EP0664349A1 - Process for coating copper-based materials - Google Patents

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EP0664349A1
EP0664349A1 EP95100952A EP95100952A EP0664349A1 EP 0664349 A1 EP0664349 A1 EP 0664349A1 EP 95100952 A EP95100952 A EP 95100952A EP 95100952 A EP95100952 A EP 95100952A EP 0664349 A1 EP0664349 A1 EP 0664349A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
protective layer
copper material
layer
cover layer
melted
Prior art date
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Granted
Application number
EP95100952A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0664349B1 (en
Inventor
Robert Volz
Josef Hagler
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Voestalpine Stahl Linz GmbH
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Voestalpine Stahl GmbH
Voestalpine Stahl Linz GmbH
Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
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 Voestalpine Stahl GmbH, Voestalpine Stahl Linz GmbH, Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR filed Critical Voestalpine Stahl GmbH
Publication of EP0664349A1 publication Critical patent/EP0664349A1/en
Application granted granted Critical
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C26/00Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • C23C26/02Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00 applying molten material to the substrate

Definitions

  • the invention relates to a method for coating the surface of copper materials with a protective layer.
  • a one-stage coating process in which the coating is applied directly in a single process step and melted with laser radiation.
  • high powers are required on the one hand, and on the other hand a laser deep welding effect occurs, which leads to the fact that the Copper material is melted to a relatively great depth and the melted copper becomes part of the protective layer, so that the hardness of the protective layer is insufficient.
  • the invention is therefore based on the object of improving a method for providing the surface of copper material with a protective layer in such a way that the protective layer has sufficient hardness on the one hand and can also be applied over large areas.
  • This object is achieved according to the invention in a method of the type described in the introduction in that the copper material is provided with a cover layer by applying a cover layer alloy and in that the protective layer is then applied in the area of an application surface by supplying protective layer components in the form of a protective layer alloy and melting them with laser radiation and is connected to the copper material by melting it essentially in the area of the application surface.
  • the advantage of the method according to the invention can be seen in the fact that by providing the copper material with the cover layer, its optical properties for the laser radiation are changed, so that on the one hand melting of the components of the protective layer is possible with the laser radiation, and on the other hand also a melting of the Copper material in the area of the application surface and thus an intimate connection between the protective layer and the copper material, in particular with a metallurgical composite to the copper material, can be produced.
  • a melting bath is preferably produced with the laser beam by melting the cover layer and slightly melting the copper material, into which the protective layer alloy forming the protective layer is then introduced, the protective layer alloy either being melted directly in the melting bath or being heated by the laser beam before it hits the melting bath or is melted and the protective layer is formed in the weld pool together with the components of the cover layer.
  • the cover layer is made of a material that does not impair the properties of the protective layer, since in this case an installation of the material of the cover layer in the protective layer has no negative effects on its properties.
  • the cover layer is made of material which is inert to the mechanical properties of the protective layer.
  • the material of the cover layer can either be selected so that it is incorporated unchanged into the protective layer or so that it is melted when the protective layer is applied.
  • the cover layer has components of the protective layer, so that components of the protective layer are already present in the form of a melt due to the melting of the cover layer.
  • a particularly preferred embodiment provides that the cover layer and the protective layer have the same components, preferably in the same composition.
  • the cover layer and the material supplied to form the protective layer combine without problems to form a uniform layer which now forms the protective layer.
  • the cover layer serves to change the laser radiation absorption of the copper material in such a way that it no longer reflects the laser radiation or only reflects it to a small extent.
  • the cover layer changes the laser radiation absorption in such a way that the cover layer and the copper material are melted together in the area of the application surface. This has the great advantage that the cover layer as such is not melted separately in front of the copper material and, as a result of different wetting conditions, the cover layer contracts as a melt on the unmelted copper material.
  • the cover layer is made sufficiently thin to be melted by the laser radiation at the same time as the copper material.
  • the thickness of the cover layer is, for example, approximately 100 to approximately 300 ⁇ m, while the entire protective layer that forms is in the order of approximately 1 to approximately 3 mm, preferably 2 mm.
  • the mass of the alloy applied as a covering layer is in a ratio of approximately 1 to 3 to approximately 1 to 5 to the mass of the protective layer alloy subsequently applied.
  • the covering layer is preferably designed such that it is a thermal spray layer and becomes a thermal spray layer in the sense of the invention, for example understood a flame spray layer or a plasma spray layer or a vacuum spray layer or a high-speed flame spray layer or a similar layer.
  • Such layers can be applied in a simple and inexpensive manner and thus represent an advantageous pretreatment of the copper material used according to the invention.
  • the application area is understood to be the area in which the protective layer is applied. It is preferably provided that the application area is essentially the same in terms of its extent Expansion of a melt pool area formed from the melted protective layer components corresponds when the protective layer is applied.
  • the method according to the invention is preferably carried out in such a way that adjacent application areas overlap.
  • adjacent application areas form a coating track.
  • a width of the coating track corresponds to a dimension of the application surface transverse to its longitudinal direction.
