DE3721008A1

DE3721008A1 - Sandwich material or sandwich material element, and process for manufacturing it by vacuum-plasma spraying

Info

Publication number: DE3721008A1
Application number: DE19873721008
Authority: DE
Inventors: Erich Dr Hodes; Ulrich Dr Engel
Original assignee: GLYCO METALL WERKE; Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
Current assignee: GLYCO METALL WERKE; Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
Priority date: 1987-06-25
Filing date: 1987-06-25
Publication date: 1988-10-20
Also published as: DE8717379U1

Abstract

A sandwich material or sandwich material element having a functional layer of metallic dispersion alloy, applied directly or via an interlayer to a base layer, is considerably improved by the alloy components of the dispersion alloy being united in the functional layer as fine particles in a fixed mixing ratio with respect to one another and in random distribution in lamella-free and virtually pore-free association held together by mutual adhesion. This can be achieved by applying the functional layer by vacuum-plasma spraying (VPS). At the same time, dispersion hardening can be achieved by incorporating hard particles in the form of very fine particles, possibly by generating said hard very fine particles by reactive vacuum-plasma spraying and incorporating them in the rescent state into the functional layer, for example Al2O3 particles by adding oxygen to the plasma in the case of vacuum-plasma spraying of dispersion alloy containing aluminium. An additional treatment (after-treatment, secondary treatment, finishing treatment) of the functional layer generated by vacuum-plasma spraying is generally unnecessary, except for optional smoothing of the surface in a dressing-rolling (skin pass rolling) pass. There are advantages in the prior preparation of an alloy powder to be fed to the vacuum-plasma spraying process, by mixing and agglomerating the comminuted alloy components, optionally with admixture of the very fine hard-material particles.

Description

Die Erfindung betrifft Schichtwerkstoff und Schichtwerkstoff elemente, wie Gleitlagerelemente, mit einer direkt oder über eine Zwischenschicht auf einer Trägerschicht ange brachten Funktionsschicht aus einer Dispersionslegierung mit mindestens zwei, zumindest zum Teil metallischen Legierungsbestandteilen, die mindestens in festem Zustand Mischungslücken zueinander aufweisen, wie Aluminium/Blei-, Aluminium/Zinn-, Kupfer/Blei-Dispersionslegierung u.dgl. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen von solchem Schichtwerkstoff durch Vakuum-Plasma-Spritzen.The invention relates to layer material and layer material elements, such as plain bearing elements, with a direct or via an intermediate layer on a carrier layer brought functional layer from a dispersion alloy with at least two, at least partially metallic Alloy components, at least in the solid state Mix gaps to each other, such as aluminum / lead, Aluminum / tin, copper / lead dispersion alloy and the like The invention further relates to a method for manufacturing of such layer material by vacuum plasma spraying.

