DE4402046A1 - Process for coating copper materials - Google Patents
Process for coating copper materialsInfo
- Publication number
- DE4402046A1 DE4402046A1 DE4402046A DE4402046A DE4402046A1 DE 4402046 A1 DE4402046 A1 DE 4402046A1 DE 4402046 A DE4402046 A DE 4402046A DE 4402046 A DE4402046 A DE 4402046A DE 4402046 A1 DE4402046 A1 DE 4402046A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- protective layer
- layer
- copper material
- area
- workpiece
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
- C23C26/02—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00 applying molten material to the substrate
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten der Oberfläche von Kupferwerkstoffen mit einer Schutzschicht.The invention relates to a method for coating the Surface of copper materials with a protective layer.
Aus dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, zur Oberflächenveredelung von Kupferwerkstoffen zunächst die gewünschte Schicht durch beispielsweise thermisches Spritzen, galvanische Verfahren oder PVD-Verfahren aufzu tragen und nachher mit Laserstrahlung ein Umschmelzen oder ein Einschmelzlegieren durchzuführen, um ein festes Haften der Schicht auf dem Kupferwerkstoff zu erreichen und außerdem die Poren zu entfernen. Bei diesem Verfahren be stehen jedoch aufgrund der unterschiedlichen Benetzbarkeit der Beschichtung und des Kupferwerkstoffs sowie der unter schiedlichen Wärmeleitkoeffezienten große Probleme, so daß nur Einzelspuren umgeschmolzen werden können und keine durchgehende flächenhafte verschleißfeste Beschichtung erreichbar ist.For example, it is known from the prior art for the surface finishing of copper materials initially the desired layer by, for example, thermal Syringes, galvanic processes or PVD processes wear and then remelting with laser radiation or perform a smelting alloy to ensure firm adhesion to reach the layer on the copper material and also remove the pores. In this procedure be however due to the different wettability the coating and the copper material as well as the under different thermal conductivity coefficients big problems, so that only single tracks can be remelted and none continuous area-like wear-resistant coating is achievable.
Darüber hinaus ist ferner ein einstufiger Beschichtungs prozeß bekannt, bei welchem die Beschichtung in einem einzigen Verfahrensschritt direkt aufgebracht und mit Laserstrahlung aufgeschmolzen wird. Hierzu sind einerseits hohe Leistungen erforderlich und andererseits tritt damit ein Lasertiefschweißeffekt auf, welcher dazu führt, daß der Kupferwerkstoff bis in eine relativ große Tiefe erschmolzen wird und das erschmolzene Kupfer Teil der Schutzschicht wird, so daß die Härte der Schutzschicht nicht ausreichend ist.In addition, there is also a one-step coating known process in which the coating in one single process step applied directly and with Laser radiation is melted. On the one hand high performance is required and on the other hand occurs with it a laser deep welding effect, which leads to the fact that the copper material to a relatively great depth is melted and the melted copper is part of the Protective layer is so that the hardness of the protective layer is not sufficient.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren zum Versehen der Oberfläche von Kupferwerkstoff mit einer Schutzschicht derart zu verbessern, daß die Schutz schicht einerseits eine ausreichende Härte aufweist und außerdem auf großen Flächen flächendeckend auftragbar ist.The invention is therefore based on the object, a Ver drive to provide the surface of copper material to improve a protective layer so that the protection layer has sufficient hardness on the one hand and can also be applied over large areas.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kupferwerkstoff mit einer Deckschicht versehen wird und daß anschließend im Bereich einer Auftragfläche die Schutzschicht durch Zufuhr von Schutzschichtkomponenten und deren Aufschmelzen mit Laserstrahlung aufgetragen und durch ein im wesentlichen im Bereich der Auftragfläche erfolgendes Anschmelzen des Kupferwerkstoffs mit diesem verbunden wird.This task is initiated in a procedure described type according to the invention solved in that the Copper material is provided with a top layer and that then in the area of an order area Protective layer by supplying protective layer components and their melting with laser radiation and through an essentially in the area of the order area melting of the copper material with this is connected.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß durch das Versehen des Kupferwerkstoffs mit der Deckschicht dessen optische Eigenschaften für die Laser strahlung geändert werden, so daß einerseits mit der Laserstrahlung ein Aufschmelzen der Komponenten der Schutzschicht möglich ist, und andererseits aber auch ein Anschmelzen des Kupferwerkstoffs im Bereich der Auftrag fläche und somit eine innige Verbindung zwischen der Schutzschicht und dem Kupferwerkstoff, insbesondere mit einem metallurgischen Verbund zum Kupferwerkstoff, her stellbar ist. The advantage of the method according to the invention is there too see that by providing the copper material with the Cover layer whose optical properties for the laser radiation can be changed so that on the one hand with the Laser radiation is melting the components of the Protective layer is possible, but also a Melting the copper material in the area of the order surface and thus an intimate connection between the Protective layer and the copper material, especially with a metallurgical bond to the copper material is adjustable.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Deckschicht aus die Eigenschaften der Schutzschicht nicht beeinträch tigendem Material ist, da in diesem Fall ein Einbau des Materials der Deckschicht in die Schutzschicht keinerlei negative Auswirkungen auf deren Eigenschaften hat.It is particularly advantageous if the cover layer does not adversely affect the properties of the protective layer material, since in this case an installation of the Materials of the top layer in the protective layer none has negative effects on their properties.