  • the copper material is melted in the area of the application surface. It is preferably provided that the copper material is melted in the area of the application surface over a certain depth as a thin layer. It is preferably provided that the copper material is melted at least over a depth of 10 to 50 ⁇ m.
  • the protective layer in the copper material, it is provided, for example, that the copper material is melted in a partial area of the application surface by the deep welding effect.
  • the protective layer extends deep into the copper material in this area and is thus anchored in a form-fitting manner via a nose.
  • the protective layer is formed from alloys which comprise one or more of the components nickel, cobalt or iron.
  • the cover layer is a layer which comprises one or more of the components nickel, cobalt or iron.
  • the copper material is preheated to apply the protective layer, preferably to a temperature between approximately 100 ° C. and approximately 500 ° C., in particular approximately between 200 ° C. and approximately 400 ° C.
  • the invention relates to a workpiece made of a copper material provided with a protective layer, which according to the invention is characterized in that the copper material is melted on the surface in the area of overlap by the protective layer and that the protective layer is formed from a plurality of coating traces lying side by side.
  • the protective layer is positively anchored in the copper material in a partial area of its overlap of the workpiece with a nose.
  • a workpiece 10 is provided on a surface 12 with a cover layer 14 applied thereon.
  • 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.
  • the cover layer 14 preferably has a thickness of 100 to 500 ⁇ m.
  • 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.
  • 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.
  • a protective layer 18 for the surface 12 of the workpiece 10 is applied in a laser coating system 20, which has a high-power laser 24 generating laser radiation 22 and a processing head 26 with focusing optics 28, which images the laser radiation 22 coming from the high-power laser 24 onto a focal spot 30.
  • the laser radiation 22 creates a weld pool 32 in the area of the focal spot 30, in which all components of the later protective layer 18 are melted and from which the protective layer 18 is separated by cooling, the weld pool 32 in a direction of movement 34 parallel to the surface 12 of the workpiece 10 migrates and the melt pool 32 is supplied with the individual components of the protective layer 18 essentially in the form of a powder jet 38 via a coating module designated as 36, this powder jet 38 still from an inert atmosphere, preferably a protective gas jacket made of, for example, helium and / or argon , for example supplied with a throughput of 5-50 l / min, is surrounded.
  • a powder conveyor system 40 supplying the coating module 36 is additionally provided.
  • the protective layer 18 applied to the workpiece 10 is, for example, a nickel-based alloy, but other alloys can also be used as the protective layer, for example alloys based on cobalt or iron.
  • FIG. 3 A first exemplary embodiment of such a protective layer 18 applied in the form of a so-called track 42 is shown in FIG. 3, the cover layer 14 still being recognizable on both sides of an edge of the track 42, characterized 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 melted and passed into the protective layer 18, but also in the area of a depth T below the surface 12 the copper material of the workpiece 10 itself was 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 the surface 12 creates a firm adhesion of the protective layer 18 on the workpiece 10, so that the protective layer 18, which is known from the prior art, no longer flakes off can.
  • the focal spot 30 is preferably designed such that a deep welding effect of the laser radiation 22 occurs in a narrow central area S of the track 42 and thus the material of the workpiece 10 is melted even deeper in this area S, to a depth TN , 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.
  • each track 42 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.
  • 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 as far as the depth of the workpiece 10, the hardness remains approximately constant, namely over the thickness D of Protective layer 18, and then on the hardness of the material of the workpiece 10 itself, ie the copper material.
  • the workpiece 10 has melted to a depth T below the original surface of approximately 10 to approximately 100 ⁇ m, preferably approximately 50 to approximately 100 ⁇ m.
  • This material of the workpiece 10 has been absorbed in the protective layer 18.
  • This melting of the workpiece 10 at a shallow depth below the surface 12 already enables an intimate connection between the protective layer 18 and the workpiece 10.
  • the cover layer 14 can also be seen on both sides of an edge of the track 42, characterized by lines 44 and 46, and furthermore is also shown in the area of a width B of the track 42 'not only melted the cover layer 14 and also passed 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 copper material to manufacture the workpiece 10.
  • the formation of the nose 48 by means of the deep-welding effect is absent, so that the layer 18 'only adheres firmly to the workpiece 10 with the melted-on region with the depth T and the metallurgical bond that forms and the protective layer flakes off 18 'can no longer take place.
  • the protective layer 18 ' according to the second exemplary embodiment, it is also possible, as shown in FIG. 7, to overlap several tracks 42' next to one another, so that these form a continuous, large-area protective layer 18 'on the workpiece 10, which is likewise only via the metallurgical composite, formed by co-melting of the copper material of the workpiece 10 adheres to the workpiece 10 in the region of the depth T (preferably approximately 50 to approximately 100 ⁇ m) without the formation of the lugs 48 being necessary.
  • the second exemplary embodiment of the protective layer 18 ′ according to the invention is designed in exactly the same way as the first exemplary embodiment, so that full reference can be made to the first exemplary embodiment with regard to further features.
  • the following copper materials can be used both in the first and in the second exemplary embodiment of the protective layer according to the invention.
  • a cover layer with a thickness of 100 to 500 ⁇ m, preferably approximately 300 to approximately 500 ⁇ m, is preferably applied as a thermal protective layer, for which the following alloys can be used:
  • the protective layer is applied with a thickness D of at least 100 to 300 ⁇ m, preferably approximately 1 to approximately 3 mm, preferably approximately 1 to approximately 2 mm, preferably also using the nickel-based alloy or the cobalt-based alloy or the iron-based alloy as stated above.
  • the protective layer is a homogeneously mixed layer in the case of applying an alloy as a cover layer and later applying the same alloy to form the protective layer, which layer also includes the alloy of the cover layer.

