckt sein. Bei Ausbildung der Funktionsschicht als Gleitschicht kann dieser Overlay als Einlaufschicht ausgebildet sein. Es kommt hierzu bei spielsweise eine galvanisch aufgebrachte Schicht als Overlay in Betracht aus einer der folgenden Legierungen:
PbSn, PbSnCu, SnSb, PbSnSb, PbIn. Solcher Overlay bietet bei tribologischer Anwendung als Einlaufschicht eine be sonders vorteilhafte funktionelle Zusammenwirkung mit der im Zustand eines verfeinerten Gefüges "eingefrorenen" Ober flächenregion der Gleitschicht. Da durch solchen weichen Over lay auch geringste Unebenheiten und Porositäten an der Ober fläche der mit verfeinertem Gefüge ausgebildeten Oberflächen region ausfüllt und der weiche Werkstoff des Overlay in Art eines Festschmiermittels gegenüber der mit verfeinertem Ge füge ausgebildeten Oberflächenregion der Funktionsschicht bzw. Gleitschicht wirkt. Je nach stofflicher Zusammensetzung der Funktionsschicht bzw. Gleitschicht und des Overlays kann zwischen dem Overlay und der Funktionsschicht eine Diffusions sperrschicht mit einer Dicke zwischen etwa 2 µm und 10 µm vor gesehen sein, wobei diese Diffusionssperrschicht in ihrer stofflichen Zusammensetzung wiederum an die stoffliche Zu sammensetzung des Overlay und der Funktionsschicht bzw. Gleit schicht anpaßbar ist und aus einem der Stoffe CuSn, CuZn, NiSn, NiCr, NiCo, Co, Ti, Ni gebildet sein kann.

Für die Herstellung von erfindungsgemäßem Schichtwerkstoff oder erfindungsgemäßen Schichtwerkstücken ist ein Verfahren anwendbar, bei dem die Funktionsschicht aus schmelzbarer Dispersion oder aus einem für tribologische Zwecke anwend baren, schmelzbaren Gemisch durch Aufgießen, Aufspritzen oder auf pulvermetallurgischem Wege auf der Trägerschicht gebildet und ggf. verdichtet wird. Ausgehend von einem solchen Verfahren soll erfindungsgemäß die feste, abgekühlte aber an der der Trägerschicht abgewandten Seite noch mit ihrer Oberfläche freiliegende Funktionsschicht an dieser freiliegenden Ober fläche in einem nach und nach über die gesamte Oberfläche bewegten begrenzten Flächenbereich mittels mindestens einer Plasmaflamme bis zum Schmelzen der Dispersion oder des Gemisches in einer Oberflächenregion mit einer Tiefe von zwischen etwa 50 µm und 500 µm erhitzt und sofort wieder mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 10² K/s unter Verfestigen und Einfrieren der beim Aufschmelzen in der Oberflächenregion gebildeten verfeinerten Struktur ab gekühlt werden.

Bei diesem Verfahren wird mit mindestens einer Plasmaflamme die Oberfläche der durch Aufgießen, Aufspritzen oder auf pulvermetallurgischem Wege gebildeten und heterogene Struktur der einen oder anderen Art aufweisenden Funktionsschicht abgerastert. Mit der Plasmaflamme bzw. den Plasmaflammen wird dabei in jeweils einem eng begrenzten Flächenbereich unter hoher Aufheizgeschwindigkeit ein steiler Temperatur gradient zwischen dem kleinen erwärmten und aufgeschmolzenen Materialvolumen des eng begrenzten Flächenbereichs und dem restlichen Schichtwerkstoff hervorgerufen. Mit der Weiterbe wegung der Plasmaflamme wird die in dem eng begrenzten Flächenbereich aufgenommene Wärmemenge in das Innere des Schichtwerkstoffs abgeführt und dabei die zur Erzielung einer verfeinerten Struktur in der oberflächennahen Rand region erforderliche kritische Abkühlgeschwindigkeit über schritten. Dieses Verfahren läßt sich relativ einfach und mit für die Praxis vorteilhafter Vorschubgeschwindigkeit der Plasmaflamme bezüglich des zu behandelnden Schichtwerk stoffs bzw. Schichtwerkstücks durchführen.