Noch vorteilhafter ist es, wenn die Deckschicht aus für die mechanischen Eigenschaften der Schutzschicht inertem Material ist.It is even more advantageous if the cover layer is made of the mechanical properties of the protective layer are inert Material is.
Das Material der Deckschicht kann dabei entweder so ausge wählt sein, daß es unverändert in die Schutzschicht einge baut wird oder so, daß es beim Auftragen der Schutzschicht miterschmolzen wird.The material of the cover layer can either be so be chosen that it remains unchanged in the protective layer is built or so that it is when applying the protective layer is also melted.
In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn die Deckschicht Komponenten der Schutzschicht aufweist, so daß durch das Miterschmelzen der Deckschicht bereits Komponen ten der Schutzschicht in Form einer Schmelze vorliegen.In this case, it is particularly advantageous if the Cover layer components of the protective layer, so that due to the melting of the top layer already components th of the protective layer in the form of a melt.
Wie bereits erwähnt, dient die Deckschicht dazu, die Laserstrahlungsabsorption des Kupferwerkstoffs derart zu verändern, daß dieser die Laserstrahlung nicht mehr oder nur in geringem Maße reflektiert.As already mentioned, the top layer serves to Laser radiation absorption of the copper material in this way change that this no longer the laser radiation or reflected only to a small extent.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Deckschicht die Laserstrahlungsabsorption derart verändert, daß die Deck schicht und der Kupferwerkstoff im Bereich der Auftrag fläche gemeinsam erschmolzen werden. Dies hat den großen Vorteil, daß die Deckschicht als solche nicht separat vor dem Kupferwerkstoff erschmolzen wird und dadurch aufgrund unterschiedlicher Benetzungsverhältnisse die Deckschicht sich als Schmelze auf dem nichterschmolzenen Kupferwerk stoff zusammenzieht.It when the cover layer is particularly advantageous Laser radiation absorption changed so that the deck layer and the copper material in the area of the order surface melted together. This has the big one Advantage that the cover layer as such is not separate the copper material is melted and therefore due to different wetting conditions the top layer as a melt on the unmelted copper plant pulls fabric together.
Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Deckschicht ausreichend dünn ausgeführt ist, um gleichzeitig mit dem Kupferwerkstoff durch die Laserstrahlung erschmolzen zu werden.For this purpose it is preferably provided that the cover layer is made sufficiently thin to simultaneously with the Copper material melted due to the laser radiation will.
Vorzugsweise ist die Deckschicht so ausgebildet, daß sie eine thermische Spritzschicht ist und einer thermischen Spritzschicht im erfindungsgemäßen Sinne wird beispiels weise eine Flammspritzschicht oder eine Plasmaspritz schicht oder eine Vakuumspritzschicht oder eine Hoch geschwindigkeits-Flammspritzschicht oder eine ähnliche Schicht verstanden.The cover layer is preferably designed such that it is a thermal spray layer and a thermal Spray layer in the sense of the invention is for example as a flame spray layer or a plasma spray layer or a vacuum spray layer or a high speed flame spray coating or the like Layer understood.
Derartige Schichten lassen sich in einfacher Weise und kostengünstig aufbringen und stellen somit eine vorteil hafte Vorbehandlung des erfindungsgemäß verwendeten Kupferwerkstoffs dar.Such layers can be easily and apply inexpensively and thus represent an advantage adhesive pretreatment of the invention Copper material.
Im erfindungsgemäßen Sinne wird als Auftragfläche dieje nige Fläche verstanden, in welcher ein Auftrag der Schutz schicht erfolgt. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß die Auftragfläche hinsichtlich ihrer Ausdehnung im wesent lichen der Ausdehnung eines sich aus den erschmolzenen Schutzschichtkomponenten bildenden Schmelzbadbereichs beim Auftragen der Schutzschicht entspricht.In the sense of the invention, the job area is that some area understood, in which an order of protection layer takes place. It is preferably provided that the order area in terms of its extent lichen the expansion of one from the melted Protective layer components forming the melt pool area at Applying the protective layer corresponds.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren dabei so durchgeführt, daß nebeneinanderliegende Auftragflächen sich überlappen. The method according to the invention is preferably so carried out that adjacent application areas overlap.
Insbesondere ist vorgesehen, daß nebeneinanderliegende Auftragflächen eine Beschichtungsspur bilden. In diesem Fall ist insbesondere vorgesehen, daß eine Breite der Beschichtungsspur einer Dimension der Auftragfläche quer zu ihrer Spurlängsrichtung entspricht.In particular, it is provided that adjacent Application areas form a coating trace. In this In particular, it is provided that a width of Coating trace of one dimension of the application area across corresponds to their longitudinal direction.
Bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lösung wurde beschrieben, daß der Kupferwerkstoff im Bereich der Auftragfläche angeschmolzen wird. Vorzugsweise ist vorge sehen, daß der Kupferwerkstoff im Bereich der Auftrag fläche über eine bestimmte Tiefe als dünne Schicht miter schmolzen wird. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß der Kupferwerkstoff mindestens über eine Tiefe von 10 bis 50 µm miterschmolzen wird.Already in connection with the solution according to the invention it was described that the copper material in the area of Application area is melted. Preferably is pre see that the copper material in the area of the order surface over a certain depth as a thin layer will melt. It is preferably provided that the Copper material at least over a depth of 10 to 50 µm is melted together.