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Abstract

The process for protective surface coating of copper material comprises: (a) applying a cover layer alloy (14) onto the copper material (10); and (b) applying the protective layer (18) in an application surface region (32) by supplying protective layer components in the form of a protective layer alloy (38) and melting with a laser beam (22). The protective layer (18) is bonded to the copper material (10) by melting of the copper material in the application surface region. Also claimed is a workpiece of copper material which is surface fused to a protective layer consisting of several adjacent coating beads.

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 der DE-A-34 15 050 ist es beispielsweise bekannt, zur Oberflächenveredelung von Kupferwerkstoffen zunächst die gewünschte Schicht durch beispielsweise thermisches Spritzen, galvanische Verfahren oder PVD-Verfahren aufzutragen 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 bestehen jedoch aufgrund der unterschiedlichen Benetzbarkeit der Beschichtung und des Kupferwerkstoffs sowie der unterschiedlichen Wärmeleitkoeffezienten große Probleme, so daß nur Einzelspuren umgeschmolzen werden können und keine durchgehende flächenhafte verschleißfeste Beschichtung erreichbar ist.From DE-A-34 15 050 it is known, for example, to first apply the desired layer for surface refinement of copper materials by, for example, thermal spraying, galvanic processes or PVD processes and then to remelt or melt with laser radiation in order to ensure firm adhesion of the Layer on the copper material and also remove the pores. With this method, however, there are great problems due to the different wettability of the coating and the copper material and the different thermal conductivity coefficients, so that only individual traces can be remelted and no continuous, flat, wear-resistant coating can be achieved.

Darüber hinaus ist ferner ein einstufiger Beschichtungsprozeß 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, a one-stage coating process is known in which the coating is applied directly in a single process step and melted with laser radiation. For this, high powers are required on the one hand, and on the other hand a laser deep welding effect occurs, which leads to the fact that the Copper material is melted to a relatively great depth and the melted copper becomes part of the protective layer, so that the hardness of the protective layer is insufficient.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Versehen der Oberfläche von Kupferwerkstoff mit einer Schutzschicht derart zu verbessern, daß die Schutzschicht einerseits eine ausreichende Härte aufweist und außerdem auf großen Flächen flächendeckend auftragbar ist.The invention is therefore based on the object of improving a method for providing the surface of copper material with a protective layer in such a way that the protective 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 durch Auftragen einer Deckschichtlegierung mit einer Deckschicht versehen wird und daß anschließend im Bereich einer Auftragfläche die Schutzschicht durch Zufuhr von Schutzschichtkomponenten in Form einer Schutzschichtlegierung und deren Aufschmelzen mit Laserstrahlung aufgetragen und durch ein im wesentlichen im Bereich der Auftragfläche erfolgendes Anschmelzen des Kupferwerkstoffs mit diesem verbunden wird.This object is achieved according to the invention in a method of the type described in the introduction in that the copper material is provided with a cover layer by applying a cover layer alloy and in that the protective layer is then applied in the area of an application surface by supplying protective layer components in the form of a protective layer alloy and melting them with laser radiation and is connected to the copper material by melting it essentially in the area of the application surface.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß durch das Versehen des Kupferwerkstoffs mit der Deckschicht dessen optische Eigenschaften für die Laserstrahlung 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 Auftragfläche und somit eine innige Verbindung zwischen der Schutzschicht und dem Kupferwerkstoff, insbesondere mit einem metallurgischen Verbund zum Kupferwerkstoff, herstellbar ist.The advantage of the method according to the invention can be seen in the fact that by providing the copper material with the cover layer, its optical properties for the laser radiation are changed, so that on the one hand melting of the components of the protective layer is possible with the laser radiation, and on the other hand also a melting of the Copper material in the area of the application surface and thus an intimate connection between the protective layer and the copper material, in particular with a metallurgical composite to the copper material, can be produced.