Aus DE-OS 26 56 203 sind ein beispielsweise zu Gleitlager elementen verarbeitbarer Schichtwerkstoff mit Trägerschicht und Auflageschicht aus metallischer Dispersionslegierung sowie ein Verfahren zum Herstellen von solchem Schichtwerk stoff durch thermokinetisches Plattieren bekannt. Dabei soll die Dispersionslegierung, beispielsweise Aluminium/Blei- Dispersionslegierung, durch an der Luft-Atmosphäre durch zuführendes Flammspritzen, Lichtbogenspritzen oder Plasma spritzen auf eine mit Rauhgrund versehene oder eine durch den Rauhgrund allein gebildete Trägerschicht aufgebracht und dann zusammen mit der Trägerschicht mechanisch verdichtet werden. Ein ähnlicher Schichtverbundwerkstoff und ein ähnliches Herstellungsverfahren sind auch aus GB-PS 10 83 003 bekannt, bei welchen solche Funktionsschichten, die aus Metallen mit stark unterschiedlichen spezifischen Gewichten, wie z.B. Aluminium und Blei, bestehen, diese mit Hilfe von getrennten Spritzvorrichtungen auf den Trägerkörper aufzu spritzen sind. Die aus DE-OS 26 56 203 und GB-PS 10 83 003 bekannten Herstellungsverfahren lassen jedoch nur geringe Variationen der Zusammensetzung der Dispersionslegierung in den aufeinanderfolgenden Dickenbereichen der Funktions schicht zu. Zur Verbesserung ist daher aus DE-OS 32 42 543 bekannt, bei einem Schichtwerkstoff mit Funktionsschicht aus metallischer Dispersionslegierung, wie Aluminium/Blei- Dispersionslegierung, ein über die Dicke der Funktions schicht variiertes Verhältnis der Legierungsbestand teile vorzusehen. Die Anteilszunahmen zumindest eines der Legierungsbestandteile mit zunehmendem Abstand von der Trägerschicht innerhalb der Funktionsschicht kann dabei kontinuierlich bis zu einem vorher festgelegten Maximalanteil verlaufen. Die Herstellung solcher Schicht werkstoffe mit Funktionsschicht, in der die Anteile der Legierungsbestandteile über die Dicke der Funktionsschicht variiert sind, kann gemäß DE-OS 32 42 543 mit mehreren, aufeinanderfolgenden Spritzgängen erfolgen, wobei in diesen Spritzgängen unterschiedliche Gemische der pulverförmigen Legierungsbestandteile zugeführt werden.From DE-OS 26 56 203 are for example a plain bearing elements processable layer material with carrier layer and support layer made of metallic dispersion alloy and a method for producing such layering known by thermokinetic plating. Here should the dispersion alloy, for example aluminum / lead Dispersion alloy, through through in the air atmosphere supplying flame spraying, arc spraying or plasma spray on a rough-ground or through the rough layer alone applied carrier layer applied and then mechanically compacted together with the carrier layer will. A similar layered composite and a Similar manufacturing processes are also from GB-PS 10 83 003 known in which such functional layers, which from Metals with very different specific weights, such as. Aluminum and lead are made with the help of separate spray devices on the carrier body are inject. From DE-OS 26 56 203 and GB-PS 10 83 003 known manufacturing processes, however, leave only a small number Variations in the composition of the dispersion alloy in the successive thickness ranges of the function layer to. To improve is therefore from DE-OS 32 42 543 known for a layer material with a functional layer made of metallic dispersion alloy, such as aluminum / lead Dispersion alloy, one on the thickness of the functional layer varied ratio of alloy inventory to provide parts. The share increases at least one of the alloy components with increasing distance from the carrier layer within the functional layer can thereby continuously up to a predetermined one Maximum share run. The production of such a layer materials with a functional layer in which the proportions of Alloy components on the thickness of the functional layer can be varied according to DE-OS 32 42 543 with several successive spray coats take place, in these Different powdery mixtures Alloy components are supplied.