Das Aufschmelzen der freiliegenden Oberflächenregion der Funktionsschicht mit Plasmaflamme kann an Luftatmosphäre durchgeführt werden. Enthält die in der Oberflächenregion zu behandelnde Funktionsschicht stoffliche Anteile, die in aufgeschmolzenem Zustand zu starker Reaktion mit Bestand teilen der Luftatmosphäre, insbesondere dem Luftsauerstoff neigen, so kann auch ohne allzugroße Erhöhung des Aufwandes das Aufschmelzen der freiliegenden Oberflächenregion der Funktionsschicht mittels einer mit Inertgas, vorzugsweise Argon umhüllten Plasmaflamme durchgeführt werden. In jedem Fall empfiehlt es sich, das Aufschmelzen der freiliegenden Oberflächenregion der Funktionsschicht mittels solcher Plasmaflamme auszuführen, bei der Argon als Plasmagas einge setzt wird. Eine Verbesserung und Weiterbildung dieses Ver fahrens kann vorsehen, daß das Aufschmelzen der freiliegen den Oberflächenregion der Funktionsschicht mittels Plasma flamme und Anwendung eines in der Plasmaflamme vom Plasma brenner bis zur Oberfläche der Funktionsschicht durchgezogenen elektrischen Lichtbogens ausgeführt wird. Solche Plasmaflamme mit durchgezogenem elektrischem Lichtbogen bewirkt ein be sonders schnelles Aufheizen und Aufschmelzen des jeweiligen kleinen Bereiches in der freiliegenden Oberfläche der Funktionsschicht und eröffnet damit nicht allein die Möglich keit eines relativ schnellen Vorschubs der Plasmaflamme be züglich des zu behandelnden Schichtwerkstoffs und damit relativ schneller Verfahrensdurchführung, sondern auch die Ausbildung eines sehr hohen Temperaturgradienten zwischen dem aufge schmolzenen Bereich in der Oberflächenregion und den umgeben den Bereichen und Teilen der Funktionsschicht. Dieser sehr hohe Temperaturgradient hat zur Folge, daß bereits in Nach barschaft des aufgeschmolzenen kleinen Bereiches der Ober flächenregion der umgebende Werkstoff noch relativ kühl ist. Es setzt dann mit dem Weiterführen der Plasmaflamme sofort das Abkühlen und Erstarren des in den behandelten Bereich gebildeten kleinen, eng begrenzten Schmelzebades ein.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zu seiner Weiterbildung von Verbesserung mit der Maßnahme der Partikelinjektion in die behandelte Oberflächenregion kombiniert werden. Hierzu sind in die mit Plasmaflamme aufgeschmolzene Oberflächenregion der Funktionsschicht feine Hartteilchen in der Größe zwischen etwa 10 µm und 100 µm, vorzugsweise zwischen 40 µm und 70 µm zu injizieren. Die in die aufgeschmolzene Oberflächenregion zu injizierenden Hartteilchen können dabei in die Plasmaflamme selbst eingeführt werden, sofern sie durch die Plasmaflamme nicht aufgeschmolzen oder in anderer Weise nachteilig beein flußt werden.

Besonderen Vorteil bietet auch die Partikelinjektion unter Einsatz von Hartteilchen auf der Basis von Laves-Phasen vom Typ AB₂, vorzugsweise mit Radiusverhältnis der A-Atome und B-Atome

r _A/r _B = 1,225,

beispielsweise Laves-Phasen vom Typ MgCu₂ oder vom Typ MgZn_2, MgNi₂. Die Injektion von Hartteilchen auf der Grundlage von Laves-Phasen hat sich insbesondere für die Behandlung von Lagerwerkstoffen und Lagerwerkstücken als außerordentlich wirksam erwiesen. Man wird im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt die Injektion solcher Hartteilchen auf der Grund lage von Laves-Phasen getrennt von der Plasmaflamme vornehmen.

Ist es erwünscht, ein Overlay auf der Funktionsschicht vorzu sehen, soll dies im erfindungsgemäßen Verfahren unter solchen Temperaturbedingungen geschehen, die die Aufhebung des einge frorenen Zustands in dem Werkstoff der Oberflächenregion der Funktionsschicht vermeiden. Bevorzugt ist daher im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Anbringung eines solchen Overlay galvanisch vorzunehmen. Entsprechendes gilt auch für die Anbringung einer Diffusionssperrschicht, falls eine solche zwischen der behandelten Oberflächenregion der Funktions schicht und dem Overlay vorzusehen ist.