Vorzugsweise wird mit dem Laserstrahl durch Aufschmelzen der Deckschicht und geringfügiges Anschmelzen des Kupferwerkstoffs ein Schmelzbad erzeugt, in welches dann die die Schutzschicht bildende Schutzschichtlegierung eingebracht wird, wobei die Schutzschichtlegierung entweder direkt in dem Schmelzbad erschmolzen wird oder vor Auftreffen in dem Schmelzbad durch den Laserstrahl aufgeheizt oder erschmolzen wird und in dem Schmelzbad zusammen mit den Komponenten der Deckschicht die Schutzschicht gebildet wird.A melting bath is preferably produced with the laser beam by melting the cover layer and slightly melting the copper material, into which the protective layer alloy forming the protective layer is then introduced, the protective layer alloy either being melted directly in the melting bath or being heated by the laser beam before it hits the melting bath or is melted and the protective layer is formed in the weld pool together with the components of the cover layer.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Deckschicht aus die Eigenschaften der Schutzschicht nicht beeinträchtigendem 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 is made of a material that does not impair the properties of the protective layer, since in this case an installation of the material of the cover layer in the protective layer has no negative effects on its 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 material which is inert to the mechanical properties of the protective layer.

Das Material der Deckschicht kann dabei entweder so ausgewählt sein, daß es unverändert in die Schutzschicht eingebaut wird oder so, daß es beim Auftragen der Schutzschicht miterschmolzen wird.The material of the cover layer can either be selected so that it is incorporated unchanged into the protective layer or so that it is melted when the protective layer is applied.

In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn die Deckschicht Komponenten der Schutzschicht aufweist, so daß durch das Miterschmelzen der Deckschicht bereits Komponenten der Schutzschicht in Form einer Schmelze vorliegen.In this case, it is particularly advantageous if the cover layer has components of the protective layer, so that components of the protective layer are already present in the form of a melt due to the melting of the cover layer.

Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, daß die Deckschicht und die Schutzschicht dieselben Komponenten, vorzugsweise in derselben Zusammensetzung, aufweisen. In diesem Fall verbinden sich Deckschicht und das zur Bildung der Schutzschicht zugeführte Material problemlos zu einer einheitlichen jetzt die Schutzschicht bildenden Schicht.A particularly preferred embodiment provides that the cover layer and the protective layer have the same components, preferably in the same composition. In this case, the cover layer and the material supplied to form the protective layer combine without problems to form a uniform layer which now forms the protective layer.

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 cover layer serves to change the laser radiation absorption of the copper material in such a way that it no longer reflects the laser radiation or only reflects it to a small extent.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Deckschicht die Laserstrahlungsabsorption derart verändert, daß die Deckschicht und der Kupferwerkstoff im Bereich der Auftragfläche 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 Kupferwerkstoff zusammenzieht.It is particularly advantageous if the cover layer changes the laser radiation absorption in such a way that the cover layer and the copper material are melted together in the area of the application surface. This has the great advantage that the cover layer as such is not melted separately in front of the copper material and, as a result of different wetting conditions, the cover layer contracts as a melt on the unmelted copper material.

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 be melted by the laser radiation at the same time as the copper material.

Die Dicke der Deckschicht beträgt beispielsweise ungefähr 100 bis ungefähr 300 µm, während die gesamte sich bildende Schutzschicht in der Größenordnung von ungefähr 1 bis ungefähr 3 mm, vorzugsweise 2 mm liegt.The thickness of the cover layer is, for example, approximately 100 to approximately 300 μm, while the entire protective layer that forms is in the order of approximately 1 to approximately 3 mm, preferably 2 mm.

Die als Deckschicht aufgetragene Masse der Legierung steht zur Masse der danach aufgebrachten Schutzschichtlegierung in einem Verhältnis von ungefähr 1 zu 3 bis ungefähr 1 zu 5. Vorzugsweise ist die Deckschicht so ausgebildet, daß sie eine thermische Spritzschicht ist und einer thermischen Spritzschicht im erfindungsgemäßen Sinne wird beispielsweise eine Flammspritzschicht oder eine Plasmaspritzschicht oder eine Vakuumspritzschicht oder eine Hochgeschwindigkeits-Flammspritzschicht oder eine ähnliche Schicht verstanden.The mass of the alloy applied as a covering layer is in a ratio of approximately 1 to 3 to approximately 1 to 5 to the mass of the protective layer alloy subsequently applied. The covering layer is preferably designed such that it is a thermal spray layer and becomes a thermal spray layer in the sense of the invention, for example understood a flame spray layer or a plasma spray layer or a vacuum spray layer or a high-speed flame spray layer or a similar layer.

Derartige Schichten lassen sich in einfacher Weise und kostengünstig aufbringen und stellen somit eine vorteilhafte Vorbehandlung des erfindungsgemäß verwendeten Kupferwerkstoffs dar.Such layers can be applied in a simple and inexpensive manner and thus represent an advantageous pretreatment of the copper material used according to the invention.