Bei allen diesen bekannten Schichtwerkstoffen und Her stellungsverfahren sind durch das thermokinetische Auf bringen an Luft-Atmosphäre bedingter Mängel unvermeidbar. Die Spritzteilchen dürfen dabei zur Vermeidung übermäßiger Oxidation einen Mindestwert des Verhältnisses von Volumen zu Oberfläche, also eine Mindestgröße nicht unterschreiten, und ordnen sich dadurch beim thermokinetischen Aufbringen laminar in der Schicht an, wenn sie mit durchaus beachtlicher kinetischer Energie auf die praktisch kalte Oberfläche des Substrats greifen und sich dabei unter relativ schneller Abkühlung auf dieser Oberfläche ausbreiten, abplatten oder zerspritzen. Es hat sich gezeigt, daß bei dynamischer Beanspruchung von Gleit- bzw. Reibelementen, die aus solchem Schichtwerkstoff hergestellt werden, ein frühzeitiges Versagen erfolgen kann, und zwar vorwiegend an den Grenz flächen zwischen den einzelnen laminar angeordneten Par tikeln innerhalb der Funktionsschicht. Außerdem führt die beim thermokinetischen Spritzen an Luft erfolgende Oxidation der Metallteilchen und den darauffolgenden Einbau der gebildeten Oxide in die Funktionsschicht zu unzulässiger und unkontrollierbarer oder zumindest nicht ausreichend reproduzierbarer Erhöhung der Härte der Funktionsschicht. Werden beispielsweise auf Aluminiumgrundlage gebildete Dispersionslegierungen an Luft thermokinetisch aufgebracht, so werden hierbei durchaus erhebliche Mengen an Aluminium oxid erzeugt. Es treten dabei hohe, z.T. über 120 HB liegende Härten in Funktionsschichten auf, die über die für Gleit und Reibelemente notwendigen Anpassungsfähigkeiten an den Reibpartnern während der Einlaufperiode des tribologischen Systems weit hinausgehen. Solche Gleit- und Reibelemente, deren Gleit- bzw. Reibschicht durch thermokinetisches Auf bringen von Aluminium-Dispersionslegierung an Luft ge bildet worden sind, neigen deshalb in hohem Maße zum Fressen, insbesondere in der Einlaufperiode. Durch die übermäßige Erhöhung der Härte wird auch bei den durch thermokinetisches Aufbringen von Aluminium-Dispersionslegierung an Luft gebildeten Gleitelementen die von Gleitwerkstoffen geforderte Einbettfähigkeit für Fremdpartikel, die im Ölkreislauf mitgeführt werden, übermäßig vermindert. Es tritt vermehrt Riefenbildung in der Gleitfläche des Gleit- bzw. Reib elementes auf.With all these known layer materials and Her Positioning procedures are due to the thermokinetic bring inevitable defects in air-atmosphere. The spray particles are allowed to avoid excessive Oxidation a minimum value of the ratio of volume to surface, so do not fall below a minimum size, and thereby arrange themselves in thermokinetic application laminar in the layer, if with quite remarkable kinetic energy on the practically cold surface of the Grasp substrate and do it relatively quickly Spread cooling on this surface, flatten or splash. It has been shown that dynamic Strain of sliding or friction elements from such a layered material can be produced early Failure can occur, mainly at the border areas between the individual laminar arranged par articles within the functional layer. In addition, the Oxidation occurring in air during thermokinetic spraying the metal particles and the subsequent installation of the formed oxides in the functional layer to impermissible and uncontrollable or at least insufficient reproducible increase in the hardness of the functional layer. Are formed, for example, on an aluminum basis Dispersion alloys applied in air thermokinetically, so there are quite considerable amounts of aluminum oxide generated. High, sometimes over 120 HB Harden in functional layers that exceed those for sliding and friction elements necessary adaptability to the Frictional partners during the running-in period of the tribological Systems go far. Such sliding and friction elements, the sliding or friction layer by thermokinetic Auf bring aluminum dispersion alloy in air have a high tendency to eat, especially in the warm-up period. Because of the excessive The hardness is also increased by thermokinetic Application of aluminum dispersion alloy in air formed sliding elements that required by sliding materials Embedding ability for foreign particles in the oil circuit be carried along, excessively reduced. It occurs increasingly Scoring in the sliding surface of the sliding or friction element on.

Denkbar wäre eine Verbesserung durch Abschirmung des Spritzstrahles mittels lnertgas gegenüber der umgebenden Luft; jedoch lassen sich die laminare Anordnung der Bestandteile und übermäßige Erhöhung der Härte an der Funktionsschicht dadurch nicht völlig beheben. Außerdem wird durch das thermokinetische Aufbringen durch den hohen Verbrauch an Inertgas unwirtschaftlich.An improvement by shielding the Spray jet by means of inert gas compared to the surrounding Air; however, the laminar arrangement of the Components and excessive increase in hardness on the This does not completely eliminate the functional layer. Furthermore is due to the thermokinetic application by the high Inert gas consumption uneconomical.

