EP0404819A1 - Schichtwerkstoff oder schichtwerkstück mit einer auf einer trägerschicht angebrachten funktionsschicht, insbesondere gleitschicht mit der struktur einer festen, aber schmelzbaren dispersion - Google Patents

Schichtwerkstoff oder schichtwerkstück mit einer auf einer trägerschicht angebrachten funktionsschicht, insbesondere gleitschicht mit der struktur einer festen, aber schmelzbaren dispersion

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EP0404819A1
EP0404819A1 EP89904009A EP89904009A EP0404819A1 EP 0404819 A1 EP0404819 A1 EP 0404819A1 EP 89904009 A EP89904009 A EP 89904009A EP 89904009 A EP89904009 A EP 89904009A EP 0404819 A1 EP0404819 A1 EP 0404819A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
functional layer
laser beam
dispersion
schiehwerkwerkstoff
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.)
Withdrawn
Application number
EP89904009A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Erich Dr. Hodes
Ulrich Dr. Engel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
Original Assignee
Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH filed Critical Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
Publication of EP0404819A1 publication Critical patent/EP0404819A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • Layered material or layered workpiece with a functional layer applied to a carrier layer in particular a sliding layer with the structure of a solid but meltable dispersion
  • the invention relates to a layered material or a layered workpiece with a functional layer, in particular a sliding layer, applied to a carrier layer, with the structure of a solid but fusible dispersion with a matrix and at least one constituent dispersed in the matrix, which is at least in the solid state in the material of the matrix is insoluble or only soluble in less than the amount present, or with the structure of an inherently bonded, essentially fusible mixture of constituents which can be used for tribological purposes and consists essentially of components which are insoluble or only less than the amount present, if appropriate partially in crystalline form.
  • Composite plain bearings are preferred as layer materials or layer workpieces of this type, in which the sliding layer representing the functional layer is composed of dispersion alloy, in particular lead bronze or aluminum / tin dispersion alloy or aluminum / lead dispersion alloy, and is primarily attached to steel on a carrier layer forming the back of the bearing .
  • dispersion alloy in particular lead bronze or aluminum / tin dispersion alloy or aluminum / lead dispersion alloy
  • composite bearing of laminar material steel / lead bronze because of the high dynamic belast ⁇ are bility and good run-in and run-flat the lead bronze. Due to the complete insolubility of the two metals in one another in the solid state, there is practically a mechanical mixture of copper and lead in a functional layer made of lead bronze, which mixture is produced from the homogeneous melt in the course of a large solidification interval.
  • the steel / lead bronze layered materials which are customary today in the strip casting process on steel are limited to lead contents of up to about 22% by weight of the lead bronze.
  • the manufacturing difficulties for copper / lead alloys with lead contents within the miscibility gap, ie lead contents between 40% and 50% by weight, are so great that such alloys have so far been of no practical importance.
  • the bond between the steel girder and the lead bronze infusion was established by a firm metallic bond between the copper crystals 1 te ⁇ , which solidified primarily from the melt, and the steel girder.
  • the formation of such copper crystallites can be used, which is achieved in practice by the measure that the steel for pouring the lead bronze is brought to a temperature of approx. 1100 ° C. which enables the diffusion bond between steel and copper crystallites and is kept at this temperature.
  • the structure of the lead bronze functional layer which is heterogeneous due to copper crystallites and lead excretions causes considerable functional disadvantages compared to a homogeneous functional layer structure.
  • EP 130 175 A2 and EP 130 176 A2 it is also known to form areas of different hardness in the tread in the case of plain bearings in that limited zones of the tread receive heat treatment by means of a laser beam or electron beam and are melted or remelted in the process .
  • the primary aim is to achieve different hardnesses by melting other alloys or other alloy components.
  • the object of the invention is by contrast, coating material or layer ⁇ workpieces of the initially stated type such significantly to verbes ⁇ fibers, on the one hand a secure bond - is between the carrier layer and the functional layer gecryptr ⁇ makes, - v / hen materially possible Diffu ⁇ sion bond while the functional layer on its surface performing the function is to be equipped with a structure which should have significantly improved functional properties compared to functional layers with a heterogeneous structure.
  • the functional layer has on its side facing away from the carrier layer a thin, layer-like, continuously closed surface region in which the dispersion or the mixture is frozen in a quasi amorphous state by melting and extremely rapid cooling from the molten state with a fine globular distribution of the constituents.
  • the invention is based on the knowledge that a functional layer, in particular a sliding layer, is determined in its various functional properties by different layer areas.
  • the ability of the functional layer to bind to a carrier layer is determined by the structure of the functional layer in the vicinity of the carrier layer.
  • the ability of a good layer cohesion, layer toughness and pressure absorption ability of the layer are determined by the structure in the middle layer area, while the friction behavior, fatigue strength and similar properties are determined by the structure in a relatively thin surface area of the functional layer.
  • the pressure absorption capacity, the toughness and the internal cohesion of the functional layer are advantageously influenced by the heterogeneous structure, possibly including crystallized particles.
  • the heterogeneous structure possibly including crystallized particles.
  • a combination of a heterogeneous, possibly partially crystallized state of the functional layer in its lower part and a quasi-amorphous state in a thin surface area is created.
  • This combination of two continuously closed areas of substantially different structure enables the functional layer to be adapted to practically any desired range of properties.
  • the thickness ratio of the layer part with a heterogeneous structure to the layer part with an amorphous structure, as well as the degree of amorphous state and possibly additional variation of the layer part with an amorphous state can be used as parameters as a result of inclusions.
  • the surface region of the functional layer which has a fine globular distribution of the constituents in a quasi amorphous state, can have a thickness of between 20 ⁇ m and 500 ⁇ m, preferably between 50 ⁇ m and 100 ⁇ m. In general, it is preferable to use the fine globular distribution to provide the surface region of the functional layer of the components in a quasi amorphous state with an essentially uniform thickness.
  • the surface region of the functional layer which has the fine globular distribution of the components in a quasi-amorphous state, can of course also have a thickness that varies over the surface.
  • the sliding layer forming the functional layer can have a surface region with a fine globular distribution of the component of greater thickness in the main load area than in the areas with less load.
  • the functional layer can consist of a dispersion or a mixture with a matrix or a supporting mixture component based on one or more of the metals: copper, aluminum, zinc, silver; and at least one dispersed or otherwise incorporated component based on one or more of the following substances in the form of fine particles: lead, tin, bismuth, indium, nickel, manganese, silicon and carbon (preferably in the form of graphite particles coated with metal such as nickel, aluminum, copper), molybdenum disulfide (preferably coated with metal such as nickel, aluminum, copper), boron nitride, plastics which can be used for tribological purposes such as polyester, PTFE, PEK, PEEK.
  • the metallic constituents of the dispersion or the mixture forming the functional layer can contain one or more additives from the following group of substances in a total amount of up to 2% by weight, preferably up to 0.5% by weight, alloyed: 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.
  • additives are known to bring about a structural refinement.
  • Festge ⁇ has been assumed that the influence of cooling conditions to the influence of such additives is predominant.
  • the additives mentioned have the advantage that, in the case of a structural change in the surface region of the functional layer by melting and extremely rapid cooling from the molten state, the achievement of a fine globular distribution of the undissolved constituents and the achievement of a frozen component quasi amorphous state can be relieved and made safe.
  • the functional layer which in such a case is the sliding layer, can preferably be formed from lead bronze, preferably of the composition CuPb22Sn, or lead bronze.
  • the invention can be used particularly advantageously in the case of such functional layers or sliding layers made of lead bronze, because the dentritic structure of the lead bronze is eliminated by melting and immediate rapid cooling in a thin, continuously closed surface region and the lead bronze in a finely globular distribution of the lead particle particles is frozen in a quasi amorphous state.
  • This lead bronze, frozen in a quasi-amorphous state offers excellent sliding properties, especially compared to tribological partners made of steel.
  • the abrasion resistance may layers in the functional layer forming sliding or friction bearing be improved and adapted to the respective type of tribological partner, for example crankshafts made of steel and the like, produced in the molding process.
  • the functional layer on its surface region formed with a globular distribution of the constituents in a quasi-amorphous state can initially be covered with a blowing metallic overlay with a thickness between 10 ⁇ m and 50 ⁇ m.
  • this overlay can be designed as an inlay layer.
  • a galvanically applied layer can be used as an overlay, made of one of the following alloys: PbSn, PbSnCu, SnSb, PbSnSb, Pbln.
  • a method is applicable for the manufacture of multilayer material according to the invention or Schichtwerk Kunststoffe ⁇ modern fiction, ⁇ , wherein the Funkti ⁇ ons slaughter from meltable dispersion or from a compressed for tribological purposes applicable meltable mixture by pouring, spraying or formed by powder metallurgy on the carrier layer and possibly becomes.