Im erfindungsgemäßen Sinne wird als Auftragfläche diejenige Fläche verstanden, in welcher ein Auftrag der Schutzschicht erfolgt. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß die Auftragfläche hinsichtlich ihrer Ausdehnung im wesentlichen der Ausdehnung eines sich aus den erschmolzenen Schutzschichtkomponenten bildenden Schmelzbadbereichs beim Auftragen der Schutzschicht entspricht.In the sense of the invention, the application area is understood to be the area in which the protective layer is applied. It is preferably provided that the application area is essentially the same in terms of its extent Expansion of a melt pool area formed from the melted protective layer components corresponds when the protective layer is applied.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren dabei so durchgeführt, daß nebeneinanderliegende Auftragflächen sich überlappen.The method according to the invention is preferably carried out in such a way 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 track. In this case, it is particularly provided that a width of the coating track corresponds to a dimension of the application surface transverse to its longitudinal direction.

Bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lösung wurde beschrieben, daß der Kupferwerkstoff im Bereich der Auftragfläche angeschmolzen wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der Kupferwerkstoff im Bereich der Auftragfläche über eine bestimmte Tiefe als dünne Schicht miterschmolzen wird. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß der Kupferwerkstoff mindestens über eine Tiefe von 10 bis 50 µm miterschmolzen wird.It has already been described in connection with the solution according to the invention that the copper material is melted in the area of the application surface. It is preferably provided that the copper material is melted in the area of the application surface over a certain depth as a thin layer. It is preferably provided that the copper material is melted at least over a depth of 10 to 50 μm.

Um eine besonders vorteilhafte Verankerung der Schutzschicht in dem Kupferwerkstoff zu erreichen, ist beispielsweise vorgesehen, 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.In order to achieve a particularly advantageous anchoring of the protective layer in the copper material, it is provided, for example, that the copper material is melted in a partial area of the application surface by the deep welding effect. In this case, the protective layer extends deep into the copper material in this area and is thus anchored in a form-fitting manner via a nose.

Hinsichtlich der Art der Schutzschichten wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Schutzschicht aus Legierungen gebildet wird, die eine oder mehrere der Komponenten Nickel, Kobalt oder Eisen umfassen.No details have so far been given regarding the type of protective layers. It is preferably provided that the protective layer is formed from alloys which comprise one or more of the components nickel, cobalt or iron.

Vorzugsweise ist ebenfalls vorgesehen, daß die Deckschicht eine Schicht ist, die eine oder mehrere der Komponenten Nickel, Kobalt oder Eisen umfaßt.It is preferably also provided that the cover layer is a layer which comprises one or more of the components nickel, cobalt or iron.

Um rißfreie Schutzschichten zu erhalten, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Kupferwerkstoff zum Auftragen der Schutzschicht vorgewärmt wird, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen ungefähr 100° C und ungefähr 500° C, insbesondere ungefähr zwischen 200° C und ungefähr 400° C.In order to obtain crack-free protective layers, it is particularly advantageous if the copper material is preheated to apply the protective layer, preferably to a temperature between approximately 100 ° C. and approximately 500 ° C., in particular approximately between 200 ° C. and approximately 400 ° C.

Vorzugsweise wird dabei das ganze Werkstück erwärmt. 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.The entire workpiece is preferably heated. In addition, the invention relates to a workpiece made of a copper material provided with a protective layer, which according to the invention is characterized in that the copper material is melted on the surface in the area of overlap by the protective layer and that the protective layer is formed from a plurality of coating traces lying side by side.