Ein weiterer wesentlicher Mangel hat sich bei den oben angeführten bekannten Schichtwerkstoffen und deren Her stellung durch thermokinetisches Aufspritzen an Luft- Atmosphäre dahingehend gezeigt, daß Porosität in der Funktionsschicht - bis zu etwa 5% - unvermeidlich ist, und dadurch die Dauerfestigkeit so hergestellter Gleitelemente erheblich beeinträchtigende innere Kerbwirkung in der Funktionsschicht auftritt.Another major deficiency has been shown in the known layer materials mentioned above and their manufacture by thermokinetic spraying in an air atmosphere to the extent that porosity in the functional layer - up to about 5% - is unavoidable, and thereby considerably impairing the fatigue strength of the sliding elements produced in this way internal notch effect occurs in the functional layer.

Zur Erzielung einer ausreichenden Haftfestigkeit der an Luft-Atmosphäre thermokinetisch aufgespritzten Funktions schicht wird gemäß DE-OS 26 56 203 empfohlen, einen Rauh grund unter der aufgespritzten Funktionsschicht vorzusehen. Will man diesen Rauhgrund vermeiden, so müßte die Substrat temperatur angehoben werden, was jedoch bei Arbeiten an Luft im Hinblick auf die Oxidationsgefahr bzw. die Bildung spröder, intermetallischer Phasen sowie im Hinblick auf den Schmelzpunkt des weicheren Legierungsbestandteiles, beispielsweise Blei, in hohem Maße problematisch ist, so daß es immer wieder zu Ausfällen und erheblichen Mängeln kommt.To achieve sufficient adhesive strength of the function sprayed thermokinetically in an air atmosphere Layer is recommended according to DE-OS 26 56 203, a rough reason to provide under the sprayed functional layer. If one wants to avoid this rough ground, the substrate would have to temperature can be raised, but this is when working on Air with regard to the risk of oxidation or formation brittle, intermetallic phases and with regard to the melting point of the softer alloy component, lead, for example, is highly problematic, so that there are always failures and significant defects.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schichtwerkstoff der eingangs angesprochenen Art mit einer hinsichtlich ihrer Struktur und ihrer Funktionseigen schaften, wie Gleit- und Reibeigenschaften, Temperaturbe ständigkeit und Einbettfähigkeit für Fremdstoffteilchen sowie hinsichtlich ihrer Bindungseigenschaften zum Substrat wesentlich verbesserten Funktionsschicht zu versehen.In contrast, the invention is based on the object Layer material of the type mentioned at the beginning with a with regard to their structure and their functional characteristics properties, such as sliding and rubbing properties, temperature durability and embedding ability for foreign matter particles as well as their binding properties to the substrate to provide a significantly improved functional layer.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Legierungsbestandteile der Dispersionslegierung als Feinteilchen in festgelegtem Mischungsverhältnis zuein ander und statistischer Verteilung in lamellenfreier und praktisch porenfreier Zusammenlagerung mit gegenseitiger Haftverbindung in der Funktionsschicht vereinigt sind.This object is achieved in that the alloy components of the dispersion alloy as Fine particles in a fixed mixing ratio other and statistical distribution in lamella free and practically non-porous storage with mutual Adhesive connection are combined in the functional layer.