Um eine besonders vorteilhafte Verankerung der Schutz schicht in dem Kupferwerkstoff zu erreichen, ist vorge sehen, daß der Kupferwerkstoff in einem Teilbereich der Auftragfläche durch den Tiefschweißeffekt erschmolzen wird. In diesem Fall erstreckt sich die Schutzschicht in diesem Bereich tief in den Kupferwerkstoff hinein und ist in diesem somit formschlüssig über eine Nase verankert.For a particularly advantageous anchoring of protection to achieve the layer in the copper material is pre-selected see that the copper material in a portion of the Application area melted due to the deep welding effect becomes. In this case, the protective layer extends into this area deep into the copper material and is thus positively anchored in the nose.
Hinsichtlich der Art der Schutzschichten wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So ist vorzugsweise vorge sehen, daß die Schutzschicht aus Legierungen gebildet wird, die eine oder mehrere der Komponenten Nickel, Kobalt oder Eisen umfassen.So far, regarding the type of protective layers no details given. So is preferably pre see that the protective layer is formed from alloys which is one or more of the components nickel, cobalt or include iron.
Vorzugsweise ist ebenfalls vorgesehen, daß die Deckschicht eine Schicht ist, die eine oder mehrere der Komponenten Nickel, Kobalt oder Eisen umfaßt. It is also preferably provided that the cover layer is a layer that is one or more of the components Nickel, cobalt or iron.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Kupferwerkstoff zum Auftragen der Schutzschicht vorgewärmt wird, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen ungefähr 100°C und ungefähr 500°C.It is particularly advantageous if the copper material for Applying the protective layer is preheated, preferably to a temperature between about 100 ° C and about 500 ° C.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Werkstück aus einem mit einer Schutzschicht versehenen Kupferwerkstoff, welcher erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kupferwerkstoff im Bereich der Überdeckung durch die Schutzschicht oberflächlich angeschmolzen ist und daß die Schutzschicht aus mehreren nebeneinanderliegenden Beschichtungsspuren gebildet ist.In addition, the invention relates to a workpiece a copper material provided with a protective layer, which is characterized according to the invention in that the copper material in the area of coverage by the Protective layer is melted on the surface and that the Protective layer consisting of several side by side Coating traces is formed.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Schutzschicht in einen Teilbereich ihrer Überdeckung des Werkstücks mit einer Nase formschlüssig in dem Kupferwerkstoff verankert ist.It is particularly advantageous if the protective layer in a part of their coverage of the workpiece with anchored positively in the copper material is.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegen stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichne rischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens und einer erfindungsgemäßen Schutzschicht.Further features and advantages of the invention are opposed stood the following description and the drawing rical representation of an embodiment of a inventive method and an inventive Protective layer.
In der Zeichnung zeigen:The drawing shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ver fahrensschritts zum Aufbringen einer Deckschicht; Figure 1 is a schematic representation of a first process step Ver for applying a cover layer.
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ver fahrensschritts zum Aufbringen der Schutzschicht; Figure 2 is a schematic representation of a second process step for applying the protective layer Ver.
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungs beispiel einer Spur einer Schutzschicht quer zur Bewegungsrichtung beim Aufbringen derselben; Fig. 3 shows a cross section through a first execution example a track of a protective layer transversely to the direction during the application thereof;
Fig. 4 einen Querschnitt, in Ansicht ähnlich Fig. 3, durch mehrere, nebeneinanderliegende Spuren von Schutzschichten gemäß dem ersten Ausführungs beispiel; Figure 4 shows a cross section, in a view similar to Figure 3, through several adjacent traces of protective layers according to the first embodiment, for example.
Fig. 5 eine exemplarische Darstellung der Oberflächen härte bei der Schutzschicht gemäß Fig. 4; Fig. 5 is an exemplary representation of the surface hardness in accordance with the protective layer, Fig. 4;
Fig. 6 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungs beispiel einer Spur einer Schutzschicht quer zur Bewegungsrichtung beim Aufbringen derselben ähn lich Fig. 3 und Fig. 6 shows a cross section through a second embodiment example of a trace of a protective layer transverse to the direction of movement when applying the same Lich Fig. 3 and
Fig. 7 einen Querschnitt durch mehrere nebeneinander liegende Spuren von Schutzschichten gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und ähnlich Fig. 4. Fig. 7 shows a cross section through a plurality of adjacent tracks of protective layers according to the second embodiment and similar to FIG. 4.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wird, wie in Fig. 1 dargestellt, in einem ersten Verfahrensschritt ein Werkstück 10 auf einer Ober fläche 12 mit einer auf dieser aufgetragenen Deckschicht 14 versehen.In one embodiment of a method according to the invention, as shown in FIG. 1, in a first method step, a workpiece 10 is provided on a surface 12 with a cover layer 14 applied thereon.
Dies erfolgt vorzugsweise in einer konventionellen Beschichtungsanlage 16, in welcher thermische Spritz schichten erzeugbar sind, wobei die Beschichtungsanlage 16 als konventionelle Beschichtungsanlage zum Erzeugen von Flammspritzschichten oder Plasmaspritzschichten oder Vakuumspritzschichten oder auch Hochgeschwindigkeits- Spritzschichten ausgebildet ist.This is preferably done in a conventional coating system 16 in which thermal spray layers can be produced, the coating system 16 being designed as a conventional coating system for producing flame spray layers or plasma spray layers or vacuum spray layers or else high-speed spray layers.