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 is positively anchored in the copper material in a partial area of its overlap of the workpiece with a nose.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens und einer erfindungsgemäßen Schutzschicht.Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the drawing of an embodiment of a method according to the invention and a protective layer according to the invention.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1
eine schematische Darstellung eines ersten Verfahrensschritts zum Aufbringen einer Deckschicht;
Fig. 2
eine schematische Darstellung eines zweiten Verfahrensschritts zum Aufbringen der Schutzschicht;
Fig. 3
einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Spur einer Schutzschicht quer zur Bewegungsrichtung beim Aufbringen derselben;
Fig. 4
einen Querschnitt, in Ansicht ähnlich Fig. 3, durch mehrere, nebeneinanderliegende Spuren von Schutzschichten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 5
eine exemplarische Darstellung der Oberflächenhärte bei der Schutzschicht gemäß Fig. 4;
Fig. 6
einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Spur einer Schutzschicht quer zur Bewegungsrichtung beim Aufbringen derselben ähnlich Fig. 3 und
Fig. 7
einen Querschnitt durch mehrere nebeneinanderliegende Spuren von Schutzschichten gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und ähnlich Fig. 4.
The drawing shows:
Fig. 1
a schematic representation of a first method step for applying a cover layer;
Fig. 2
a schematic representation of a second process step for applying the protective layer;
Fig. 3
a cross section through a first embodiment of a trace of a protective layer transverse to the direction of movement when applying the same;
Fig. 4
a cross section, in a view similar to Figure 3, through several, adjacent tracks of protective layers according to the first embodiment.
Fig. 5
an exemplary representation of the surface hardness in the protective layer of FIG. 4;
Fig. 6
a cross section through a second embodiment of a trace of a protective layer transverse to the direction of movement when applying the same similar to Fig. 3 and
Fig. 7
3 shows a cross section through several adjacent tracks of protective layers according to the second exemplary 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 Oberfläche 12 mit einer auf dieser aufgetragenen Deckschicht 14 versehen.In one exemplary 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 Spritzschichten 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 Schutzschicht 18 für die Oberfläche 12 des Werkstücks 10 in einer Laserbeschichtungsanlage 20, welche einen eine Laserstrahlung 22 erzeugenden Hochleistungslaser 24 aufweist und einen Bearbeitungskopf 26 mit einer Fokussieroptik 28, welche die aus dem Hochleistungslaser 24 kommende Laserstrahlung 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 welchem die Schutzschicht 18 sich durch Abkühlen abscheidet, wobei das Schmelzbad 32 in einer Bewegungsrichtung 34 parallel zur Oberfläche 12 des Werkstücks 10 wandert und dem Schmelzbad 32 über einen als Ganzes mit 36 bezeichneten Beschichtungsmodul die einzelnen Komponenten der Schutzschicht 18 im wesentlichen in Form eines Pulverstrahls 38 zugeführt werden, wobei dieser Pulverstrahl 38 noch von einer inerten Atmosphäre, vorzugsweise einem Schutzgasmantel aus beispielsweise Helium und/oder Argon, beispielsweise zugeführt mit einem Durchsatz von 5 - 50 l/min, umgeben ist. Hierzu ist zusätzlich noch ein den Beschichtungsmodul 36 versorgendes Pulverfördersystem 40 vorgesehen.After the surface 12 of the workpiece 10 has been provided with the cover layer 14, a protective layer 18 for the surface 12 of the workpiece 10 is applied in a laser coating system 20, which has a high-power laser 24 generating laser radiation 22 and a processing head 26 with focusing optics 28, which images the laser radiation 22 coming from the high-power laser 24 onto a focal spot 30. The laser radiation 22 creates a weld pool 32 in the area of the focal spot 30, in which all components of the later protective layer 18 are melted and from which the protective layer 18 is separated by cooling, the weld pool 32 in a direction of movement 34 parallel to the surface 12 of the workpiece 10 migrates and the melt pool 32 is supplied with the individual components of the protective layer 18 essentially in the form of a powder jet 38 via a coating module designated as 36, this powder jet 38 still from an inert atmosphere, preferably a protective gas jacket made of, for example, helium and / or argon , for example supplied with a throughput of 5-50 l / min, is surrounded. 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 Nickelbasislegierung, es können aber auch andere Legierungen als Schutzschicht herangezogen werden, beispielsweise Legierungen 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 the 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 Schutzschicht 18 übergegangen ist, sondern zusätzlich im Bereich einer Tiefe T unterhalb der Oberfläche 12 der Kupferwerkstoff 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 unterhalb der Oberfläche 12 wird eine feste Haftung der Schutzschicht 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 track 42 is shown in FIG. 3, the cover layer 14 still being recognizable on both sides of an edge of the track 42, characterized 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 melted and passed into the protective layer 18, but also in the area of a depth T below the surface 12 the copper material of the workpiece 10 itself was 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 the surface 12 creates a firm adhesion of the protective layer 18 on the workpiece 10, so that the protective layer 18, which is known from the prior art, no longer flakes off can.

Darüber hinaus ist vorzugsweise der Brennfleck 30 so ausgebildet, 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 designed such that a deep welding effect of the laser radiation 22 occurs in a narrow central area S of the track 42 and thus the material of the workpiece 10 is melted even deeper in this area S, to a depth TN , 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 Härteeigenschaften, 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 hineinverlaufend 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 as far as the depth of the workpiece 10, the hardness remains approximately constant, namely over the thickness D of Protective layer 18, and then on the hardness of the material of the workpiece 10 itself, ie the copper material.

Ferner ist bei einer derartigen Schutzschicht 18, abgesehen von der Nase 48, das Werkstück 10 bis in eine Tiefe T unterhalb der ursprünglichen Oberfläche von ungefähr 10 bis ungefähr 100 µm, vorzugsweise ungefähr 50 bis ungefähr 100 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 Verbindung zwischen der Schutzschicht 18 und dem Werkstück 10 herstellbar.Furthermore, with such a protective layer 18, apart from the nose 48, the workpiece 10 has melted to a depth T below the original surface of approximately 10 to approximately 100 μm, preferably approximately 50 to approximately 100 μm. This material of the workpiece 10 has been absorbed in the protective layer 18. This melting of the workpiece 10 at a shallow depth below the surface 12 already enables an intimate connection between the protective layer 18 and the workpiece 10.

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 Deckschicht 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 Werkstücks 10 herzustellen.In a second exemplary embodiment of a protective layer 18 'applied in the form of a track 42', as shown in FIG. 6, the cover layer 14 can also be seen on both sides of an edge of the track 42, characterized by lines 44 and 46, and furthermore is also shown in the area of a width B of the track 42 'not only melted the cover layer 14 and also passed 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 copper material to manufacture the workpiece 10.

Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel fehlt jedoch die Ausbildung der Nase 48 mittels des Tiefschweißeffekts, so daß die Schicht 18' lediglich mit dem aufgeschmolzenen 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 exemplary embodiment, however, the formation of the nose 48 by means of the deep-welding effect is absent, so that the layer 18 'only adheres firmly to the workpiece 10 with the melted-on region with the depth T and the metallurgical bond that forms and the protective layer flakes off 18 'can no longer take place.

Mit der Schutzschicht 18' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel 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 Miterschmelzen des Kupferwerkstoffs des Werkstücks 10 im Bereich der Tiefe T (vorzugsweise ungefähr 50 bis ungefähr 100µm) auf dem Werkstück 10 haftet, ohne daß die Ausbildung der Nasen 48 erforderlich ist.With the protective layer 18 'according to the second exemplary embodiment, it is also possible, as shown in FIG. 7, to overlap several tracks 42' next to one another, so that these form a continuous, large-area protective layer 18 'on the workpiece 10, which is likewise only via the metallurgical composite, formed by co-melting of the copper material of the workpiece 10 adheres to the workpiece 10 in the region of the depth T (preferably approximately 50 to approximately 100 μm) without the formation of the lugs 48 being necessary.

Im übrigen ist das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schutzschicht 18' genauso ausgebildet wie das erste Ausführungsbeispiel, so daß bezüglich weiterer Merkmale vollinhaltlich auf das erste Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann.Otherwise, the second exemplary embodiment of the protective layer 18 ′ according to the invention is designed in exactly the same way as the first exemplary embodiment, so that full reference can be made to the first exemplary embodiment with regard to further features.

Sowohl beim ersten als auch beim zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schutzschicht können folgende Kupferwerkstoffe Verwendung finden.The following copper materials can be used both in the first and in the second exemplary embodiment of the protective layer according to the invention.

reines Kupferpure copper

  • sauerstoffhaltig (für E-Technik) z.B. E-Cu 58 (DIN 1787)containing oxygen (for electrical engineering) e.g. E-Cu 58 (DIN 1787)
  • sauerstoffrei (für Apparatebau) z.B. SF-Cu (DIN 1787)oxygen-free (for apparatus construction) e.g. SF-Cu (DIN 1787)
niedriglegierte Kupferwerkstoffelow-alloy copper materials

(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)
(Concentration of alloying elements <1%, balance Cu)
  • hardenable wrought alloy e.g. CuCrZr (DIN 17666)
  • not hardenable wrought alloy e.g. CuTeP (DIN 17666)
  • hardenable cast alloy e.g. G-CuCr (DIN 17655)

Kupfer-Zink-Legierung (DIN 17660) Copper-zinc alloy (DIN 17660)

  • ohne weitere Legierungselemente (5 - 40% Zn, Rest Cu)without further alloying elements (5 - 40% Zn, rest Cu)
  • mit Blei (0,5 - 3% Pb, ca. 40% Zn, Rest Cu)with lead (0.5 - 3% Pb, approx. 40% Zn, rest Cu)
  • mit weiteren Legierungselementen (Al, Mn, Sn, Fe, Ni, Pb, As)with other alloying elements (Al, Mn, Sn, Fe, Ni, Pb, As)
Kupfer-Zinn-Legierung (DIN 17662) Copper-tin alloy (DIN 17662)

(2 - 5% Sn, bis 0,4% P, Rest Cu)(2 - 5% Sn, up to 0.4% P, balance Cu)

Kupfer-Nickel-Legierung (DIN 17664) Copper-nickel alloy (DIN 17664)

(9,5 - 44% Ni, Sn, Fe, Mn, Rest Cu)(9.5 - 44% Ni, Sn, Fe, Mn, balance Cu)

Kupfer-Aluminium-Legierung (DIN 17665) Copper-aluminum alloy (DIN 17665)

(5 - 11% Al, As, Fe, Mn, Ni, Rest Cu)(5 - 11% Al, As, Fe, Mn, Ni, rest Cu)

Ferner kommt vorzugsweise eine Deckschicht mit einer Dicke von 100 bis 500 µm, vorzugsweise ungefähr 300 bis ungefähr 500 µm, aufgebracht als thermische Schutzschicht zum Einsatz, für die folgende Legierungen Verwendung finden können:Furthermore, a cover layer with a thickness of 100 to 500 μm, preferably approximately 300 to approximately 500 μm, is preferably applied as a thermal protective layer, for which the following alloys can be used:

Nickel-Basis-LegierungNickel based alloy

   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 Ni
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

EisenbasislegierungIron-based alloy

   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 Fe
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-LegierungCobalt-based alloy

   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 Co
Die Schutzschicht wird mit einer Dicke D von mindestens 100 bis 300µm, vorzugsweise ungefähr 1 bis ungefähr 3 mm, bevorzugterweise ungefähr 1 bis ungefähr 2 mm, aufgebracht, wobei vorzugsweise ebenfalls die Nickelbasislegierung oder die Kobaltbasislegierung oder die Eisenbasislegierung wie vorstehend angegeben, Verwendung finden.
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
The protective layer is applied with a thickness D of at least 100 to 300 μm, preferably approximately 1 to approximately 3 mm, preferably approximately 1 to approximately 2 mm, preferably also using the nickel-based alloy or the cobalt-based alloy or the iron-based alloy as stated above.