  • moving even with its surface exposed Fu ⁇ technischs für on this exposed surface in a gradually over the entire surface, point-like narrowmony ⁇ Scheme by at least one laser ⁇ beam the solid, cooled, but on the side opposite the backing layer side or laser beam until the dispersion or the melting
  • cooling rate of at least 10 K / s are cooled with solidification.
  • the surface of the functional layer formed by pouring on, spraying on or by powder metallurgy and having a heterogeneous structure of one type or another is scanned with a high-power laser.
  • the high-power laser With the high-power laser, an extremely steep temperature gradient between the very small heated and melted material volume of the narrowly delimited punctiform surface area and the remaining layer material is produced in each case in a punctiform, narrowly delimited area under a very high heating rate (up to 10 K / s).
  • the exposed surface of the can Fu ⁇ technischs ⁇ layer before the treatment with laser beam with a reflection-reducing coating ⁇ min are provided.
  • the exposed surface of the functional layer can be coated with a suspension of graphite or molybdenum disulfide before treatment with a laser beam.
  • the exposed surface of the functional layer can also be provided with a dark gray phosphate layer or oxidized before treatment with a laser beam.
  • the coating material or the layered workpiece can forth during the treatment with the laser beam from the support layer side
  • the area treated with laser beam can also ⁇ upper surface for cooling with cold gas, if necessary, with an admixture of powdered sublimating refrigerant, are blown or coated.
  • the method according to the invention can be combined with the measure of particle injection.
  • fine hard particles of a size between approximately 10 ⁇ m and approximately 100 ⁇ m, preferably between 20 ⁇ m and approximately 50 ⁇ m, can be injected, preferably blown, into the punctiform melt pool formed with the laser beam in the surface region to be treated, as part of the method according to the invention.
  • the hard particles introduced into the punctiform molten pool are evenly distributed without melt in this small melted amount of material.
  • Hard particles from the group TiC, WC, SiC, A1 ⁇ 0> come into consideration for the particle injection.
  • Particle injection using hard particles based on Laves phases (ABp), preferably with a radius ratio of the A atoms and B atoms: r./r R 1.225, for example Laves phases from Type MgCu "or type MgZn", MgNi ? ,
  • the injection of hard particles based on Laves phases has proven to be extremely effective, particularly for the treatment of bearing materials and bearing workpieces.
  • a device is particularly suitable in which a laser beam tube is attached to a coordinate guide device and the layered material or the layered workpiece with its surface to be treated faces the laser beam tube the coordinate guide device is held.
  • the coordinate guide device should be coordinated with respect to the relative movement it generates between the laser beam tube and the layer material or layer workpiece in such a way that the laser beam with a predetermined speed and in a predetermined pattern and with complete brushing over the treating surface of the layered material or layered piece is moved.
  • an excimer laser beam tube krypton fluoride, xeium chloride
  • gas lasers e.g. He-Ne lasers
  • solid-state lasers and semiconductor lasers can be used in the context of the invention.
  • FIG. 1 shows a diagram for the inventive method and the device according OF INVENTION ⁇ dung in Perspecti ischer representation
  • FIG. 3 shows a micrograph-like section from another embodiment of the layered material according to the invention.
  • a laser beam tube 11 for example a Co ⁇ laser beam tube, is provided, which is attached with its operating device 12 to a coordinate guide device 13.
  • the layer material 20 to be treated has a carrier layer 21 and a functional layer 22.
  • the layer material 20 is placed on a fixed support device 14, under which the movable coordinate guide device 13 extends in the example shown.
  • the support device 14 contains a cooling device, so that the layer material 20 is cooled from the surface of the carrier layer 21 placed on the support device 14.
  • the laser beam 11 her hearde from the laser beam tube 15 is focused in such a way that on the exposed surface of the functional layer 22 ⁇ a focal spot is formed sixteenth
  • gas for example argon or nitrogen
  • this cooling gas can be admixed with subliming coolant, for example dry ice, as a fine powder.
  • subliming coolant for example dry ice
  • the laser beam tube 11 can be moved with respect to the layer material 20 or the layer workpiece in such a way that the focal spot 16 along a meandering path 19 the free surface of the layer material 20 or layer workpiece is moved.
  • a small amount of the material of the functional layer is successively melted in the surface region 23 of the functional layer 22 and immediately immediately cooled down again extremely quickly, it being possible to selectively effect particles.
  • FIG. 1 merely shows a diagram; instead of the flat part of a layer material 20 shown, a curved or otherwise uneven workpiece could also be treated.
  • the support device 14 would have to be designed accordingly and, instead of the coordinate guide device 13 in a planar movable guide device, a coordinate guide device controlling the desired movement of the burning spot 16 in a curved or otherwise uneven surface would be provided.
  • the laser beam tube 11 can between for power density of the laser beam
  • the laser beam 15 has a duration of action on the wide spot 16
  • the exposed surface of the functional layer 22 can be coated with a suspension of graphite or molybdenum disulfide before treatment with a laser beam. It is also possible to provide the exposed surface of the functional layer with a dark gray phosphate layer or to oxidize this surface prior to treatment with a bearing beam.
  • the melting depth in the focal spot 16 is determined by the power density of the laser beam 15 and the feed speed of the focal spot 16 on the surface of the layer material 20 or layer workpiece.
  • the melting depth can be set between 20 ⁇ m and 500 ⁇ m, preferably between 50 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the set melting depth then corresponds to the thickness of the surface region 23 with the converted structure.
  • the device shown in FIG. 1 and the method which can be carried out with it can be carried out in the case of functional layers 22 of a wide variety of structures. It can preferably be used for the surface coating of functional layers made of lead bronze.
  • the surface treatment of functional layers made of aluminum / tin dispersion alloys and the surface treatment of functional layers made of aluminum / lead dispersion alloys also come into consideration. In general, surface treatments of the type specified are suitable for functional layers 22 made of any type of meltable material.
  • hard particles with a size between approximately 10 ⁇ m and 200 ⁇ m are considered, preferably hard particles with a size between approximately 20 and 50 ⁇ m.
  • the hard particles can be taken from the group of TiC, WC, glass powder, SiN, SiC, Al O or hard particles based on Laves phases.
  • the layer material 20 is intended for the production of tribological elements, preferably plain bearings.
  • the layer material 20 has a carrier layer 21 and a functional layer 22.
  • the functional layer 22 consists of lead tin bronze, the composition 10% by weight lead, 10% by weight tin, the rest copper.
  • the functional layer 22 assumed a dentritic structure when the lead tin bronze cooled and solidified, which structure is largely controlled by copper crystallites.
  • a diffusion bond has occurred between the copper crystals which appear dark in FIG. 2 and the steel.
  • the functional layer 22 On its free surface, the functional layer 22 has undergone a surface treatment with a laser beam, as explained above.
  • the dentritic structure of the lead bronze was thereby eliminated and a new structure was created which is characterized by a matrix 24 which appears white in the drawing and embedded globular, finely distributed undissolved particles 25 therein.
  • a hard particle injection was additionally carried out during the surface treatment, the hard particles 26 being substantially smaller than the thickness of the treated surface region 23, but incomparably larger than the globular fine particles 25 of the undissolved constituents.
  • the matrix 24 and the undissolved constituents 25 distributed in it globally are frozen in a quasi-amorphous state, while the hard particles 26 are embedded in this environment, which is frozen in a quasi-amorphous state.
  • the surface region 23 formed by the structural change, in cooperation with the carrier layer 21, provides an effective encapsulation of the part of the functional layer 22 that remains in the dendritic structure. Since there are no noteworthy features in the surface region 23 Lead particles are more contained, the surface region 23 is practically insensitive to corrosion of the lead, even if highly additive oils or aged oils come into contact with the surface of the functional layer in internal combustion engines. In conventional functional layers made of lead bronze or lead tin bronze, selective corrosion occurs on the between the copper crystals due to highly additive oils and aged oils or the lead particles, which are seated in the center.
  • the lead component is selectively removed, and the copper skeleton remains and tends to break down when subjected to a corresponding load. This danger is eliminated by encapsulating that part of the functional layer 22 which still has the dendritic structure between the surface region 23 with the converted structure and carrier layer 21 as long as the surface region 23 of the functional layer 22 has not been rubbed off. Such abrasion is considerably delayed by the embedded hard particles 26.
  • the layer material 20 which is provided for the production of tribological properties, in particular plain bearings.
  • the layer material 20 according to FIG. 3 has a carrier layer 21 made of steel and a functional layer or sliding layer 22 made of lead bronze, for example of the composition CuPb22S ⁇ .
  • the tin is completely dissolved in the lead component and only serves to reduce the susceptibility to corrosion of the lead component.
  • the lead bronze of the functional layer 22 has a dentritic structure. There is an increased risk of corrosion for this functional layer 22 made of lead bronze compared to a lead tin bronze functional layer for the lead particles embedded in the copper dentrites.