Vorzugsweise weist die Deckschicht 14 eine Dicke von 100 bis 500 µm auf.The cover layer 14 preferably has a thickness of 100 to 500 μm.
Das Werkstück aus einem Kupferwerkstoff ist vorzugsweise aus reinem Kupfer oder Kupferlegierungen, wobei es sich bei diesem Werkstück 10 um jede Art von Bauteil aus Kupfer handeln kann. Beispielsweise sind derartige Bauteile Kokillen oder Walzen für die Stahlindustrie, bei denen es einerseits auf die hohe Wärmeleitfähigkeit des Kupfers ankommt, und andererseits die Oberfläche 12 des Werkstücks 10 geschützt werden muß.The workpiece made of a copper material is preferably made of pure copper or copper alloys, wherein this workpiece 10 can be any type of component made of copper. For example, components of this type are molds or rollers for the steel industry, in which the high thermal conductivity of the copper is important and on the other hand the surface 12 of the workpiece 10 must be protected.
Nach dem Versehen der Oberfläche 12 des Werkstücks 10 mit der Deckschicht 14 erfolgt das Aufbringen einer Schutz schicht 18 für die Oberfläche 12 des Werkstücks 10 in ei ner Laserbeschichtungsanlage 20, welche einen eine Laser strahlung 22 erzeugenden Hochleistungslaser 24 aufweist und einen Bearbeitungskopf 26 mit einer Fokussieroptik 28, welche die aus dem Hochleistungslaser 24 kommende Laser strahlung 22 auf einen Brennfleck 30 abbildet. Durch die Laserstrahlung 22 wird im Bereich des Brennflecks 30 ein Schmelzbad 32 erzeugt, in welchem alle Komponenten der späteren Schutzschicht 18 erschmolzen werden und aus wel chem die Schutzschicht 18 sich durch Abkühlen abscheidet, wobei das Schmelzbad 32 in einer Bewegungsrichtung 34 pa rallel zur Oberfläche 12 des Werkstücks 10 wandert und dem Schmelzbad 32 über einen als Ganzes mit 36 bezeichneten Beschichtungsmodul die einzelnen Komponenten der Schutz schicht 18 im wesentlichen in Form eines Pulverstrahls 38 zugeführt werden, wobei dieser Pulverstrahl 38 noch von einem Schutzgasmantel umgeben ist. Hierzu ist zusätzlich noch ein den Beschichtungsmodul 36 versorgendes Pulver fördersystem 40 vorgesehen.After the surface 12 of the workpiece 10 has been provided with the cover layer 14 , a protective layer 18 is applied to the surface 12 of the workpiece 10 in a laser coating system 20 , which has a high-power laser 24 generating a laser radiation 22 and a processing head 26 with a focusing lens 28 , which maps the laser radiation 22 coming from the high-power laser 24 onto a focal spot 30 . By the laser radiation 22 of the focal spot is in the region 30 produces a molten bath 32, in which all components of the later protective layer melted 18 and separates from wel chem the protective layer 18 by cooling, the molten bath 32 in a direction of movement 34 pa rallel to the surface 12 of the workpiece 10 migrates and the melt pool 32 via a coating module designated as a whole as 36 , the individual components of the protective layer 18 are supplied essentially in the form of a powder jet 38 , this powder jet 38 still being surrounded by an inert gas jacket. For this purpose, a powder conveyor system 40 supplying the coating module 36 is additionally provided.
Bei der auf das Werkstück 10 aufgetragenen Schutzschicht 18 handelt es sich beispielsweise um eine Nickelbasis legierung, es können aber auch andere Legierungen als Schutzschicht herangezogen werden, beispielsweise Legie rungen auf der Basis von Kobalt oder Eisen.The protective layer 18 applied to the workpiece 10 is, for example, a nickel-based alloy, but other alloys can also be used as a protective layer, for example alloys based on cobalt or iron.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer derartigen, in Form einer sogenannten Spur 42 aufgebrachten Schutzschicht 18 ist in Fig. 3 dargestellt, wobei beiderseits eines Randes der Spur 42, gekennzeichnet durch die Linien 44 und 46, noch die Deckschicht 14 zu erkennen ist. Ferner ist zu erkennen, daß im Bereich einer Breite B der Spur 42 nicht nur die Deckschicht 14 aufgeschmolzen und in die Schutz schicht 18 übergegangen ist, sondern zusätzlich im Bereich einer Tiefe T unterhalb der Oberfläche 12 der Kupferwerk stoff des Werkstücks 10 selbst miterschmolzen wurde, und somit ein Teil des Kupfers ebenfalls in das Schmelzbad 32 Eingang gefunden hat. Durch dieses Miterschmelzen des Materials des Werkstücks 10 im Bereich der Tiefe T unter halb der Oberfläche 12 wird eine feste Haftung der Schutz schicht 18 auf dem Werkstück 10 erzeugt, so daß ein Abplatzen der Schutzschicht 18, welches aus dem Stand der Technik bekannt ist, nicht mehr erfolgen kann.A first exemplary embodiment of such a protective layer 18 applied in the form of a so-called trace 42 is shown in FIG. 3, the cover layer 14 still being recognizable on both sides of an edge of the trace 42 , identified by lines 44 and 46 . Furthermore, it can be seen that in the area of a width B of the track 42 not only the cover layer 14 has melted and has passed into the protective layer 18 , but also in the area of a depth T below the surface 12 of the copper material of the workpiece 10 itself has been melted, and thus part of the copper has also found its way into the weld pool 32 . This co-melting of the material of the workpiece 10 in the region of the depth T below half the surface 12 creates a firm adhesion of the protective layer 18 on the workpiece 10 , so that the protective layer 18 does not flake off, which is known from the prior art more can be done.