Die Schutzschicht ist im Fall des Auftragens einer Legierung als Deckschicht und des späteren Auftragens derselben Legierung zur Bildung der Schutzschicht eine homogen durchmischte Schicht die auch die Legierung der Deckschicht mitumfaßt.The protective layer is a homogeneously mixed layer in the case of applying an alloy as a cover layer and later applying the same alloy to form the protective layer, which layer also includes the alloy of the cover layer.

Claims (17)

Verfahren zum Beschichtender Oberfläche von Kupferwerkstoffen mit einer Schutzschicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupferwerkstoff durch Auftragen einer Deckschichtlegierung mit einer Deckschicht versehen wird und daß anschließend im Bereich einer Auftragfläche die Schutzschicht durch Zufuhr von Schutzschichtkomponenten in Form einer Schutzschichtlegierung und deren Aufschmelzen mit Laserstrahlung aufgetragen und durch ein im wesentlichen im Bereich der Auftragfläche erfolgendes Anschmelzen des Kupferwerkstoffs mit diesem verbunden wird.Process for coating the surface of copper materials with a protective layer, characterized in that the copper material is provided with a cover layer by applying a cover layer alloy and that the protective layer is then applied in the area of an application surface by supplying protective layer components in the form of a protective layer alloy and melting them with laser radiation and by an essentially melting of the copper material in the area of the application surface is connected to it. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus die Eigenschaften der Schutzschicht nicht beeinträchtigendem Material ist.A method according to claim 1, characterized in that the cover layer is made of material which does not impair the properties of the protective layer. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus für die mechanischen Eigenschaften der Schutzschicht inertem Material ist.Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the cover layer is made of material which is inert to the mechanical properties of the protective layer. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Deckschicht beim Auftragen der Schutzschicht miterschmolzen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the cover layer is also melted when the protective layer is applied. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus einem Material ist, welches Schutzschichtkomponenten umfaßt.A method according to claim 4, characterized in that the cover layer is made of a material which comprises protective layer components. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht derart die Laserstrahlungsabsorption verändert, daß die Deckschicht und der Kupferwerkstoff im Bereich der Auftragfläche gemeinsam erschmolzen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cover layer changes the laser radiation absorption in such a way that the cover layer and the copper material are melted together in the area of the application surface. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht in Form einer thermischen Spritzschicht auf die Oberfläche des Kupferwerkstoffs aufgetragen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cover layer is applied to the surface of the copper material in the form of a thermal spray layer. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragfläche hinsichtlich ihrer Ausdehnung im wesentlichen der Ausdehnung eines sich aus den erschmolzenen Schutzschichtkomponenten bildenden Schmelzbadbereichs entspricht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the application area essentially corresponds in terms of its extent to the extent of a melt pool region formed from the melted protective layer components. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nebeneinanderliegende Auftragflächen sich überlappen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that adjacent application surfaces overlap. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß nebeneinanderliegende Auftragflächen eine Beschichtungsspur bilden.Method according to claim 9, characterized in that adjacent application surfaces form a coating track. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupferwerkstoff im Bereich der Auftragfläche über eine bestimmte Tiefe als dünne Schicht miterschmolzen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the copper material is melted in the area of the application surface over a certain depth as a thin layer. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupferwerkstoff in einem Teilbereich der Auftragfläche durch den Tiefschweißeffekt erschmolzen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the copper material is melted in a partial area of the application surface by the deep welding effect. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus einer Legierung gebildet wird, die eine oder mehrere der Komponenten Nickel, Kobalt oder Eisen umfaßt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the protective layer is formed from an alloy which comprises one or more of the components nickel, cobalt or iron. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus einer Legierung gebildet wird, die eine oder mehrere der Komponenten Nickel, Kobalt oder Eisen umfaßt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cover layer is formed from an alloy which comprises one or more of the components nickel, cobalt or iron. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupferwerkstoff zum Auftragen der Schutzschicht vorgewärmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the copper material is preheated to apply the protective layer. Werkstück aus einem mit einer Schutzschicht versehenen Kupferwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupferwerkstoff im Bereich der Überdeckung durch die Schutzschicht oberflächlich angeschmolzen ist und die Schutzschicht aus mehreren nebeneinanderliegenden Beschichtungsspuren gebildet ist.Workpiece made of a copper material provided with a protective layer, characterized in that the copper material is melted on the surface in the area of the overlap by the protective layer and the protective layer is formed from a plurality of coating traces lying side by side. Werkstück nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht in einem Teilbereich ihrer Überdeckung des Werkstücks mit einer Nase formschlüssig in den Kupferwerkstoff verankert ist.Workpiece according to claim 16, characterized in that the protective layer is anchored in a form-fitting manner in the copper material in a partial area of its overlap of the workpiece.
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