  • the functional layer 22 in a surface region 23, for example 50 to 100 ⁇ m thick, has been converted into a structure in the method explained above, in which the substantial part of the lead component which is insoluble in copper is finely globally distributed in a matrix 24 is, with only a few, very small, larger lead particles 27 remaining.
  • This surface region 23 is frozen with this finely globular distribution of the lead in the copper in a quasi amorphous state.
  • the functional layer 22 is also covered with the overlay 28 which, when the layer material 20 is used to produce slide bearings or other tribological elements, serves as the run-in layer.
  • This overlay 28 can be made of alloys such as. PbSn, PbS ⁇ Cu, SnSb, PbSnSb, Pbln exist and is applied galvanically.
  • sio ⁇ ssperr für 29 of about 5 microns thick attached.
  • This diffusion barrier layer 29 is galvanically formed from nickel-chromium alloy in the example shown. Before the overlay 28, it was applied galvanically to the surface of the functional layer 22 treated with a laser beam.
  • the overlay 28 was then applied galvanically to the diffusion barrier layer 29.
  • the thickness of the overlay can be between 10 ⁇ m and 500 ⁇ m, in the present example an overlay of approximately 150 ⁇ m thickness is provided.
  • the diffusion barrier layer made of nickel-chromium alloy, CuSn, CuZn, NiSn, NiCo, Co, Ti, Ni can also be used to form the diffusion barrier layer.

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Description

Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück mit einer auf einer Trägerschicht angebrachten Funktionsschicht, insbesondere Gleitschicht mit der Struktur einer festen, aber schmelzbaren Dispersion
Die Erfindung betrifft einen Schichtwerkstoff oder ein Schichtwerkstück mit einer auf einer Trägerschicht angebrachten Funktionsschicht, insbesondere Gleitschicht, mit der Struktur einer festen, aber schmelzbaren Dispersion mit einer Matrix und mindestens einem in der Matrix dispergierten Bestand¬ teil 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 tribologisehe Zwecke anwendbaren, in sich fest verbundenen, im wesentlichen schmelzbaren Gemenges von nicht oder nur in geringerer als vorhandener Menge ineinander löslichen Bestandteilen, ggf. teilweise in kristallartiger Form.
Als Schichtwerkstoffe oder Schichtwerkstücke dieser Art kommen bevorzugt Verbundgleitlager in Betracht, bei denen die Funktionsschicht darstellende Gleitschicht aus Dispersionslegierung insbesondere Bleibronze oder Alumini¬ um/Zinn-Dispersionslegierung oder Aluminium/Blei-Di spersionslegierung besteht und auf einer den Lagerrücken bildenden Trägerschicht vornehmlich aus Stahl angebracht ist. Von besonderer Bedeutung sind dabei Verbundlager aus Schichtwerkstoff Stahl/Bleibronze wegen der hohen dynamischen Belast¬ barkeit und der guten Einlauf- und Notlaufeigenschaften der Bleibronze. Aufgrund der völligen Unlösl chkeit der beiden Metalle ineinander in festem Zustand ist in einer Funktionsschicht aus Bleibronze praktisch ein mechani¬ sches Gemenge von Kupfer und Blei vorhanden, das aus der homogenen Schmelze im Zuge eines großen Erstarrungsintervalls entsteht. Die heute üblichen, im Bandbegießverfahren auf Stahl hergestellten Stahl/Bleibronze Schichtwerk¬ stoffe beschränken sich auf Bleigehalte bis etwa 22 Gew.-% der Bleibronze. Die Herstellungsschwierigkeiten für Kupfer/Blei-Legierungen mit Bleigehal¬ ten 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 Stahlträger und dem Bleibronzeaufguß erfolgte durch eine feste metallische Bindung zwischen den primär aus der Schmelze erstarrenden Kupferkri stal 1 teπ und dem Stahlträ¬ ger. Es muß deshalb im Interesse einer guten Bindung zwischen dem Stahlträ- ger und der Bleibronzeschicht die Bildung solcher Kupferkristallite heran¬ gezogen werden, was in der Praxis durch die Maßnahme erreicht wird, daß der Stahl zum Aufgießen der Bleibronze auf eine die Diffusionsbindung zwischen Stahl und Kupferkristalliten ermöglichende Temperatur von ca. 1100°C ge¬ bracht und auf dieser Temperatur gehalten wird. Andererseits bedingt die durch Kupferkristallite und Bleiausscheidungeπ heterogene Struktur der Bleibronze-Funktionsschicht erhebliche funktionelle Nachteile gegenüber einer homogenen Funktioπsschicht-Struktur. Vergleichbare Verhältnisse bestehen auch bei die Funktioπsschicht darstellenden Gleitschichten aus Aluminium/Zinn-Dispersioπslegierungen und Aluminium/Blei Dispersionslegie¬ rungen sowie allen denkbaren Funktioπsschichteπ 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 löslichen Bestandteilen.
Aus DE-OS 29 37 108 ist bereits ein Verfahren zur Vergütung von Gleitlegie¬ rungen, insbesondere Gleitlagerlegierungen bekannt, bei welchem die Gleit¬ legierung durch einen oder mehrere stark konzentrierte Energie- oder Hitze¬ strahlen einer örtlich fortschreitenden, punktförmigen Schmelzung unterzo¬ gen werden soll, wobei durch das Fortschreiten der dem Energie- oder Hitze¬ strahl unterworfenen punktförmigen Fläche und die im Werkstoff der Funkti¬ onsschicht vorhandene Wärmeableitung ein plötzliches Abkühlen der Schmelze bewirkt werden soll. Jedoch soll in diesem bekannten Verfahren die eine heterogene WerkstoffStruktur aufweisende Funktionsschicht in den punktför¬ migen Bereichen auf ihre gesamte Dicke aufgeschmolzen werden. Die dabei zugeführte Wärmemenge ist jedoch so groß, daß das beabsichtigte plötzliche Abkühlen - nicht zuletzt im Hinblick auf die beim erneuten Erstarren wieder frei werdende latente Schmelzwärme - doch noch so langsam ist, daß es erneut zur Ausbildung einer heterogenen Struktur kommt, die bestenfalls etwas gegenüber der ursprünglichen Struktur verfeinert ist. Eine wesentli¬ che Verbesserung der fuπktionellen Eigenschaften von Gleitschichten aus Dispersioπslegieruπgeπ und sonstigen für tribologische Zwecke anwendbaren Gemischen läßt sich auf diese Weise nicht erreichen-. Bei Funktioπsschichten aus Bleibronze kommt noch hinzu, daß durch das örtliche Aufschmelzen der Fuπktionsschicht auf ihre gesamte Dicke auch die erwünschte Diffusionsbin- duπg beseitigt oder zumindest wesentlich verschlechtert wird. Aus EP 130 175 A2 und EP 130 176 A2 ist es auch bekannt, bei Gleitlagern Bereiche unterschiedlicher Härte in der Lauffläche dadurch zu bilden, daß begrenzte Zonen der Lauffläche einer Wärmebehandlung durch einen Laser¬ strahl oder Elektronenstrahl erhalten und dabei angeschmolzen oder umge¬ schmolzen werden. Dabei ist jedoch in erster Linie daran gedacht, unter¬ schiedliche Härte durch das Einschmelzen anderer Legierungen oder anderer Legierungsbestandteile zu erreichen.