Darüber hinaus ist vorzugsweise der Brennfleck 30 so aus gebildet, daß in einem schmalen mittigen Bereich S der Spur 42 ein Tiefschweißeffekt der Laserstrahlung 22 eintritt und somit in diesem Bereich S das Material des Werkstücks 10 noch tiefer, und zwar bis zu einer Tiefe TN, erschmolzen wird, und sich die erstarrte Schutzschicht 18 mit einer Nase 48 tief in das Werkstück 10 hineinerstreckt und somit mit dieser Nase 48 noch zusätzlich formschlüssig in dem Werkstück 10 verankert ist.In addition, the focal spot 30 is preferably formed in such a way that a deep welding effect of the laser radiation 22 occurs in a narrow central area S of the track 42 and thus in this area S the material of the workpiece 10 is melted even deeper, to a depth TN is, and the solidified protective layer 18 extends with a nose 48 deep into the workpiece 10 and is thus additionally positively anchored in the workpiece 10 with this nose 48 .
Durch überlappendes Legen derartiger einzelner Spuren 42, ist, wie in Fig. 4 dargestellt, eine flächenhafte Beschichtung des Werkstücks 10 über eine beliebige Breite möglich, wobei jede Spur 42 mit einer eigenen Nase 48 in dem Werkstück 10 verankert ist und somit die insgesamt entstehende Schutzschicht 18 ebenfalls mehrfach über die Nasen 48 in dem Werkstück 10 verankert ist.By overlapping such individual tracks 42 , as shown in FIG. 4, a surface coating of the workpiece 10 over any width is possible, each track 42 being anchored in the workpiece 10 with its own nose 48 and thus the overall protective layer that is formed 18 is also anchored several times via the lugs 48 in the workpiece 10 .
Die Eigenschaften eines mit einer derartigen Schutzschicht 18 versehenen Werkstücks 10, beispielsweise dessen Härte eigenschaften, sind exemplarisch in Fig. 5 dargestellt. Dabei ist erkennbar, daß die Schutzschicht 18 parallel zur Oberfläche eine im wesentlichen konstante Härte aufweist, während im Abstand von einer Oberfläche der Schutzschicht 18 aus gesehen bis in die Tiefe des Werkstücks 10 hinein verlaufend die Härte ungefähr konstant bleibt, und zwar über die Dicke D der Schutzschicht 18, und dann auf die Härte des Materials des Werkstücks 10 selbst, d. h. also des Kupferwerkstoffs, übergeht.The properties of a workpiece 10 provided with such a protective layer 18 , for example its hardness properties, are shown by way of example in FIG. 5. It can be seen that the protective layer 18 has an essentially constant hardness parallel to the surface, while at a distance from a surface of the protective layer 18 the hardness remains approximately constant down to the depth of the workpiece 10 , specifically over the thickness D. the protective layer 18 , and then to the hardness of the material of the workpiece 10 itself, that is to say the copper material.
Ferner ist bei einer derartigen Schutzschicht 18, abge sehen von der Nase 48, das Werkstück 10 in eine Tiefe unterhalb der ursprünglichen Oberfläche von ungefähr 10 bis 50 µm erschmolzen. Dieses Material des Werkstücks 10 ist in der Schutzschicht 18 aufgegangen. Durch dieses Erschmelzen des Werkstücks 10 in einer geringen Tiefe unterhalb der Oberfläche 12, ist bereits eine innige Ver bindung zwischen der Schutzschicht 18 und dem Werkstück 10 herstellbar.Furthermore, with such a protective layer 18 , seen from the nose 48 , the workpiece 10 has melted to a depth below the original surface of approximately 10 to 50 μm. This material of the workpiece 10 has been absorbed in the protective layer 18 . By melting the workpiece 10 at a shallow depth below the surface 12 , an intimate connection between the protective layer 18 and the workpiece 10 can already be produced.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel einer in Form einer Spur 42′ aufgebrachten Schutzschicht 18′ ist, wie in Fig. 6 dargestellt, ebenfalls noch beiderseits eines Randes der Spur 42, gekennzeichnet durch die Linien 44 und 46, die Deckschicht 14 zu erkennen und ferner ist ebenfalls im Bereich einer Breite B der Spur 42′ nicht nur die Deck schicht 14 aufgeschmolzen und in die Schutzschicht 18′ ebenfalls übergegangen, sondern zusätzlich ebenfalls im Bereich der Tiefe T unterhalb der Oberfläche 12 der Kupferwerkstoff des Werkstücks 10 miterschmolzen, um einen metallurgischen Verbund mit dem Kupferwerkstoff des Werk stücks 10 herzustellen.In a second embodiment of a protective layer 18 'applied in the form of a trace 42 ' is, as shown in Fig. 6, also on both sides of an edge of the trace 42 , characterized by lines 44 and 46 , the cover layer 14 can be seen and is also also in the area of a width B of the track 42 'not only melted the cover layer 14 and also into the protective layer 18 ', but also also melted in the area T below the surface 12 of the copper material of the workpiece 10 to form a metallurgical bond with the Manufacture copper material of workpiece 10 .
Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel fehlt je doch die Ausbildung der Nase 48 mittels des Tiefschweiß effekts, so daß die Schicht 18′ lediglich mit dem aufge schmolzenen Bereich mit der Tiefe T und dem sich dabei bildenden metallurgischen Verbund auf dem Werkstück 10 fest haftet und ein Abplatzen der Schutzschicht 18′ nicht mehr erfolgen kann.In contrast to the first embodiment, the formation of the nose 48 is missing by means of the deep welding effect, so that the layer 18 'only adheres firmly to the workpiece 10 with the melted area with the depth T and the resulting metallurgical composite on the workpiece 10 The protective layer 18 'can no longer flake off.
Mit der Schutzschicht 18′ gemäß dem zweiten Ausführungs beispiel lassen sich ebenfalls, wie in Fig. 7 dargestellt, mehrere Spuren 42′ überlappend nebeneinanderlegen, so daß diese eine durchgängige großflächige Schutzschicht 18′ auf dem Werkstück 10 bilden, welche ebenfalls lediglich über den metallurgischen Verbund, gebildet durch das Miter schmelzen des Kupferwerkstoffs des Werkstücks 10 im Be reich der Tiefe T auf dem Werkstück 10 haftet, ohne daß die Ausbildung der Nasen 48 erforderlich ist.With the protective layer 18 'according to the second embodiment example can also, as shown in Fig. 7, several tracks 42 ' overlapping next to each other, so that they form a continuous large-scale protective layer 18 'on the workpiece 10 , which also only via the metallurgical composite , formed by the Miter melting of the copper material of the workpiece 10 in the loading area T adheres to the workpiece 10 without the formation of the lugs 48 is required.
Im übrigen ist das zweite Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Schutzschicht 18′ genauso ausgebildet wie das erste Ausführungsbeispiel, so daß bezüglich weiterer Merk male vollinhaltlich auf das erste Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann.For the rest, the second embodiment of the protective layer 18 according to the invention is formed in exactly the same way as the first embodiment, so that full reference can be made to the first embodiment with regard to further features.
Sowohl beim ersten als auch beim zweiten Ausführungs beispiel der erfindungsgemäßen Schutzschicht können fol gende Kupferwerkstoffe Verwendung finden.Both in the first and in the second execution example of the protective layer according to the invention can fol copper materials are used.
reines Kupfer
- sauerstoffhaltig (für E-Technik) z. B. E-Cu 58 (DIN 1787)
- sauerstofffrei (für Apparatebau) z. B. SF-Cu (DIN 1787)
niedriglegierte Kupferwerkstoffe
(Konzentration der Legierungselemente < 1%, Rest Cu)
- aushärtbare Knetlegierung z. B. CuCrZr (DIN 17666)
- nicht aushärtbare Knetlegierung z. B. CuTeP (DIN 17666)
- aushärtbare Gußlegierung z. B. G-CuCr (DIN 17655)
Kupfer-Zink-Legierung (DIN 17660)
- ohne weitere Legierungselemente (5 - 40% Zn, Rest Cu)
- mit Blei (0,5-3% Pb, ca. 40% Zn, Rest Cu)
- mit weiteren Legierungselementen (Al, Mn, Sn, Fe, Ni,
Pb, As)
Kupfer-Zinn-Legierung (DIN 17662)
(2-5% Sn, bis 0,4% P, Rest Cu)
Kupfer-Nickel-Legierung (DIN 17664)
(9,5-44% Ni, Sn, Fe, Mn, Rest Cu)
Kupfer-Aluminium-Legierung (DIN 17665)
(5-11% Al, As, Fe, Mn, Ni, Rest Cu)pure copper
- Contains oxygen (for electrical engineering) z. B. E-Cu 58 (DIN 1787)
- oxygen-free (for apparatus construction) e.g. B. SF-Cu (DIN 1787)
low-alloy copper materials
(Concentration of alloying elements <1%, balance Cu)
- hardenable wrought alloy z. B. CuCrZr (DIN 17666)
- not hardenable wrought alloy z. B. CuTeP (DIN 17666)
- hardenable casting alloy z. B. G-CuCr (DIN 17655)
Copper-zinc alloy (DIN 17660)
- without further alloying elements ( 5 - 40% Zn, rest Cu)
- with lead (0.5-3% Pb, approx. 40% Zn, rest Cu)
- with other alloying elements (Al, Mn, Sn, Fe, Ni, Pb, As)
Copper-tin alloy (DIN 17662)
(2-5% Sn, up to 0.4% P, balance Cu)
Copper-nickel alloy (DIN 17664)
(9.5-44% Ni, Sn, Fe, Mn, balance Cu)
Copper-aluminum alloy (DIN 17665)
(5-11% Al, As, Fe, Mn, Ni, rest Cu)
Ferner kommt vorzugsweise eine Deckschicht mit einer Dicke von 100 bis 500 µm, aufgebracht als thermische Schutz schicht zum Einsatz, für die folgende Legierungen Verwen dung finden können:Furthermore, there is preferably a cover layer with a thickness from 100 to 500 µm, applied as thermal protection layer used for the following alloys can find:
Nickel-Basis-Legierung
Cr 5 bis 25 Gew.%
B 2 bis 4 Gew.%
Si 2 bis 4 Gew.%
W 0 bis 15 Gew.%
C 0 bis 6 Gew.%