Für die Herstellung von erfindungsgemäßem Schichtwerkstoff oder erfindungsgemäßen Schichtwerkstücken eignet sich ins besondere eine Vorrichtung, bei der mindestens eine Plasma flammendüse einer Trägervorrichtung für den zu behandelnden Schichtwerkstoff oder für zu behandelnde Schichtwerkstücke gegenübergestellt ist, wobei der Abstand der Plasmaflammen düse gegenüber der Trägervorrichtung einstellbar ist, wobei ferner bezüglich der relativen Wanderrichtung des Plasma flammenbrenners unmittelbar hinter diesem eine gegen die be handelte Oberfläche des auf die Trägervorrichtung aufgelegten Schichtwerkstoffs bzw. der dort aufgelegten Schichtwerkstücke gerichtete Kühlvorrichtung angeordnet ist. Mit der erfindungs gemäßen Vorrichtung wird erreicht, daß die zu behandelnde Oberflächenregion eines Schichtwerkstoffs oder von Schicht werkstücken genau nach einem vorher festgelegten Muster voll ständig der Einwirkung einer oder mehrerer Plasmaflammen unter zogen wird und der Abstand der Plasmaflammendüse von der Ober fläche des Werkstoffs bzw. der Werkstücke genau einstellbar ist, damit die Einwirkungsintensität und die Einwirkungstiefe der Plasmaflamme auf die Oberflächenregion des Werkstoffs bzw. der Werkstücke genau eingerichtet werden können, um einerseits optimale Aufschmelzbedingungen, gewünschte Aufschmelztiefe und optimale Kühlbedingungen für das erzeugte eng begrenzte Schmelzebad aufeinander abstimmbar sind. Dabei werden Be dingungen für sehr rasches Abkühlen durch die in Wanderrichtung auf den Plasmaflammenbrenner folgende Kühlvorrichtung sicher gestellt. Die Kühlvorrichtung kann dabei als Brause für flüssiges Kühlmittel ausgebildet sein, beispielsweise als Brause für flüssigen Stickstoff. Dabei kann die Kühlvorrich tung an der Oberseite mit einem Schirm versehen sein, der an seinem Umfangsrand zur Bildung eines Hohlraumes an die be handelte Oberfläche des Schichtwerkstoffs bzw. der Schicht werkstücke herangezogen ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist für die Behandlung von bandförmigem Schicht werkstoff eine Mehrzahl von Plasmaflammendüsen zu einem Plasmaflammenbrenner vereinigt, der als ein sich quer über das zu behandelnde Werkstoffband erstreckenden Balken aus gebildet ist. Dabei kann die Trägervorrichtung für den band förmigen Schichtwerkstoff zum fortlaufenden Transport des Werkstoffbandes unter dem balkenförmigen Plasmaflammenbrenner hindurch ausgebildet sein. Eine solche Trägervorrichtung ist dann auch bezüglich der Transportgeschwindigkeit des Werk stoffbandes einstellbar.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schema für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung in perspek tivischer Darstellung;

Fig. 2 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch in vertikalem Schnitt;

Fig. 3 einen schliffbildartigen Ausschnitt aus einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schicht werkstoffs und

Fig. 4 einen schliffbildartigen Ausschnitt aus einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffs.

Bei der in den Fig. 1 und 2 schematisch wiedergegebenen Vorrichtung 10 ist ein Plasmaflammenbrenner 11 vorgesehen, der eine Mehrzahl von Plasmaflammendüsen vorgesehen ist, von welchen in Fig. 2 nur eine Plasmaflammendüse 12 schematisch im Schnitt dargestellt ist. Im Beispiel der Fig. 1 und 2 handelt es sich um die Behandlung eines bandförmigen Schicht werkstoffs 30. Hierzu ist der Plasmaflammenbrenner 11 barken artig ausgebildet und erstreckt sich über die Breite des bandförmigen Schichtwerkstoffs 30. Wie in Fig. 1 angedeutet, enthält der Plasmaflammenbrenner 11 zwei Reihen auf Lücke an geordneten Plasmaflammendüsen. Dem Plasmaflammenbrenner wird das Brenngas über eine Leitung 13 zugeführt. Hinter dem Plasmaflammenbrenner 11 ist eine Kühlvorrichtung 14 ange ordnet, die ebenfalls in Art eines sich quer über den band förmigen Schichtwerkstoff erstreckenden Brausebalkens 15 ausgebildet ist. Diesem Brausebalken 15 wird Kühlmedium über die Leitung 16 zugeführt. Die durch die Kombination von Plasmaflammenbrenner 11 und Kühlvorrichtung 14 gebildete Vor richtung 10 wird im Sinne des Pfeiles 17 entlang des band förmigen Schichtwerkstoffs 10 geführt. Anstelle des band förmigen Schichtwerkstoffs 10 könnten auch Schichtwerkstücke, beispielsweise für die Herstellung von tribologischen Elementen wie Gleitlagerschalen, vorbereitete Platinen in einer Reihe angeordnet und mit der Vorrichtung 10 überfahren werden. Im Beispiel der Fig. 2 ist die Behandlungsvorrich tung 10 ortsfest angebracht, allerdings die Plasmaflammen düse 12 im Sinne des Doppelpfeiles 18 in ihrem Abstand 19 zu der freien Oberfläche des bandförmigen Schichtwerkstoffs 30 verstellbar ist. Der Schichtwerkstoff 30 ist in diesem Beispiel über freilaufende Stützrollen 20 und angetriebene Stützrollen 21 geführt, wobei in Fig. 2 jeweils nur eine freilaufende Stützrolle 20 und eine angetriebene Stützrolle 21 dargestellt sind. Den angetriebenen Stützrollen 21 gegen übergestellt sind Andrückrollen 22, so daß der bandförmige Schichtwerkstoff 30 im Sinne des Pfeiles 23 mit gleichbleiben der Geschwindigkeit v unter der Behandlungsvorrichtung 10 vorbeibewegt wird.