Schließlich ist aus DE-OS 36 36 641 und EP 212 938 A2 bekannt, Gleitschich¬ ten auf einem bandförmigen Träger, beispielsweise einem Stahlträger, da¬ durch zu bilden, daß zunächst die Legierungsbestandteile in Pulverform auf den Träger aufgebracht werden. Das Pulver wird dann unter Anwendung eines in einem vorherbestimmten Muster über die Pulverschicht geführten Laser¬ strahls fortschreitend örtlich aufgeschmolzen. Es ist zwar möglich, bei in dieser Weise hergestellten Gleitschichten aus Dispersionslegieruπg feinere Struktur zu erzielen als bei aufgegossenen Funktionsschichten aus Dispersi¬ onslegierung. Jedoch lassen sich auch auf diese Weise nicht Funktionseigen¬ schaften einstellen, die mit denjenigen einer quasi homogenen Funktions¬ schicht vergleichbar sind. Außerdem kann durch das fortschreitende Auf¬ schmelzen von vorher aufgestreutem Pulver in einem punktförmigen Bereich nicht die erwünschte Diffusioπsbindung zwischen der Trägerschicht und der Funktionsschicht erreicht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, Schichtwerkstoff oder Schicht¬ werkstücke der eingangs angegebenen Art dahingehend wesentlich zu verbes¬ sern, daß einerseits eine sichere Bindung - v/enn stofflich möglich, Diffu¬ sionsbindung - zwischen der Trägerschicht und der Funktionsschicht gewähr¬ leistet ist, während die Funktionsschicht an ihrer die Funktion ausübenden Oberfläche mit einer Struktur ausgestattet werden soll, die gegenüber Funktionsschichten mit heterogener Struktur wesentlich verbesserte Funkti- onseigenschafteπ aufweisen soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Funktionsschicht an ihrer der Trägerschicht abgewaπdten Seite eine dünne, schichtförmig durchgehend geschlossene Oberflächenregion aufweist, in der die Dispersion oder das Gemenge durch Schmelzen und extrem rasches Abkühlen aus dem ge¬ schmolzenen Zustand mit feiner globularer Verteilung der Bestandteile in einem quasi amorphen Zustand eingefroren ist.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine Funktionsschicht, insbesondere Gleitschicht, in ihren diversen Funktionseigenschaften durch unterschiedliche Schichtbereiche bestimmt wird. So wird die Binduπgsfähig- keit der Funktionsschicht an eine Trägerschicht durch die Struktur der Funktionsschicht in Nachbarschaft der Trägerschicht bestimmt. Die Fähig¬ keit eines guten Schichtzusammenhaltes, Schichtzähigkeit und Druckaufnahme¬ fähigkeit der Schicht werden durch die Struktur im mittleren Schichtbereich bestimmt, während das Reibungsverhalten, Ermüdungsfestigkeit und ähnliche Eigenschaften durch die Struktur in einem relativ dünnen Oberflächeπbereich der Funktionsschicht bestimmt werden. Durch die erfinduπgsgemäße Überfüh¬ rung der zunächst heterogenen Struktur in eine quasi amorphe Struktur nur in einem dünnen Oberflächenbereich der Funktionsschicht, werden die für die Bindung vorteilhaften Eigenschaften einer heterogenen Struktur optimal ausgenutzt. Desgleichen werden auch die Druckaufnahmefähigkeit, die Zähig¬ keit und der innere Zusammenhalt der Fuπktionsschicht durch die heterogene Struktur ggf. unter Einschließung von kristallisierten Teilchen vorteilhaft beeinflußt. Gemäß der Erfindung wird deshalb eine Kombination von in hete¬ rogenem evtl. teilkristallisiertem Zustand der Funktionsschicht in ihrem unteren Teil und quasi amorpher Zustand in einem dünnen Oberflächenbereich geschaffen. Durch diese Kombination von zwei schichtförmig durchgehend geschlossenen Bereichen wesentlich unterschiedlicher Struktur läßt sich die Fuπktionsschicht praktisch jeglicher gewollten Palette von Eigenschaften anpassen. Für diese Anpassung können das Dickeverhältnis des Schichtteiles mit heterogener Struktur zu dem Schichtteil mit amorpher Struktur sowie auch der Grad des amorphen Zustaπdes und evtl. zusätzliche Variation des Schichtteiles mit amorphem Zustand durch Einlagerungen als Parameter heran¬ gezogen werden.
Die eine feine globulare Verteilung der Bestandteile in einem quasi amor¬ phen Zustand aufweisende Oberflächenregion der Funktionsschicht kann eine Dicke zwischen 20 μm und 500 μm, bevorzugt zwischen 50 μm und 100 μm auf¬ weisen. Im allgemeinen ist es zu bevorzugen, die feine globulare Verteilung der Bestandteile in einem quasi amorphen Zustand aufweisende Oberflächenre¬ gion der Funktionsschicht mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke vorzuse¬ hen. Für spezielle Zwecke kann naturgemäß die die feine globulare Vertei¬ lung der Bestandteile in einem quasi amorphem Zustand aufweisende Oberflä¬ chenregion der Funktionsschicht auch über die Oberfläche variierende Dicke aufweisen. Beispielsweise kann bei Gleitlagern die die Funktionsschicht bildende Gleitschicht im Hauptbelastungsbereich eine Oberflächenregion mit feiner globularer Verteilung der Bestandteil größerer Dicke aufweisen, als in den Bereichen geringerer Belastung.
Im Rahmen der Erfindung kann die Funktionsschicht 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 Bestand¬ teil auf der Basis eines oder mehrerer der folgenden Stoffe in Form feiner Teilchen gebildet sein: Blei, Zinn, Wismut, Indium, Nickel, Mangan, Silici- u , Kohlenstoff (bevorzugt in Form von mit Metall wie Nickel, Aluminium, Kupfer umhüllten Graphit-Teilchen), Molybdändisulfid (bevorzugt umhüllt mit Metall wie Nickel, Aluminium, Kupfer), Bornitrid, für tribologische Zwecke anwendbare Kunststoffe wie beispielsweise Polyester, PTFE, PEK, PEEK.
Im Rahmen der Erfindung kann den metallischen Bestandteilen der die Funkti- oπsschicht bildenden Dispersion oder des Gemenges ein oder mehrere Zusätze der folgenden Gruppe von Stoffen in Gesamtmenge bis zu 2 Gew.-%, vorzugs¬ weise 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 Zusät¬ ze bewirken bekanntermaßen eine Strukturverfeinerung. Jedoch wurde festge¬ stellt, daß der Einfluß der Abkühlbedingungen gegenüber dem Einfluß solcher Zusätze vorherrschend ist. Immerhin haben die genannten Zusätze den Vor¬ teil, daß die bei einer Strukturumwandlung in der Oberflächenregioπ der Funktionsschicht durch Schmelzen und extrem rasches Abkühlen aus dem ge¬ schmolzenen Zustand auch noch die Erzielung einer feinen globularen Vertei¬ lung der ungelösten Bestandteile und die Erreichung eines eingefrorenen quasi amorphen Zustandes erleichtert und sicher gemacht werden können.
E 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 Blei- ziπnbronze gebildet sein. Bei solchen Fuπktionsschichten bzw. Gleitschich- teπ aus Bleibronze läßt sich die Erfindung besonders vorteilhaft anwenden, weil bei Ihnen das dentritische Gefüge der Bleibronze durch Aufschmelzen und sofort anschließendes rapides Abkühlen in einer dünnen schichtförmig durchgehend geschlossenen Oberflächenregion beseitigt und die Bleibronze in fein globularer Verteilung der Bleiziππteilcheπ in quasi amorphem Zustand eingefroren wird. Dieser in Quasi amorphem Zustand eingefrorene Bleibronze bietet hervorragende Gleiteigenschaften, insbesondere gegenüber tribologi- schen Partnern aus Stahl .
Ähnliche Vorteile bieten sich bei der Anwendung der Erfindung an tribologi- schen Elementen, deren Funktionsschicht, und zwar auch in diesem Fall deren Gleitschicht, aus Alu inium/Ziπn-Dispersionslegierung, beispielsweise AlSn6CuNi, AlSn20Cu oder AlSπ40Cu gebildet ist. Solche Dispersioπslegierun- geπ mit Aluminiummatrix lassen sich im Hinblick auf die Unmischbarkeit von Aluminium und Zinn nicht anders als Funktionsschicht bzw. Gleitschicht aufgießen, als daß beim Erstarren eine Phasentreπnung zwischen Aluminium und Zinn eintritt und Teilchen von ausgeschiedener Ziπnlegierung in die Alumiπiummatrix eingelagert werden. In der erfindungsgemäß gebildeten Oberflächenregion einer solchen Fuπktionsschicht bzw. Gleitschicht sind dann diese Zinnlegierungs-Teilcheπ in globularer Verteilung in der Matrix aus echter Aluminium-Legierung. Es ist auch bei solchen Funktioπsschichten bzw. Gleitschichten aus Aluminium/Zinn-Dispersionslegieruπg erfindungsgemäß eine Oberflächeπregion in quasi amorphem Zustand eingefroren. Diese Ober- flächeπregion bietet auch in diesem Fall wesentlich verbesserte Gleiteigen- schaften.
Ähnliche Verhältnisse lassen sich bei Funktionsschichten aus Alumiπi- u /Blei-Dispersioπslegierung, beispielsweise AlPb8Si4SnCu durch die erfin¬ dungsgemäß in einem quasi amorphen Zustand eingefrorene Oberflächenregion erreiche. Auch solche Funktionsschichten haben bevorzugte Anwendung als Gleitschicht bei tribologisehen Elementen. In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können in die in quasi amorphem Zustand eingefrorene Oberflächeπregion der Fuπktionsschicht Hartteilcheπ der Größe zwischen etwa 10 μm und 200 μm nachträglich eingela¬ gert sein, und zwar Hartteilchen aus der Gruppe von TiC, WC, Glasmehl, Si-N., SiC, Al O., und/oder Hartteilchen auf der Basis von Laves-Phasen (AB?), vorzugsweise vom Typ MgCu? oder vom Typ MgZn«, MgNi„, wobei das Radiusverhältnis der A-Atome und B-Atome
rA/rß= 1,225
ist.
Durch diese nachträglich in die Oberflächenregion der Funktionsschicht eingelagerten Hartteilchen läßt sich das Funktionsverhalten der Funktions¬ schicht in dies-er Oberflächenregion wesentlich verbessern und vor allem auch jeder gewünschten Funktion in verbesserter Weise anpassen, beispiels¬ weise kann die Abriebfestigkeit bei die Funktionsschicht bildenden Gleit¬ schichten verbessert und der jeweiligen Art des tribologisehen Partners angepaßt werden, beispielsweise im Preßgutverfahren hergestellten Kurbel¬ wellen aus Stahl und dgl ..
