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    公开号:WO1989010434A1
    申请号:PCT/DE1989/000229
    申请日:1989-04-14
    公开日:1989-11-02
    发明作者:Erich Hodes；Ulrich Engel
    申请人:Glyco-Metall-Werke Daelen & Loos Gmbh；
    IPC主号:C23C26-00
    专利说明:
    [0001] Schichtwerkstoff oder Schichtwerkstück mit einer auf einer Trägerschicht angebrachten Funktionsschicht, insbesondere Gleitschicht mit der Struktur einer festen, aber schmelzbaren Dispersion
    [0002] 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.
    [0003] 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.
    [0004] 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.
    [0005] 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.
    [0006] 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.
    [0007] 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.
    [0008] 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.
    [0009] 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.
    [0010] 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.
    [0011] 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.
    [0012] 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 .
    [0013] 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.
    [0014] 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
    [0015] rA/rß= 1,225
    [0016] ist.
    [0017] 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 ..
    [0018] 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.
    [0019] 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
    [0020] Gemenges in einer Oberflächenregioπ erhitzt und sofort wieder mit einer
    [0021] 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-
    [0022] 3 7 2 stungsdichten des Laserstrahls zwischen 10 und 10 W/cm und örtliche
    [0023] -9
    [0024] 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.
    [0025] 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
    [0026] 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.
    [0027] 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 .
    [0028] Es können jedoch auch andere Gaslaser, z.B. He-Ne-Laser, oder Festkörperla¬ ser und Halbleiterlaser im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden.
    [0029] 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;
    [0030] Fig. 2 einen schliffbildartigeπ Ausschnitt aus einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffs und
    [0031] Fig. 3 einen schliffbildartigen Ausschnitt aus einer anderen Ausfüh¬ rungsform des erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffs.
    [0032] 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.
    [0033] 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.
    [0034] 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.
    [0035] Die Laserstrahl-Röhre 11 kann für Leistungsdichte des Laserstrahls zwischen
    [0036] 3 7 2 10 und 10 W/cm ausgelegt sein, wobei die Koordiπaten-Führungseinrichtung
    [0037] 13 derart ausgelegt oder streubar ist, daß sei beim Vorschub des Brenn¬ flecks eine Einwirkungsdauer des Laserstrahls 15 auf den Breππfleck 16
    [0038] -9 zwischen 10 s bis 10 s ermöglicht.
    [0039] 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.
    [0040] 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.
    [0041] 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.
    [0042] 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.
    [0043] 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.
    [0044] 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.
    [0045] 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.
    [0046] 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.
    [0047] 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.
    [0048] 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.
    权利要求:
    ClaimsP 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.
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DEP3813802.6||1988-04-13||
    DE3813802A|DE3813802C2|1988-04-23|1988-04-23||BR898906922A| BR8906922A|1988-04-23|1989-04-14|Material estratificado ou peca estraficada com uma camada funcional aplicada sobre uma camada de suporte; especialmente camada deslizante com e estrutura de uma dispersao solida,porem fundivel|
    KR1019890702429A| KR900700655A|1988-04-13|1989-04-14|지지층 위에 피복되는 기능층, 특히 고체이지만 가용성 분산인 조직을 가진 미끄름층을 포함하는 적층물 또는 적층체|
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