Die Plasmaflammendüse 12 weist in diesem Beispiel eine innere Elektrode 24 auf, die gegenüber dem eigentlichen Düsengehäuse 25 auf einem Hochfrequenzpotential liegt, so daß zwischen der inneren Elektrode 24 und dem Düsengehäuse 25 ein Hochfrequenz lichtbogen 26 aufrechterhalten wird. Im Sinne der Pfeile 27 wird Plasmagas durch die Plasmaflammendüse 12 und durch den Lichtbogen 26 hindurchgeführt und bildet somit die Plasma flamme 28. Wird auch der bandförmige Schichtwerkstoff 30 an Hochfrequenzpotential gelegt, so kann auch ein von der Elektrode 24 über das Düsengehäuse 25 auf den Schicht werkstoff 30 durchgezogener Lichtbogen aufrechterhalten werden.

Die Kühlvorrichtung 14 ist in diesem Beispiel ebenfalls als balkenförmige Kühlbrause 15 ausgebildet, der über die Leitung 16 das Kühlmedium zugeführt wird. Wie in Fig. 2 angedeutet, ist diese Kühlbrause 15 an der Oberseite mit einem Schirm 29 versehen, der an seinem Umfangsrand zur Bildung eines Hohlraumes an die behandelte Oberfläche des Schichtwerkstoffs 30 herangezogen ist. In diesem Beispiel kann die Kühlbrause 15 bevorzugt mit flüssigem Stickstoff beschickt werden. Durch die Anordnung einer solchen Kühl brause in der relativen Vorschubrichtung (Pfeil 17 in Fig. 1) der Behandlungsvorrichtung 10 bezüglich des zu behandeln den Schichtwerkstoffs 30 wird ein wirksames Abschrecken der mit der Plasmaflamme 28 aufgeschmolzenen kleinen Werkstoff menge und Einfrieren dieser Werkstoffmenge in verfeinerter Struktur erreicht. In den Beispielen der Fig. 1 und 2 weist der Schichtwerkstoff 30 eine Trägerschicht 31 aus Stahl und eine Funktionsschicht 32 aus schmelzbarer Disper sionslegierung oder schmelzbarem Gemenge von unterschied lichen Bestandteilen auf, wobei die Bestandteile der Disper sionslegierung bzw. des Gemenges zumindest in festem Zustand nicht oder nur in geringerer als vorhandener Menge ineinander löslich sind. An der Einwirkungsstelle der Plasmaflamme 28 auf die Oberfläche der Funktionsschicht 32 wird örtlich ein eng begrenztes Schmelzebad 33 aus Bestandteilen der Disper sionslegierung bzw. des Gemenges gebildet. Durch die Kühl brause 15 erfolgt dann ein augenblickliches Abkühlen und Erstarren dieses Schmelzebades 33. Dieses augenblickliche Abkühlen und Abschrecken hat zur Folge, daß ein erheblich verfeinertes Gefüge gebildet und der Werkstoff in diesem verfeinertem Gefüge "eingefroren" wird. Die fortlaufende relative Vorschubbewegung der Vorrichtung bezüglich des Schichtwerkstoffs 30 hat zur Folge, daß auf der freien Ober fläche des Schichtwerkstoffs eine Oberflächenregion 34 mit "eingefrorenem", verfeinertem Gefüge über der gesamten Ober fläche der Funktionsschicht 32 gebildet wird.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung und das mit ihr durchführbare Verfahren lassen sich bei Funktions schichten 32 unterschiedlichster Strukturen ausführen. Be vorzugt kann es zur Oberflächenvergütung von Funktions schichten aus Bleibronze oder Bleizinnbronze herangezogen werden. Es kommen jedoch auch die Oberflächenbehandlung von Funktionsschichten aus Aluminium/Zinn-Dispersionslegie rung und die Oberflächenbehandlung von Funktionsschichten aus Aluminium/Blei-Dispersionslegierungen in Betracht. Überhaupt kommen Oberflächenbehandlungen der angegebenen Art für Funktionsschichten 32 aus jeglichem schmelzbaren Werkstoff in Betracht. Im Rahmen des oben erläuterten Be handlungsverfahrens kann Hartteilchen-Injektion vorgenommen werden. Die Hartteilchen können eine Größe zwischen etwa 10 µm und 200 µm aufweisen. Sofern unschmelzbare oder schwer schmelzbare Hartteilchen einzuführen sind, kann dies direkt zusammen mit der Plasmaflamme 28 erfolgen, in dem diese Hartteilchen in das Plasmagas oder in Strömungsrichtung hinter der Plasmaflammendüse 12 in die Plasmaflamme 28 eingeführt werden. Will man Hartteilchen auf der Basis von Laves-Phasen in die Oberflächenregion 34 einführen, so kann dies auch mittels getrennter Injektoren vorgenommen werden, die solche Laves-Phasen-Hartteilchen zwischen dem Wirkungs bereich der Plasmaflamme 28 und der Kühlbrause 15 in das Schmelzebad 33 injizieren. Die Einwirkungstiefe der Plasma flamme und damit die Dicke der behandelten Oberflächenregion läßt sich durch Einstellen des Abstandes 19 der Plasmaflammen düse 12 von der Oberfläche des Schichtwerkstoffs 30 ein richten.