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Fuπkti¬ onsschicht an ihrer mit globularer Verteilung der Bestandteile in einem quasi amorphen Zustand ausgebildeten Oberflächenregion zunächst mit einem wehen metallischen Overlay mit einer Dicke zwischen 10 μm und 50 μm über¬ deckt 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, Pbln. Solcher Overlay bietet bei tribologischer Anwendung als Einlaufschicht eine besonders vorteilhafte funktionelle Zusammenwirkuπg mit der in quasi amor¬ phem Zustand eingefrorenen Oberflächenregioπ der Gleitschicht. Da durch solchen weichen Overlay auch geringste Unebenheiten und Porositäten an der Oberfläche der in quasi amorphem Zustand eingefrorenen Oberflächenregion ausgefüllt werden und der weiche Werkstoff des Overlays in Art eines Fest¬ schmiermittels gegenüber der in quasi amorphem Zustand eingefrorenen Ober- flächenregion der Funktioπsschicht bzw. Gleitschicht wirkt. « nach stoff- licher Zusammensetzung der Fuπktionsschicht bzw. Gleitschicht und des Overlay kann zwischen dem Overlay und der Funktionsschicht eine Diffusions¬ sperrschicht mit einer Dicke zwischen etwa 2 μm und 10 μm vorgesehen sein, wobei diese Dϊffusioπssperrschicht in ihrer stofflichen Zusammensetzung wiederum an die stoffliche Zusammensetzung des Overlay und der Funktions¬ schicht bzw. Gleitschicht anpaßbar ist und aus einem der Stoffe CuSn, CuZn, NiSn, NiCr, NiCo, Co, Ti, Ni gebildet sein, kann.
Für die Herstellung von erfindungsgemäßen Schichtwerkstoff oder erfindungs¬ gemäßen Schichtwerkstückeπ ist ein Verfahren anwendbar, bei dem die Funkti¬ onsschicht 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. Ausgehend von einem solchen Verfahren soll erfindungsgemäß die feste, abgekühlte, aber an der der Trägerschicht abgewandten Seite noch mit ihrer Oberfläche freiliegende Fuπktionsschicht an dieser freiliegenden Oberfläche in einem nach und nach über die gesamte Oberfläche bewegten, punktförmig eng begrenzten Flächeπbereich mittels mindestens eines Laser¬ strahls oder Laserstrahlbündeis bis zum Schmelzen der Dispersion oder des
Gemenges in einer Oberflächenregioπ erhitzt und sofort wieder mit einer
3 Abkühlgeschwiπdigkeit von mindestens 10 K/s unter Verfestigen abgekühlt werden. Bei diesem Verfahren wird mit einem Hochleistungslaser die Oberflä¬ che der durch Aufgießen, Aufspritzen oder auf pulvermetallurgischem Wege gebildeten, und heterogene Struktur der einen oder anderen Art aufweisenden Funktionsschicht abgerastert. Mit dem Hochleistungslaser wird dabei in jeweils einem punktförmig eng begrenzten Fl cheπbereich unter sehr hoher Aufheizgeschwindigkeit (bis 10 K/s) ein äußerst steiler Temperaturgradieπt zwischen dem sehr kleinen erwärmten und aufgeschmolzenen Materialvolumen des eng begrenzten punktförmigen Flächenbereichs und dem restlichen Schichtwerkstoff hervorgerufen. Mit der Weiterbewegung des Laserstrahls wird die in dem eng begrenzten punktförmigen Flächenbereich aufgenommene Wärmemenge in das Innere des Schichtwerkstoffes abgeführt und dabei die zur Erzielung einer feinkörnigen Struktur in der oberflächeπnahen Randregion erforderliche kritische Abkühlgeschwindigkeit überschritten. Es hat sich nun gezeigt, daß in Abhängigkeit von der Breite des Schicht¬ werkstoffs und der Tiefe der zu beeinflussenden Oberflächenregion lei-
3 7 2 stungsdichten des Laserstrahls zwischen 10 und 10 W/cm und örtliche
-9
Einwirkungsdauer des Laserstrahls zwischen 10 sec. bis 10 sec. zu bevor¬ zugen sind. Um die Adsorption des Laserstrahls an der Oberfläche der Funk¬ tionsschicht zu verbessern und dadurch den Wirkungsgrad des erfinduπgsgemä- ßen Verfahrens zu erhöhen, kann die freiliegende Oberfläche der Fuπktions¬ schicht vor der Behandlung mit Laserstrahl mit einem die Reflektion min¬ dernden Belag versehen werden. Hierzu kann beispielsweise die freiliegende Oberfläche der Funktioπsschicht vor der Behandlung mit Laserstrahl mit einer Suspension von Graphit oder Molybdändisulfid bestrichen werden. Es kann auch die freiliegende Oberfläche der Funktioπsschicht vor der Behand¬ lung mit Laserstrahl mit einer dunkelgrauen Phosphatschicht versehen oder oxidiert werden.
Um die Abkühlgeschwindigkeit noch wesentlich zu erhöhen und dabei das Einfrieren der durch den Laserstrahl aufgeschmolzenen kleinen Werkstoffmen¬ ge in quasi amorphem Zustand noch besser sicherzustellen, kann im erfin¬ dungsgemäßen Verfahren der Schichtwerkstoff oder das Schichtwerkstück während der Behandlung mit Laserstrahl von der Trägerschicht-Seite her
3 5 gekühlt und dabei eine Kühlgeschwindigkeit bei 10 K/s bis 10 K/s an dem punktförmig eng begrenzten aufgeheizten Flächeπbereich eingestellt werden. Zusätzlich oder stattdessen kann auch die mit Laserstrahl behandelte Ober¬ fläche zur Kühlung mit kaltem Gas ggf. mit Beimischung von pulverförmigen, sublimierendem Kühlmittel, angeblasen oder bestrichen werden. Zum Einlagern von Hartteilchen in die mit Laserstrahl behandelte Oberflächenregion kann das erfinduπgsge äße Verfahren mit der Maßnahme der Parti elInjektion kombiniert werden. Hierzu können im Rahmen des erfinduπgsgemäßen Verfahrens in das mit dem Laserstrahl in der zu behandelnden Oberflächenregioπ gebil¬ dete punktförmige Schmelzbad feine Hartteilcheπ von einer Größe zwischen etwa 10 μm und etwa 100 μm, vorzugsweise zwischen 20 μm und etwa 50 μm injiziert, vorzugsweise eingeblaseπ werden. Durch diese Partikel injektion werden die in das punktförmige Schmelzbad eingeführten Hartteilchen unauf- geschmolzen in dieser kleinen aufgeschmolzenen Werkstoffmeπge gleichmäßig verteilt. Auf diese Weise entsteht eine oberflächennahe Randzone oder Oberflächenregion mit hervorragenden Verschleißeigeπschaften, was iπsbeson- dere bei tribologischer Anwendung des behandelnden Werkstoffs bzw. der behandelten Werkstücke von besonderem Vorteil ist. Nämlich zu wesentlicher Erhöhung des Verschleißwiderstandes von Lagerwerkstoffeπ bzw. Lagerwerk- stückeπ führt. Für die Partikeliπjektion kommen Hartteilchen der Gruppe TiC, WC, SiC, A1«0, in Betracht. Besonderen Vorteil bietet auch die Parti¬ kelinjektion unter Einsatz von Hartteilchen auf der Basis von Laves-Phasen (ABp), vorzugsweise mit Radius-Verhältnis der A-Atome und B-Atome: r./rR= 1,225, beispielsweise Laves-Phasen vom Typ MgCu„ oder vom Typ MgZn„, MgNi?. Die Injektion von Hartteilchen auf der Grundlage von Laves-Phasen hat sich insbesondere für die Behandlung von Lagerwerkstoffen und Lagerwerkstücken als außerordentlich wirksam erwiesen.
Für die Herstellung von erfiπdungsgemäßem Schichtwerkstoff oder erfiπdungs- ge äßen Schichtwerkstücken eignet sich insbesondere eine Vorrichtung, bei der eine Laserstrahl-Röhre an einer Koordinaten-Führungseinrichtung ange¬ bracht und der Schichtwerkstoff bzw. das Schichtwerkstück mit seiner zu behandelnden Oberfläche der Laserstrahl-Röhre zugewandt an der Koordina¬ ten-Führungseinrichtung gehalten ist. Dabei soll die Koordinaten-Führungs¬ einrichtung bezüglich der von ihr erzeugten Relativbewegung zwischen der Laserstrahl-Röhre und dem Schichtwerkstoff bzw. Schichtwerkstück derart abgestimmt sein, daß der Laserstrahl mit vorher festgelegter Geschwindig¬ keit und in vorher festgelegtem Muster und unter vollständigem Bestreichen über die zu behandelnde Oberfläche des Schichtwerkstoffs oder Schichtwerk- st-ücks bewegt wird. Im Hinblick auf das Wellenläπgenspektrum ihrer Laser¬ strahlen bietet sich im Rahmen der Erfindung der Einsatz einer Excimer-La- serstrahl-Röhre (Krypton-Fluorid, Xeπium-Chlorid) an. Jedoch ist im Hin¬ blick auf die erzielbare Leistung bislang der Einsatz einer Co7 Laser¬ strahl-Röhre mit Leistung von 5 kW bis 10 kW läßt sich ohne weiteres eine ausreichende Eindringtiefe und Aufschmelztiefe der Oberflächenregioπ bei etwa 50 μm bis 100 μm bei praktisch brauchbarer Vorschubrate erzielen .