Mo 0 bis 5 Gew.%
Ti 0 bis 2 Gew.%
Rest NiNickel based alloy
Cr 5 to 25% by weight
B 2 to 4% by weight
Si 2 to 4% by weight
W 0 to 15% by weight
C 0 to 6% by weight
Mo 0 to 5% by weight
Ti 0 to 2% by weight
Rest Ni
Eisenbasislegierung
Cr 5 bis 25 Gew.%
B 2 bis 4 Gew.%
Si 2 bis 4 Gew.%
W 0 bis 15 Gew.%
C 0 bis 6 Gew.%
Mo 0 bis 5 Gew.%
Ti 0 bis 2 Gew.%
Rest FeIron-based alloy
Cr 5 to 25% by weight
B 2 to 4% by weight
Si 2 to 4% by weight
W 0 to 15% by weight
C 0 to 6% by weight
Mo 0 to 5% by weight
Ti 0 to 2% by weight
Rest of Fe
Kobalt-Basis-Legierung
Cr 5 bis 25 Gew.%
B 2 bis 4 Gew.%
Si 2 bis 4 Gew.%
W 0 bis 15 Gew.%
C 0 bis 6 Gew.%
Mo 0 bis 5 Gew.%
Ti 0 bis 2 Gew.%
Rest CoCobalt-based alloy
Cr 5 to 25% by weight
B 2 to 4% by weight
Si 2 to 4% by weight
W 0 to 15% by weight
C 0 to 6% by weight
Mo 0 to 5% by weight
Ti 0 to 2% by weight
Rest co
Die Schutzschicht wird vorzugsweise ebenfalls mit einer Dicke von 100 bis 300 µm aufgebracht, wobei vorzugsweise ebenfalls die Nickelbasislegierung oder die Kobaltbasis legierung oder die Eisenbasislegierung wie vorstehend angegeben, Verwendung finden.The protective layer is preferably also covered with a Thickness of 100 to 300 microns applied, preferably also the nickel base alloy or the cobalt base alloy or the iron base alloy as above specified, find use.
Claims (17)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4402046A DE4402046A1 (en) | 1994-01-25 | 1994-01-25 | Process for coating copper materials |
| AT95100952T ATE181970T1 (en) | 1994-01-25 | 1995-01-25 | METHOD FOR COATING COPPER MATERIALS |
| EP95100952A EP0664349B1 (en) | 1994-01-25 | 1995-01-25 | Process for coating copper-based materials |
| DE59506320T DE59506320D1 (en) | 1994-01-25 | 1995-01-25 | Process for coating copper materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4402046A DE4402046A1 (en) | 1994-01-25 | 1994-01-25 | Process for coating copper materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4402046A1 true DE4402046A1 (en) | 1995-07-27 |
Family
ID=6508607
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE4402046A Ceased DE4402046A1 (en) | 1994-01-25 | 1994-01-25 | Process for coating copper materials |
| DE59506320T Expired - Fee Related DE59506320D1 (en) | 1994-01-25 | 1995-01-25 | Process for coating copper materials |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE59506320T Expired - Fee Related DE59506320D1 (en) | 1994-01-25 | 1995-01-25 | Process for coating copper materials |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0664349B1 (en) |
| AT (1) | ATE181970T1 (en) |
| DE (2) | DE4402046A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007002806A1 (en) | 2007-01-18 | 2008-07-24 | Sms Demag Ag | Mold with coating |
| DE102022125429A1 (en) | 2022-09-30 | 2024-04-04 | Dmg Mori Ultrasonic Lasertec Gmbh | METHOD FOR ADDITIVE MANUFACTURING OF A COMPONENT WITH A CORE MADE OF PURE COPPER OR A COPPER ALLOY |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE59710348D1 (en) * | 1997-11-06 | 2003-07-31 | Sulzer Markets & Technology Ag | Method for producing a ceramic layer on a metallic base material |
| CN110343965B (en) * | 2019-07-31 | 2020-03-13 | 广东华域重工有限公司 | High-strength deformed steel and preparation method thereof |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3415050A1 (en) * | 1984-04-21 | 1985-10-31 | Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte AG, 3000 Hannover | METHOD FOR PRODUCING A CONTINUOUS CASTING CHILL WITH A WEAR-RESISTANT LAYER |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4401726A (en) * | 1974-01-07 | 1983-08-30 | Avco Everett Research Laboratory, Inc. | Metal surface modification |
| US4015100A (en) * | 1974-01-07 | 1977-03-29 | Avco Everett Research Laboratory, Inc. | Surface modification |
| DE3209604A1 (en) * | 1982-03-17 | 1983-09-29 | Messer Griesheim Gmbh, 6000 Frankfurt | Process for producing composite materials, in particular for compound bearings |
| JPS6227561A (en) * | 1985-07-27 | 1987-02-05 | Mishima Kosan Co Ltd | Method for increasing adhesion of spray coated layer to copper or iron alloy substrate |
| JPS62250185A (en) * | 1986-04-22 | 1987-10-31 | Mitsubishi Electric Corp | Method for coating noble metal on copper member |
| JPS62253778A (en) * | 1986-04-25 | 1987-11-05 | Mitsubishi Electric Corp | Method for cladding noble metal to copper member |
| JPS62253777A (en) * | 1986-04-25 | 1987-11-05 | Mitsubishi Electric Corp | Method for cladding noble metal to copper member |