Beispiele für die Oberflächenvergütung von Funktions schichten aus Bleizinnbronze und Bleibronze sind aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich.

Im Beispiel der Fig. 3 ist der Schichtwerkstoff 30 für die Herstellung von tribologischen Elementen, bevorzugt Gleitlagern, gedacht. Der Schichtwerkstoff 30 hat eine Trägerschicht 31 und eine Funktionsschicht 32. Die Funktions schicht 32 besteht im dargestellten Beispiel aus Bleizinn bronze der Zusammensetzung 10 Gew.-% Blei, 10 Gew.-% Zinn, Rest Kupfer. Wie Fig. 3 zeigt, hat die Funktionsschicht 32 beim Erkalten und Verfestigen der Bleizinnbronze ein dentritisches Gefüge angenommen, das weitgehend durch Kupferkristallite beherrscht ist. An der Grenzfläche zwischen der aus Stahl bestehenden Trägerschicht 31 und der Funktionsschicht 32 ist eine Diffusionsbindung zwischen dem in Fig. 3 dunkel erscheinenden Kupferkristalliten und dem Stahl eingetreten. An ihrer freien Oberfläche hat die Funktionsschicht 32 eine Oberflächenbehandlung mit Plasma flamme erfahren, wie sie oben erläutert ist. Hierdurch wurde das dentritische Gefüge der Bleizinnbronze beseitigt und ein neues verfeinertes Gefüge geschaffen, das sich durch eine in der Zeichnung weiß erscheinende Matrix 34 und darin eingelagerten fein verteilten, ungelösten Teilchen 35 kennzeichnet. Bei der Oberflächenbehandlung wurde im dargestellten Beispiel zusätzlich eine Hartteilchen- Injektion mit Laves-Phasen vorgenommen, wobei diese Hart teilchen 36 wesentlich kleiner als die Dicke der behandel ten Oberflächenregion 33 sind, aber unvergleichlich größer als die fein verteilten Teilchen 35 der ungelösten Bestand teile. Die Matrix 34 und die in ihr fein verteilten unge lösten Bestandteile 35 sind in einer verfeinerten Struktur eingefroren, während die Hartteilchen 36 in diese einge frorene Struktur eingelagert sind.

Außer einer wesentlichen Verbesserung der Funktionseigen schaften, insbesondere der Gleiteigenschaften, bietet die durch Strukturumwandlung gebildete Oberflächenregion 33 in Zusammenwirken mit der Trägerschicht 31 ein wirksames Einkapseln des in der dentritischen Struktur verbliebenen Teiles der Funktionsschicht 32. Da in der Oberflächenregion 33 die Teilchen 35 aus Bleizinnlegierung praktisch dicht eingelagert sind, ist die Oberflächenregion 33 gegen Korrosion des Bleis praktisch unempfindlich, selbst wenn in Verbrennungskraftmaschinen hochadditivierte Öle oder gealterte Öle mit der Oberfläche der Funktionsschicht 32 in Berührung kommen. Bei herkömmlichen Funktionsschichten aus Bleibronzen oder Bleizinnbronzen tritt, durch hoch additivierte Öle und gealterte Öle selektive Korrosion an den zwischen den Kupferkristalliten bzw. den Dentriten sitzenden Bleiteilchen 1. Es kommt zu einem selektiven Herauslösen des Bleibestandteils, und das Kupferskelett bleibt übrig und neigt bei entsprechender Belastung zu sammenzubrechen. Diese Gefahr ist durch die Abkapselung des noch das dentritische Gefüge aufweisenden Teils der Funktionsschicht 32 zwischen der Oberflächenregion 33 mit umgewandelten Gefüge und der Trägerschicht 31 solange be hoben wie die Oberflächenregion 33 der Funktionsschicht 32 nicht abgerieben ist. Solcher Abrieb wird durch die eingelagerten Hartteilchen 36 erheblich verzögert.