Es können jedoch auch andere Gaslaser, z.B. He-Ne-Laser, oder Festkörperla¬ ser und Halbleiterlaser im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Schema für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfin¬ dungsgemäße Vorrichtung in perspekti ischer Darstellung;
Fig. 2 einen schliffbildartigeπ Ausschnitt aus einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffs und
Fig. 3 einen schliffbildartigen Ausschnitt aus einer anderen Ausfüh¬ rungsform des erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffs.
Bei der in Figur 1 schematisch wiedergegebeneπ Vorrichtung 10 ist eine Laserstrahl-Röhre 11, beispielsweise eine Co^-Laserstrahl-Röhre vorgesehen, die mit ihrer Betriebseinrichtung 12 auf einer Koordinatenführungseinrich¬ tung 13 angebracht ist. Der zu behandelnde Schichtwerkstoff 20 weist eine Trägerschicht 21 und eine Funktioπsschicht 22 auf. Der Schichtwerkstoff 20 ist auf eine feststehende Supportvorrichtung 14 aufgesetzt, unter der sich im dargestellten Beispiel die bewegliche Koordiπaten-Führungseinrichtung 13 hinweg erstreckt. Die Supporteinrichtung 14 enthält eine Kühlvorrichtung, so daß der Schichtwerkstoff 20 von der auf die Supporteinrichtung 14 aufge¬ legten Oberfläche der Trägerschicht 21 her gekühlt wird. Wie in Figur 1 angedeutet, ist der von der Laserstrahl-Röhre 11 herkommende Laserstrahl 15 derart fokussiert, daß auf der freiliegenden Oberfläche der Funktions¬ schicht 22 ein Brennfleck 16 gebildet wird. Zum Kühlen des im Brennfleck 16 gebildeten engbegrenzten, punktförmigen Schmelzbades kann Gas beispielswei¬ se Argon oder Stickstoff über eine rohrförmige Düse 17 auf den Brenπfleck 16 geblasen werden. Diesem Kühlgas kann - wenn erwünscht - subl i ierendes Kühlmittel, beispielsweise Trockeneis als feines Pulver beigemischt sein. Für den Fall, daß Partikel injektioπ vorgenommen werden soll, ist eine Partikel-Injektionsdüse 18 vorgesehen, die mit heißem Gas betrieben werden kann und der die zu injizierenden Partikel an dem schematisch dargestellten seitlichen Einlaß zugeführt werden.
Durch die Bewegungen der Koordinatenführungseinrichtung 13, wie sie durch die Doppelzeile angedeutet sind, kann die Laserstrahl-Röhre 11 in solcher Weise bezüglich des Schichtwerkstoffs 20 bzw. des Schichtwerkstücks bewegt werden, daß der Brennfleck 16 entlang einer mäanderförmigen Bahn 19 über die freie Oberfläche des Schichtwerkstoffs 20 bzw. Schichtwerkstücks bewegt wird. Dabei wird in der Oberflächenregioπ 23 der Fuπktionsschicht 22 suk¬ zessive stets eine kleine Menge des Werkstoffs der Fuπktioπsschicht aufge¬ schmolzen und sofort anschließend außerordentlich schnell wieder abgekühlt, wobei wahlweise Partikelin ektioπ vorgenommen werden kann.
Figur 1 stellt lediglich ein Schema dar, anstelle des gezeigten ebenen Teiles eines Schichtwerkstoffs 20 könnte auch ein gewölbtes oder in anderer Weise unebenes Werkstück behandelt werden. Hierzu wäre die Supporteinrich¬ tung 14 entsprechend auszubilden und anstelle der in einer ebenen bewegli¬ chen Koordiπaten-Führungseiπrichtuπg 13 eine die gewünschte Bewegung des Brenπflecks 16 in einer gewölbten oder in anderer Weise unebenen Oberfläche steuernde Koordiπateπ-Führungseinrichtung vorzusehen.
Die Laserstrahl-Röhre 11 kann für Leistungsdichte des Laserstrahls zwischen
3 7 2 10 und 10 W/cm ausgelegt sein, wobei die Koordiπaten-Führungseinrichtung
13 derart ausgelegt oder streubar ist, daß sei beim Vorschub des Brenn¬ flecks eine Einwirkungsdauer des Laserstrahls 15 auf den Breππfleck 16
-9 zwischen 10 s bis 10 s ermöglicht.
Da unvermeidlich ein Teil des Laserstrahls 15 reflektiert wird, wie dies durch die gestrichelte Linie 15* in Figur 1 angedeutet ist, empfiehlt es sich die freie Oberfläche der Funktioπsschicht 22 mit einem die Reflektion von Laserstrahlen mindernden Belag zu versehen. Hierzu kann die freiliegen¬ de Oberfläche der Funktioπsschicht 22 vor der Behandlung mit Laserstrahl mit einer Suspension von Graphit oder Molybdändisulfid bestrichen werden. Es ist auch möglich, die freiliegende Oberfläche der Funktioπsschicht vor der Behandlung mit Lagerstrahl mit einer dύnkelgrauen Phosphatschicht zu versehen oder diese Oberfläche zu oxidiereπ.
Durch die wirksame Kühlung des Schichtwerkstoffs 20 bzw. Schichtwerkstücks von der Supporteiπrichtung 14 her und der zusätzliche Kühlung an Breππfleck 16 mittels der Kühlgas-Düse 17 wird ein sehr rasches Abkühlen der im Breπn- fleck 16 aufgeschmolzenen kleinen Menge von Funktioπsschicht-Werkstoff erreicht. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, daß aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs der FunktioπsSchicht 22 und des Werk- stoffs der Trägerschicht 21 die im Breπnfleck 16 erzeugte Wärme nach allen Richtungen hin schnell abgeführt wird, zumal durch die enge punktförmige Begrenzung des Brennflecks 16 an dessen Grenzfläche zum übrigen Schicht¬ werkstoff oder Schichtwerkstück hin ein sehr hoher Temperaturgradient erzeugt wird.
Die Aufschmelztiefe im Brennfleck 16 ist durch die Leistungsdichte des Laserstrahls 15 und die Vorschubgeschwindigkeit des Brenπflecks 16 auf der Oberfläche des Schichtwerkstoffs 20 bzw. Schichtwerkstücks bestimmt. Je nach Aπwenduπgsfall kann die Aufschmelztiefe zwischen 20 μm und 500 μm eingerichtet werden, bevorzugt zwischen 50 μm und 100 μm. Die eingerichtete Aufschmelztiefe entspricht dann der Dicke der Oberflächenregion 23 mit umgewandelter Struktur. Durch das rasche Abkühlen und Erstarren der Schmel¬ ze beim Weiterrücken des Brennfleckes 16 entwickelt sich in der Oberflä¬ chenregion 23 eine nahezu homogene Struktur des Fuπktionsschicht-Werkstof- fes mit feiner globularer Verteilung der nicht gelösten Bestandteile in einem quasi amorphem Zustand.
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung und das mit ihr durchführbare Verfahren läßt sich bei Fuπktionsschichten 22 unterschiedlichster Struktu¬ ren ausführen. Bevorzugt kann es zur Oberflächenvergütung von Funktions¬ schichten aus Bleibronze herangezogen werden. Es kommen jedoch auch die Oberflächenbehandlung von Funktionsschichten aus Alu inium/Zinn-Dispersi- onslegierungeπ und die Oberflächenbehandlung von Funktionsschichteπ aus Alumin um/Blei-Dispersionslegierungen in Betracht. Überhaupt kommen Ober¬ flächenbehandlungen der angegebenen Art für Funktionsschichten 22 aus schmelzbarem Werkstoff jeglicher Art in Betracht.
Für die oben erläuterte Hartteilchen-Injektion kommen Hartteilchen der Größe zwischen etwa 10 μm und 200 μm in Betracht, vorzugsweise Hartteilchen der Größe zwischen etwa 20 und 50 μm. Die Hartteilchen können aus der Gruppe von TiC, WC, Glasmehl, Si N., SiC, Al O- oder auch Hartteilcheπ auf der Basis von Laves-Phasen in Betracht.