| JPS63241154A (en) * | 1987-03-30 | 1988-10-06 | Toshiba Corp | Laser heat treatment for thermally sprayed film |
| EP0595802B1 (en) * | 1990-03-19 | 1997-07-23 | Duroc Ab | Method for working surfaces on metals |
-
1994
- 1994-01-25 DE DE4402046A patent/DE4402046A1/en not_active Ceased
-
1995
- 1995-01-25 EP EP95100952A patent/EP0664349B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-01-25 DE DE59506320T patent/DE59506320D1/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-01-25 AT AT95100952T patent/ATE181970T1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3415050A1 (en) * | 1984-04-21 | 1985-10-31 | Kabel- und Metallwerke Gutehoffnungshütte AG, 3000 Hannover | METHOD FOR PRODUCING A CONTINUOUS CASTING CHILL WITH A WEAR-RESISTANT LAYER |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007002806A1 (en) | 2007-01-18 | 2008-07-24 | Sms Demag Ag | Mold with coating |
| DE102022125429A1 (en) | 2022-09-30 | 2024-04-04 | Dmg Mori Ultrasonic Lasertec Gmbh | METHOD FOR ADDITIVE MANUFACTURING OF A COMPONENT WITH A CORE MADE OF PURE COPPER OR A COPPER ALLOY |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0664349B1 (en) | 1999-07-07 |
| DE59506320D1 (en) | 1999-08-12 |
| ATE181970T1 (en) | 1999-07-15 |
| EP0664349A1 (en) | 1995-07-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE19506768B4 (en) | Laser beam processing method and laser beam machine | |
| EP0189806B2 (en) | Method of butt welding at least one-side zinc-coated, especially deep-drawable steel sheets or steel bands | |
| DE102012007114B3 (en) | A method of forming a coating or three-dimensional structural elements on substrate surfaces formed with TiAl by laser cladding | |
| DE2124455B2 (en) | PROCESS FOR CRACK-FREE ELECTRON BEAM WELDING AT LEAST TWO HEAT-RESISTANT COMPONENTS | |
| DE3023215A1 (en) | METHOD FOR METALLURGICALLY CONNECTING METALLIC BODIES WITH DIFFERENT MELTING POINTS | |
| DE102008006624B4 (en) | Method for joining coated steel substrates | |
| WO2008009670A1 (en) | Method for the creation of a soldered joint or a diffusion seal | |
| DE102019111665A1 (en) | PRE-TREATMENT OF WELDING FLANGES TO REDUCE THE FORMATION OF CRACKS FOR LIQUID METAL EMBEDDING IN RESISTANT WELDING OF GALVANIZED STEELS | |
| DE10017453A1 (en) | Prodn. of welded or soldered joint between steel and aluminium material using additional material so that steel material previously at least in region of connection to be produced is provided with coating | |
| EP0664349B1 (en) | Process for coating copper-based materials | |
| DE102016014970B4 (en) | Process for laser beam soldering of at least two hot-dip coated components or metal sheets | |
| DE3740916A1 (en) | Screw with wear-protection layer for plastics processing machines, and method of applying the protection layer | |
| DE19650258A1 (en) | Locally modifying material properties | |
| DE2656203C2 (en) | ||
| CH682307A5 (en) | ||
| DE3813860A1 (en) | Method of welding together (joining) parts of composite materials | |
| DE3347048C2 (en) | Method for producing a boron-containing surface layer on a metallic base material by build-up welding and additional material provided for it | |
| DE3209604A1 (en) | Process for producing composite materials, in particular for compound bearings | |
| EP1214458B1 (en) | Method for producing massive-amorphous layers on massive metallic shaped bodies | |
| DE102017201872A1 (en) | Method for the thermal joining of a component assembly and component assembly | |
| DE4124976A1 (en) | Butt welding metal foil - by precoating seam area with flux to prevent oxide film formation | |
| WO1994007642A1 (en) | Process and device for producing a bond between a metal component consisting mainly of iron and a non-ferrous metal component | |
| DE10257173B4 (en) | Method for applying solder material, use of a system for laser-assisted direct metal deposition therefor and contact surfaces with solder deposits | |
| DE10203010A1 (en) | Method and device for producing a weld or solder seam | |
| DE2537115A1 (en) | Electron beam welding of chromium-molybdenum steel - having high oxygen content with re-melting of each weld projecting weld bead |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DEUTSCHE FORSCHUNGSANSTALT FUER LUFT- UND RAUMFAHR |
|
| 8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: GRIESSBACH UND KOLLEGEN, 70182 STUTTGART |
|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DEUTSCHES ZENTRUM FUER LUFT- UND RAUMFAHRT E.V., 5 |
|
| 8131 | Rejection |