Im Beispiel der Fig. 4 handelt es sich ebenfalls um einen Schichtwerkstoff 30, der für die Herstellung von tribolo gischen Elementen, insbesondere Gleitlagern, vorgesehen ist. Der Schichtwerkstoff 30 gemäß Fig. 4 hat eine Träger schicht 31 aus Stahl und eine Funktionsschicht bzw. Gleit schicht 32 aus Bleibronze, beispielsweise der Zusammen setzung CuPb22Sn. Hierbei ist das Zinn vollständig im Blei bestandteil gelöst und dient lediglich zur Herabsetzung der Korrosionsanfälligkeit des Bleibestandteils. Auch in diesem Beispiel weist die Bleibronze der Funktionsschicht 32 ein dentritisches Gefüge auf. Es besteht für diese Funktionsschicht 32 aus Bleibronze noch gegenüber einer Bleizinnbronze-Funktionsschicht erhöhte Korrosionsgefahr für die in die Kupfer-Dentriten eingelagerten Blei teilchen.

An der zunächst freien Oberfläche ist die Funktionsschicht 32 in einer Oberflächenregion 33 von beispielsweise 100 bis 200 µm Dicke in dem oben erläuterten Verfahren in ein Gefüge umgewandelt, bei dem der wesentliche Teil des im Kupfer ungelösten Bleibestandteils in Art von Fein teilchen in einer Matrix 34 verteilt ist, wobei nur wenige sehr kleine, etwas größere Bleiteilchen 37 verbleiben. Diese Oberflächenregion 33 ist mit dieser verfeinerten Struktur quasi "eingefroren".

Im Beispiel der Fig. 4 ist die Funktionsschicht 32 noch mit einem Overlay 38 überdeckt, der bei der Verwendung des Schichtwerkstoffs 30 zur Herstellung von Gleitlagern oder sonstigen tribologischen Elementen als Einlaufschicht dient. Dieser Overlay 38 kann nach Wahl aus Legierungen, wie PbSn, PbSnCu, SnSb, PbSnSb, PbIn bestehen und ist galvanisch aufgebracht. Zwischen der Oberfläche der Funktionsschicht 32 und dem Overlay 38 ist noch eine Diffusionssperrschicht 39 von etwa 5 µm Dicke angebracht. Diese Diffusionssperrschicht ist im dargestellten Beispiel galvanisch aus Nickelchrom-Legierung gebildet. Sie wurde vor dem Overlay 38 galvanisch auf der mit Plasmaflamme behandelten Oberfläche der Funktionsschicht 32 aufgebracht. Anschließend an die Diffusionssperrschicht 39 wurde dann das Overlay 38 galvanisch auf der Diffusionssperrschicht 39 angebracht. Die Dicke des Overlay kann zwischen 10 µm und 500 µm betragen, im vorliegenden Beispiel ist ein Over lay von etwa 200 µm Dicke vorgesehen. Außer der Bildung der Diffusionssperrschicht aus Nickelchrom-Legierung kommen auch Legierungen wie CuSn, CuZn, NiSn, NiCo oder Stoffe wie Co, Ti, Ni zur Bildung der Diffusionssperrschicht in Betracht.

Claims

1. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück mit einer auf einer Trägerschicht angebrachten Funktionsschicht, ins besondere Gleitschicht, mit der Struktur einer festen, aberschmelzbaren Dispersion mit einer Matrix und mindes tens einem in der Matrix dispergierten Bestandteil, der zumindest in festem Zustand im Werkstoff der Matrix un löslich oder nur in geringerer als vorhandener Menge löslich ist, oder mit der Struktur eines für tribolo gische Zwecke anwendbaren, in sich fest verbundenen, im wesentlichen schmelzbaren Gemenges von nicht oder nur in geringerer als vorhandener Menge ineinander lös lichen Bestandteilen, ggf. teilweise in kristallartige Form, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsschicht (32) an ihrer der Trägerschicht (31) abgewandten Seite eine dünne, durchgehend ge schlossene Oberflächenregion (33) aufweist, in der die Dispersion oder das Gemenge durch Schmelzen und rasches Abkühlen aus dem geschmolzenen Zustand eine gegenüber dem übrigen Teil der Funktionsschicht (32) verfeinerte Struktur mit feinteiliger Verteilung der nicht gelösten Bestandteile aufweist.

2. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine verfeinerte Struk tur aufweisende Oberflächenregion (33) der Funktions schicht eine Dicke zwischen 50 µm und 500 µm, vorzugsweise zwischen 50 µm und 250 µm aufweist.

3. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine ver feinerte Struktur aufweisende Oberflächenregion (33) der Funktionsschicht (32) im wesentlichen gleich mäßige Dicke aufweist.

4. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsschicht (32) aus einer Dispersion oder einem Gemenge mit Matrix oder tragendem Gemengebestandteil auf der Basis eines oder mehrerer der Metalle: Kupfer, Aluminium, Zink, Silber; und mindestens einem dispergierten oder in anderer Weise eingelagerten Be standteil auf der Basis eines oder mehrerer der folgen den Stoffe in Form feiner Teilchen gebildet ist: Blei, Zinn, Wismut, Indium, Nickel, Mangan, Silicium, Kohlenstoff (bevorzugt in Form von mit Metall wie Nickel Aluminium, Kupfer umhüllten Graphitteilchen), Molybdän disulfid (bevorzugt umhüllt), Bornitrid, für tribolo gische Zwecke anwendbare Kunststoffe wie beispiels weise Polyester, PTFE, PEK, PEEK.

5. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß den metallischen Bestandteilen der die Funktionsschicht bildenden Dispersion oder des Gemenges einer oder mehrere Zusätze der folgenden Gruppe von Stoffen in Gesamtmenge bis zu 2 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 0,5 Gew.-% zulegiert sind:
Li, Na, Ca, Ba, Bi, Si, P, As, Sb, S, Se, Te, Zn, Ti, Zr, Ce, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Si + Zr, Si + Zr + S.

6. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktions schicht (32) aus Bleibronze, vorzugsweise der Zusammen setzung CuPb22Sn oder Bleizinnbronze, gebildet ist.

7. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktions schicht (32) aus Aluminium/Zinn-Dispersionslegierung, beispielsweise AlSn6CuNi, AlSn4OCu, gebildet ist.

8. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktions schicht (32) aus Aluminium/Blei-Dispersionslegierung, beispielsweise AlPb8Si4SnCu, gebildet ist.

9. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die verfeinerte Struktur aufweisende Oberflächenregion (33) der Funktionsschicht (32) Hartteilchen der Größe zwischen etwa 10 µm und 100 µm, vorzugsweise zwischen 40 µm und 100 µm, nachträglich eingelagert sind.

10. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mit verfeinerter Struktur ausgebildeten Oberflächenregion (33) der Funktions schicht (32) nachträglich Hartteilchen aus der Gruppe von TiC, Glasmehl, Si₃N_4, WC, SiC, Al₂O₃ eingelagert sind.

11. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mit verfeinerter Struktur ausgebildeten Oberflächenregion (33) der Funktions schicht (32) Hartteilchen auf der Basis von Laves- Phasen (AB₂), vorzugsweise vom Typ MgCu₂ oder vom Typ MgZn_2, MgNi_2, nachträglich eingelagert sind, wobei das Radiusverhältnis der A-Atome und B-Atome dieser Laves- Phasen r _A/r _B = 1,225ist.

12. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsschicht an ihrer mit verfeinerter Struktur aus gebildeten Oberflächenregion (33) zusätzlich mit einem weichen metallischen Overlay (38) mit einer Dicke zwischen 10 µm und 500 µm, vorzugsweise 12 µm bis 24 µm, überdeckt ist.

13. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der Funktions schicht (32) als Gleitschicht der Overlay als Einlauf schicht ausgebildet ist.

14. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Overlay (38) eine galvanisch aufgebrachte Schicht aus einer der folgenden Legierungen ist:
PbSn, PbSnCu, SnSb, SbSnSb, PbZn.

15. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Overlay (38) und der Funktionsschicht (32) eine Diffusionssperrschicht (39) mit einer Dicke zwischen etwa 2 µm und 10 µm vorgesehen ist.

16. Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionssperr schicht aus einem der Stoffe CuSn, CuZn, NiSn, NiCr, NiCo, Co, Ti, Ni gebildet ist.