Beispiele für die Oberflächenvergütung von Fuπktionsschichten aus Bleibron¬ ze sind aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich. Im Beispiel der Figur 2 ist der Schichtwerkstoff 20 für die Herstellung von tribologischen Elementen, bevorzugt Gleitlagern gedacht. Der Schichtwerk¬ stoff 20 hat eine Trägerschicht 21 und eine Funktionsschicht 22. Die Funk¬ tioπsschicht 22 besteht im dargestellten Beispiel aus Bleizinn-bronze, der Zusammensetzung 10 Gew.-% Blei, 10 Gew.-% Zinn, Rest Kupfer. Wie Figur 2 zeigt, hat die Funktionsschicht 22 beim Erkalten und Verfestigen der Blei¬ zinnbronze ein dentritisches Gefüge angenommen, das weitgehend durch Kup¬ ferkristallite beherrscht ist. An der Grenzfläche zwischen der aus Stahl bestehenden Trägerschicht 21 und der Funktioπsschicht 22 ist eine Diffus- sioπsbinduπg zwischen den in Figur 2 dunkel erscheinenden Kupferkristalli- teπ und dem Stahl eingetreten. An ihrer freien Oberfläche hat die Funkti¬ onsschicht 22 eine Oberflächenbehandlung mit Laserstrahl erfahren, wie sie oben erläutert ist. Hierdurch wurde das dentritische Gefüge der Bleibronze beseitigt und ein neues Gefüge geschaffen, das sich durch eine in der Zeichnung weiß erscheinende Matrix 24 und darin eingelagerten globular fein verteilten ungelösten Teilchen 25 kennzeichnet. Bei der Oberflächenbehand¬ lung wurde zusätzlich eine Hartteilcheπ-Injektion vorgenommen, wobei die Hartteilchen 26 wesentlich kleiner als die Dicke der behandelten Oberflä¬ chenregion 23 sind, aber unvergleichlich größer als die globular feinen Teilchen 25 der ungelösten Bestandteile. Die Matrix 24 und die in ihr globular verteilten ungelösten Bestandteile 25 sind in einem quasi amorphen Zustand eingefroren, während die Hartteilchen 26 in diese in quasi amor¬ phem Zustand eingefrorene Umgebung eingelagert sind.
Außer einer wesentlichen Verbesserung der Funktioπseigenschafteπ, insbeson¬ dere der Gle teigenschafteπ bietet die durch Strukturu waπdlung gebildete Oberflächeπregion 23 in Zusammenwirken mit der Trägerschicht 21 ein wirksa¬ mes Kapseln des in der dentritischen Struktur verbliebenen Teiles der Funktionsschicht 22. Da in der Oberflächeπregion 23 keine nennenswerten Bleiteilchen mehr enthalten sind, ist die Oberflächenregion 23 gegen Korro¬ sion des Bleis praktisch unempfindlich, selbst wenn in Verbrenπungskraftma- schinen hochadditivierte öle oder gealterte öle mit der Oberfläche der Fuπktionsschicht in Berührung kommen. Bei herkömmlichen Funktionsschichten aus Bleibronze oder Bleizinnbroπzen tritt durch hochadditivierte Öle und gealterte öle selektive Korrosion an den zwischen den Kupferkristall ten bzw. den Deπtriten sitzenden Bleiteilchen ein. Es kommt zu einem selektiven Herauslösen des Bleibestandteils, und das Kupferskelett bleibt übrig und neigt bei entsprechender Belastung zusammenzubrechen. Diese Gefahr ist durch die Abkapselung des noch das dentritische Gefüge aufweisenden Teils der Funktionsschicht 22 zwischen der Oberflächeπregion 23 mit umgewandelten Gefüge und Trägerschicht 21 solange behoben, wie die Oberflächenregion 23 der Funktionsschicht 22 nicht abgerieben ist. Solcher Abrieb wird durch die eingelagerten Hartteilchen 26 erheblich verzögert.
Im Beispiel der Figur 3 handelt es sich wiederum um einen Schichtwerkstoff 20, der für die Herstellung von tribologisehen Eigenschaften, insbesondere Gleitlagern vorgesehen ist. Der Schichtwerkstoff 20 gemäß Figur 3 hat eine Trägerschicht 21 aus Stahl und eine Funktionsschicht bzw. Gleitschicht 22 aus Bleibronze, beispielsweise der Zusammensetzung CuPb22Sπ. Hierbei ist das Zinn vollständig im Bleibestandteil gelöst und dient lediglich zur Herabsetzung der Korrosionsanfäll igkeit des Bleibestandteils. Auch in diesem Beispiel weist die Bleibronze der Funktionsschicht 22 ein dentriti- sches Gefüge auf. Es besteht für diese Funktionsschicht 22 aus Bleibronze noch gegenüber einer Bleizinnbronze-Funktionsschicht erhöhte Korrosioπs- gefahr für die in die Kupfer-Dentriten eingelagerten Bleiteilchen.
An der zunächst freien Oberfläche ist die Funktionsschicht 22 in einer Oberflächenregion 23 von beispielsweise 50 bis 100 μm Dicke in dem oben erläuterten Verfahren in ein Gefüge umgewandelt worden, bei dem der wesent¬ liche Teil des im Kupfer unlöslichen Bleibestandteils fein globular in einer Matrix 24 verteilt ist, wobei nur noch wenige, sehr kleine größere Bleiteilchen 27 verbleiben. Diese Oberflächenregioπ 23 ist mit dieser fein globularen Verteilung des Bleis in dem Kupfer in einem quasi amorphen Zustand eingefroren.
Im Beispiel der Figur 3 ist die Funktionsschicht 22 noch mit dem Overlay 28 überdeckt, der bei der Verwendung des Schichtwerkstoffs 20 zur Herstellung von Gleitlagern oder sonstigen tribologisehen Elementen als Einlaufschicht dient. Dieser Overlay 28 kann nach Wahl aus Legierungen wie. PbSn, PbSπCu, SnSb, PbSnSb, Pbln bestehen und ist galvanisch aufgebracht. Zwischen der Oberfläche der Funktionsschicht 22 und dem Overlay 28 ist noch eine Diffu- sioπssperrschicht 29 von etwa 5 μm Dicke angebracht. Diese Diffusionssperr¬ schicht 29 ist im dargestellten Beispiel galvanisch aus Nickelchrom-Legie¬ rung gebildet. Sie wurde vor dem Overlay 28 galvanisch auf der mit Laser¬ strahl behandelten Oberfläche der Funktionsschicht 22 aufgebracht. An¬ schließend an die Diffusionssperrschicht wurde dann das Overlay 28 galva¬ nisch auf der Diffusionssperrschicht 29 angebracht. Die Dicke des Overlay kann zwischen 10 μm und 500 μm betragen, im vorliegenden Beispiel ist ein Overlay von etwa 150 μm Dicke vorgesehen. Außer der Bildung der Diffusions¬ sperrschicht aus Nickelchrom-Legierung kommen auch CuSn, CuZn, NiSn, NiCo, Co, Ti, Ni zur Bildung der Diffusionssperrschicht in Betracht.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Schiehtwerkstoff oder Schichtwerkstück mit einer auf einer Träger¬ schicht angebrachten Funktioπsschicht, 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 tribologische Zwecke anwendbaren, in sich fest verbundenen, im wesentlichen schmelzbaren Gemenges von nicht oder nur in geringerer als vorhandener Menge ineinander löslichen Bestandteilen, ggf. teilweise in kristallartiger Form, dadurch gekennzeichnet, daß die Fuπktionsschicht (22) an ihrer der Trägerschicht (21) abewandteπ Seite eine dünne, schichtförmig durchgehend geschlossene Oberflächenregion (23) aufweist, in der die Dispersion oder das Gemenge durch Schmelzen und extrem rasches Abkühlen aus dem geschmolzenen Zustand mit feiner globularer Verteilung der Bestandteile (24, 25, 27) in einem quasi amorphen Zustand eingefroren ist.
2. Schiehtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die eine feine globulare Verteilung der Bestandteile in einem quasi amorphem Zustand aufweisende Oberflächeπregion (23) der Funktioπsschicht (22) eine Dicke zwischen 20 μm und 500 μm, vorzugswei¬ se zwischen 50 μm und 100 μm, aufweist.
3. Schiehtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feine globulare Verteilung der Bestandteile in einem quasi amorphen Zustand aufweisende Oberflächenregion (23) der Funktioπsschicht (22) im wesentlichen gleichmäßige Dicke aufweist.
4. Schiehtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsschicht (22) aus einer Dispersion oder einem Gemenge mit Matrix oder tragendem Gemengebestand¬ teil auf der Basis eines oder mehrerer der Metalle: Kupfer, Aluminium Zink, Silber; und mindestens einem dispergierten oder in anderer Weise gelagerten Bestandteil auf der Basis eines oder mehrerer der folgenden Stoffe in Form feiner Teilchen gebildet ist:
Blei, Zinn, Wismut, Indium, Nickel Mangan, Silizium, Kohlenstoff (bevor¬ zugt in Form von Metall (Nickel, Aluminium, Kupfer) umhüllten Graphit- Teilchen)), Molybdäπdisulfid (bevorzugt umhüllt mit Metall wie Nickel, Aluminium, Kupfer)r Bornitrid, für tribologische Zwecke anwendbare Kunststoffe, wie beispielsweise Polyester, PTFE, PEK, PEEK.
5. Schiehtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Funktionsschicht (22) aus Bleibronze, vorzugsweise der Zusammensetzung CuPb22Sn, gebildet ist.
6. Schiehtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß den metallischen Bestandteilen der Funktionsschicht (22) bildenden Dispersion oder des Gemenges einer oder mehrerer Zusätze der folgenden Gruppe von Stoffen in Gesamtmenge bis zu 2 Gew.-%, vorzugs¬ weise 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, Si + Zr + S.
7. Schiehtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Funktionsschicht (22) aus Aluminium/Zinn Dispersioπs- legierung, beispielsweise AlSπδCuNi, AlSn20Cu oder AlSn40Cu, gebildet ist.
8. Schiehtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Funktioπsschicht (22) aus! Aluminium/Blei-Dispersi¬ onslegierung, beispielsweise AlPb8Si4SnCu, gebildet ist.
9. Schiehtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in quasi amorphem Zustand eingefro- reπeπ Oberflächenregionen (23) der Funktioπsschicht (22) Hartteilchen der Größe zwischen etwa 10 μm und 200 μm nachträglich eingelagert sind, und zwar Hartteilchen aus der Gruppe von TiC, WC, Glasmehl, Si-N., SiC, Al O, und /oder Hartteilchen auf der Basis von Laves-Phasen (AB?), vorzugsweise vom Typ MgCu2 oder vom Typ MgZπ2, MgNi?, wobei das Radi¬ us-Verhältnis der A-Atome und B-Atome
rA/rB= 1,225
ist.
10. Schiehtwerkstoff oder Sehichtv/erkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsschicht (22) an iher mit globularer Verteilung der Bestandteile in einem quasi amorphen Zustand ausgebildeten Oberflächenregion (23) zunächst mit einem weichen metal¬ lischen Overlay (28) mit einer Dicke zwischen 10 μm und 500 μm über¬ deckt ist.
11. Schiehtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß bei Ausbildung der Funktionsschicht (22) als Gleit¬ schicht der Overlay als EinlaufSchicht ausgebildet ist.
12. Schiehtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 10 oder 11, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Overlay (28) eine galvanisch aufgebrachte Schicht aus einer der folgenden Legierungen ist: PbSn, PbSnCu, SπSb, PbSnSb, Pbln.
13. Schiehtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Overlay (28) und der Funktionsschicht (22) eine Diffusionssperrschicht (29) mit einer Dicke zwischen etwa 2 μm und 10 μm vorgesehen ist.
14. Schiehtwerkstoff oder Schichtwerkstück nach Anspruch 13, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Diffusionssperrschicht aus einem der Stoffe CuSn, CuZn, NiSn, NiCr, NiCo, Co, Ti , Ni gebildet ist.
15. Verfahren zum Herstellen von Schiehtwerkstoff oder Schichtwerkstücken nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Funktionsschicht aus schmelzbarer Dispersion oder aus einem für tribologische Zwecke anwend¬ baren, schmelzbaren Gemenge durch Aufgießen, Aufspritzen oder auf pulvermetallurg schem Wege auf der Trägerschicht gebildet und ggf. verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die feste, abgekühlte, aber an der Trägerschicht abgewandteπ Seite noch mit ihrer Oberfläche freiliegende Funktionsschicht an dieser freiliegenden Oberfläche in einem nach und nach über die gesamte Oberfläche gewegten, punktförmig eng begrenzten Flächenbereich mittels mindestens eines Laserstrahls oder Laserstrahlbündels bis zum Schmelzen der Dispersion der des Gemen¬ ges in einer Oberflächeπregion erhitzt und sofort wieder mit einer
3 AAbbkküühhllggeesscclhwiπdigkeit von mindestens 10 K/s unter Verfestigen abge- kühlt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen der freiliegenden Oberfläche der Fuπktionsschicht in dem punktförmig eng begrenzten Flächenbereich mit einer Leistungsdichte des Laser-
3 7 2 Strahls zwischen 10 und 10 W/cm über eine örtliche Einwirkungsdauer
-? zwischen 10 s bis 10 s vorgenommen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegende Oberfläche der Fuπktionsschicht vor der Behandlung mit Laserstrahl mit einem die Reflexion mindernden Belag versehen wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegen¬ de Oberfläche der Fuπktioπsschicht vor der Behandlung mit Laserstrahl mit einer Suspension von Graphit oder MoS„ bestrichen wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die freiliegen¬ de Oberfläche der Funktioπsschicht vor der Behandlung mit Laserstrahl mit einer dunkelgraueπ Phosphatschicht versehen oder oxidiert wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiehtwerkstoff oder das Schichtwerkstück während der Behand¬ lung mit Laserstrahl von der Trägerschicht-Seite her gekühlt und dabei 3 5 eine Kühlgeschwindigkeit bei 10 K/s bis 10 K/s an dem punktförmig eng begrenzten, aufgeheizten Flächenbereich eingestellt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Laser¬ strahl behandelte Oberfläche zur zuständigen Kühlung mit kaltem Gas, ggf. mit Beimischung von pulverförmigem, subl imierendem Kühlmittel, angeblasen oder bestrichen wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufheizen in dem punktförmig eng begrenzten Oberflächenbereich der Funktioπsschicht mittels Laserstrahl mit einer Aufheizgeschwind-
5 igkeit von 10 K/s vorgenommen wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß in das mit dem Laserstrahl in der zu behandelnden Oberflächenregion gebildete punktförmige Schmelzbad feine Hartteilcheπ von einer Größe zwischen etwa 10 μm und etwa 100 μm, vorzugsweise zwischen 20 μm und etwa 50 μm, injiziert, vorzugsweise eingeblasen werden.
24. Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch den Einsatz von Hart¬ teilchen der Gruppe TiC, WC, SiC, Glasmehl, Si,N,, A1„0.- zur Partikel- injetion während der Laserstrahlbehandluπg einer Oberflächenregion der Funktionsschicht.
25. Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch den Einsatz von Hart¬ teilchen auf Lasis von Laves-Phasen (AB?), vorzugsweise mit Radius-Ver¬ hältnis der A-Atome und B-Atome: 1>225, beispielsweise Laves- Phasen vom Typ MgCU oder vom Typ MgZn , MgNi«.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Laserstrahl behandelte Oberfläche der Funktionsschicht galvanisch mit einem Overlay versehen wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Laserstrahl behandelte Oberfläche der Fuπktionsschicht mit einer Diffusionssperrschicht 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 Diffusionssperrschicht ein Overlay mit einer Dicke zwischen 10 μm und 500 μm galvanisch aufgebracht wird.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusions¬ sperrschicht galvanisch auf die mit Laserstrahl behandelte Oberfläche der Funktionsschicht aufgebracht wird.
29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusions¬ sperrschicht durch Kathodeπzerstäubung (Sputtering) oder Vakuumbedam- nfung 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 Funktioπsschicht in merklichem Umfang eintritt.
30. Vorrichtung zum Herstellen von Schiehtwerkstoff oder Schichtwerkstücken nach einem der Ansprüche 15 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß eine Laserstrahl-Röhre (11) an einer Koordinaten-Führungseinrichtung (13) angebracht und der Schiehtwerkstoff (20) bzw. das Schichtwerkstück mit seiner zu behandelnden Oberfläche der Laserstrahl-Röhre (11) zugewandt an der Koordinaten-Führuπgseinrichtung gehalten ist, wobei die Koordi¬ naten-Führungseinrichtung bezüglich der von ihr erzeugten Relatioπsbe- wegung zwischen der Laserstrahl-Röhre (11) und dem Schiehtwerkstoff (20) bzw. Schichtwerkstück derart abgestimmt ist, daß der Laserstrahl mit vorher festgelegter Geschwindigkei und in vorher festgelegtem Muster und unter vollständigem Bestreichen über die zu behandelnde Oberfläche des Schichtwerkstoffs (20) oder Schichtwerkstücks bewegt wird.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß eine Excimer-Laserstrahl-Röhre (Krypton-Fluorid, Xenium-Chlorid) vorgesehen ist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß eine C0„-Laserstrahl-Röhre (11) vorgesehen ist.
EP89904009A 1988-04-23 1989-04-14 Schichtwerkstoff oder schichtwerkstück mit einer auf einer trägerschicht angebrachten funktionsschicht, insbesondere gleitschicht mit der struktur einer festen, aber schmelzbaren dispersion Withdrawn EP0404819A1 (de)

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