Die aus Feinteilchen durch Zusammenlagerung und gegenseitige Haftverbindung gebildete Funktionsschicht läßt sich mit sehr feinteiliger Struktur frei von sich parallel zur Schicht erstreckenden Lamellen und sehr weitgehend porenfrei ausbilden. Sofern aus solchen Feinteilchen in der Metall matrix verteilte Metalltröpfchen der Dispersionslegierung gebildet werden, sind diese sehr klein ausgebildet und in hohem Maße gleichmäßig in der Matrix verteilt. Wenn überhaupt Oxidteilchen als Hartteilchen in die Funktions schicht eingelagert werden sollen, kann dies im Rahmen der Erfindung in genau dosierbarer und reproduzierbarer Menge und mit sehr kleiner Teilchengröße in Form von Feinstteil chen geschehen, wenn das Aufbringen der Funktionsschicht unter Luftabschluß ausgeführt wird.The made of fine particles by aggregation and mutual Functional layer formed adhesive bond can be with very finely divided structure free of parallel to itself Layer-extending slats and very largely non-porous form. Unless of such fine particles in the metal Matrix distributed metal droplets of the dispersion alloy are formed, they are very small and highly evenly distributed in the matrix. If at all oxide particles as hard particles in the functional should be stored in the shift, this can be done within the Invention in precisely metered and reproducible quantities and with a very small particle size in the form of very fine particles Chen happen when the application of the functional layer is carried out in the absence of air.

Die mit der Erfindung erzielbare Verbesserung in der Struk tur der Funktionsschicht läßt sich in Weiterbildung der Erfindung besonders günstig ausnutzen, wenn das Mischungs verhältnis der Feinteilchen aus den Legierungsbestandteilen über die Dicke der Funktionsschicht variiert ist.The improvement in the structure achievable with the invention The functional layer can be further developed in Take advantage of the invention particularly favorably when the mixture ratio of fine particles from the alloy components is varied over the thickness of the functional layer.

Die Ausbildung bzw. Einlagerung von dispersionsverfestigenden Hartstoff-Feinstteilchen in die Funktionsschicht ist im Rahmen der Erfindung besonders gleichmäßig und besonders gut reproduzierbar. Vor allem wird aber durch diese praktisch gleichmäßige Einlagerung der Hartstoff-Feinstteilchen in die Funktionsschicht ein funktionelles Zusammenwirken erreicht, durch das sich die gewünschten Strukturmerkmale und Eigenschaften der Funktionsschicht in optimaler Weise entwickeln und praktisch über die gesamte Fläche der Funktionsschicht gleichmäßig werden.The formation or storage of dispersion-strengthening Hard material fine particles in the functional layer is in the Framework of the invention particularly uniform and special easily reproducible. Above all, this makes it practical even storage of the fine particles of hard material a functional interaction in the functional layer achieved by the desired structural features and properties of the functional layer in an optimal manner develop and practically cover the entire area of the Functional layer become even.

Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffes bzw. der erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffelemente kann gemäß der Erfindung ein Verfahren benutzt werden, bei welchem die Funktionsschicht durch Vakuum-Plasma-Spritzen (VPS) einer Dispersionslegierung aufgebaut wird, wobei die Legierungsbestandteile in Pulverform in den von der Brenner düse zur Werkstoffoberfläche gerichteten Plasmastrahl eingeführt, die Pulverteilchen der Legierungsbestandteile im Plasmastrahl als Feinteilchen aufgeschmolzen und unter Aufrechterhaltung der vorher festgelegten Temperatur am Werkstück mit kinetischer Energie auf die zu beschichtende Oberfläche gespritzt werden.For the production of the layer material according to the invention or the layered material elements according to the invention according to the invention a method can be used in which the functional layer by vacuum plasma spraying (VPS) of a dispersion alloy, the Alloy components in powder form in the form of the burner nozzle directed towards the material surface introduced the powder particles of the alloy components melted as fine particles in the plasma jet and under Maintaining the predetermined temperature on Workpiece with kinetic energy on the surface to be coated Surface to be sprayed.