17. Verfahren zum Herstellen von Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstücken nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem die Funktionsschicht aus schmelzbarer Dispersion oder aus einem für tribologische Zwecke anwendbaren schmelzbaren Gemenge durch Aufgießen, Aufspritzen oder auf pulvermetallurgischem Wege auf der Trägerschicht gebildet und ggf. verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die feste, abgekühlte, aber an der Trägerschicht abge wandten Seite noch mit ihrer Oberfläche freiliegende Funktionsschicht in dieser freiliegenden Oberfläche in einem nach und nach über die gesamte Oberfläche be wegten, begrenzten Flächenbereich mittels mindestens einer Plasmaflamme bis zum Schmelzen der Dispersion oder des Gemisches in einer Oberflächenregion mit einer Tiefe von zwischen etwa 50 µm und 500 µm erhitzt und so fort wieder mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 10²K/s unter Verfestigen und Einfrieren der beim Auf schmelzen in der Oberflächenregion gebildeten ver feinerten Struktur abgekühlt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen der freiliegenden Oberflächenregion der Funktionsschicht mit Plasmaflamme an Luftatmosphäre durchgeführt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen der freiliegenden Oberflächenregion der Funktionsschicht mittels Inertgas, vorzugsweise Argon, umhüllter Plasmaflamme durchgeführt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen der freiliegenden Oberflächenregion der Funktionsschicht mittels Plasma flamme unter Anwendung von Argon als Plasmagas ausge führt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen der freiliegenden Oberflächenregion der Funktionsschicht mittels Plasma flamme unter Anwendung eines in der Plasmaflamme vom Plasmabrenner bis zur Oberfläche der Funktionsschicht durchgezogenen elektrischen Lichtbogens ausgeführt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß in die mit Plasmaflamme aufge schmolzene Oberflächenregion der Funktionsschicht feine Hartteilchen in der Größe zwischen etwa 10 µm und 100 µm, vorzugsweise 40 µm und 70 µm, injiziert werden.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die in die aufgeschmolzene Oberflächenregion zu injizieren den Hartteilchen in die Plasmaflamme selbst eingeführt werden.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, gekennzeichnet durch den Einsatz von Hartteilchen der Gruppe TiC, WC, SiC, Glasmehl, Si₃N_4, Al₂O₃ während des Aufschmelzens der freiliegenden Oberflächenregion der Funktionsschicht.

25. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, gekennzeichnet durch den Einsatz von Hartteilchen auf der Basis von Laves- Phasen des Typs AB_2, vorzugsweise mit Radius-Verhältnis der A-Atome und B-Atome r _A/r _B = 1,225,beispielsweise Laves-Phasen vom Typ MgCu₂ oder vom Typ MgZn₂, MgNi₂.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Plasmaflamme behandelte Oberfläche des Schichtwerkstoffs oder Schichtwerkstücks galvanisch mit einem Overlay versehen wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Laserstrahl behandelte Oberfläche der Funktionsschicht mit einer Diffusions sperrschicht beispielsweise aus einem der Stoffe CuSn, CuZn, NiSn, NiCr, NiCo, Co, Ti, Ni mit einer Dicke zwischen 2 µm und 10 µm belegt und auf diese Diffusions sperrschicht ein Overlay mit einer Dicke zwischen 10 µm und 500 µm galvanisch aufgebracht wird.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionssperrschicht galvanisch auf die mit Laser strahl behandelte Oberfläche der Funktionsschicht aufge bracht wird.

29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionssperrschicht durch Kathodenzerstäubung (Sputtering) oder Vakuumbedampfung aufgebracht wird, wobei die Temperatur an der mit Laserstrahl behandelten Oberfläche der Funktionsschicht unterhalb solcher Tempera tur gehalten wird, bei der Rekristallisierung im jeweiligen Werkstoff der Funktionsschicht in merklichem Umfang ein tritt.

30. Vorrichtung zum Herstellen von Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstücken nach einem der Ansprüche 1 bis 16 im Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Plasmaflammendüse (11) einer Trägervor richtung (20, 21) für den zu behandelnden Schichtwerkstoff (30) oder für zu behandelnde Schichtwerkstück gegenüber gestellt ist, wobei der Abstand der Plasmaflammendüse (11) gegenüber der Trägervorrichtung (20, 21) einstell bar ist, und daß bezüglich der relativen Wanderrichtung des Plasmaflammenbrenners unmittelbar hinter diesem eine gegen die behandelte Oberfläche des auf die Trägervor richtung (20, 21) aufgelegten Schichtwerkstoffs (30) bzw. der dort aufgelegten Schichtwerkstücke gerichtete Kühlvorrichtung (14) angeordnet ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung als Brause für flüssiges Kühlmedium ausgebildet ist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung als Brause für flüssigen Stick stoff ausgebildet und an der Oberseite mit einem Schirm versehen ist, der an seinem Umfangsrand zur Bildung eines Hohlraumes an die behandelte Oberfläche des Schichtwerkstoffs (30) bzw. der Schichtwerkstücke herangezogen ist.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmaflammendüse in einer zur wirksamen tragenenden Fläche der Trägervorrichtung parallelen Ebene in einem vorher festgelegten Muster verstellbar angebracht ist.

34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß für die Behandlung von bandförmigem Schichtwerkstoff eine Mehrzahl von Plasmaflammendüsen zu einem sich quer über das zu behandelnde Werkstoff band erstreckenden Balken vereinigt ist.

35. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägervorrichtung für den bandförmigen Schicht werkstoff zum fortlaufenden Transport des Werkstoff bandes unter dem Plasmaflammendüsen-Balken (11) hin durch ausgebildet ist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägervorrichtung bezüglich der Transport geschwindigkeit des Werkstoffbandes einstellbar ist.