In diesem Verfahren können die in die Funktionsschicht einzubringenden Feinteilchen bereits in denjenigen Größen abmessungen vorbereitet und in das Verfahren eingeführt werden, in welchen diese Feinteilchen in der Funktions schicht nachher vorliegen sollen. Dadurch kommt es zum Ineinanderlagern und zu gegenseitiger Haftverbindung der Feinteilchen ohne Laminatbildung. Die Feinteilchen können sich dadurch im erfindungsgemäßen Verfahren praktisch poren frei zusammenlagern. Es lassen sich somit optimale Eigenschaften der Funktionsschicht für ihren jeweiligen Zweck entwickeln. Durch den Aufbau der Funktionsschicht aus in ihren Größenabmessungen bereits vorgebildeten Feinteilchen können diese Feinteilchen auch mit erheblicher kinetischer Energie auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht werden, ohne Gefahr einer Abplattung oder Laminatbildung, so daß die Feinteilchen nahezu in die zu beschichtende Oberfläche hineingeschlagen werden. Dies hat besondere Vorteile nicht allein für den Aufbau der Funktionsschicht, sondern auch für die Haftung und Bindung der Funktionsschicht an der Substratoberfläche.In this procedure, those in the functional layer fine particles to be introduced already in those sizes dimensions prepared and introduced into the process in which these fine particles function layer should be available afterwards. This leads to Interlocking and mutual adhesion of the Fine particles without laminate formation. The fine particles can thereby practically pores in the process according to the invention store freely. It can thus be optimal Properties of the functional layer for their respective Develop purpose. By building the functional layer from pre-formed in their size dimensions Fine particles can also make these fine particles with considerable kinetic energy on the surface to be coated be applied without risk of flattening or Laminate formation, so that the fine particles almost in the surface to be coated are hammered in. This has special advantages not only for the construction the functional layer, but also for liability and Binding of the functional layer to the substrate surface.

In Weiterbildung und Verbesserung kann im erfindungsgemäßen Verfahren vor Beginn der eigentlichen Beschichtung die zu beschichtende Oberfläche durch Beschuß mit Plasma- Ionen mittels eines zwischen der Brennerdüse und dem Werk stück aufrechterhaltenen, unabhängigen, übertragenen Lichtbogens im Sputterverfahren gereinigt und aufgerauht und dabei das Werkstück auf eine vorher festgelegte Tempe ratur gebracht werden. Diese vor dem eigentlichen Beschichten vorgesehene Reinigung und Aufrauhung der die Beschichtung aufnehmenden Oberfläche führt zu einer optimalen Konditionie rung einschließlich optimal einstellbarer Oberflächen temperatur. Der anschließende Beschichtungsprozeß führt dann zu besonders sicherer Bindung der herzustellenden Funktions schicht an die Oberfläche des Substrats, wobei auch mechanische Verklammerung der Funktionsschicht in der Oberfläche des Substrates und die Absättigung freier Ober flächenenergie der gereinigten Trägeroberfläche durch Schichtatome für die Bindung mit herangezogen werden. Diese sind im günstigsten Fall chemosorbiert und ergeben besonders hohe Haftkräfte der durch Vakuum-Plasma-Spritzen aufgebrachten Schicht. Zusätzlich werden für Interdiffusions prozesse günstige Bedingungen erzeugt.In training and improvement in the invention Process before the actual coating begins surface to be coated by bombardment with plasma Ions by means of a between the burner nozzle and the factory piece maintained, independent, transferred Arc sputter cleaned and roughened and the workpiece at a predetermined tempe rature are brought. This before the actual coating Intended cleaning and roughening of the coating receiving surface leads to an optimal condition tion including optimally adjustable surfaces temperature. The subsequent coating process then leads for particularly secure binding of the function to be manufactured layer to the surface of the substrate, also mechanical clamping of the functional layer in the Surface of the substrate and the saturation of free upper surface energy of the cleaned carrier surface Layer atoms are used for the bond. In the best case, these are chemosorbed and result particularly high adhesive forces due to vacuum plasma spraying applied layer. In addition, for interdiffusions processes creates favorable conditions.

In bevorzugter Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der Aufbau der Funktionsschicht mit Dispersions legierung in Vakuum-Plasma-Spritzen (VPS) zusätzlich mit übertragenem Lichtbogen, wenngleich auch im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit besteht, die Beschichtung in reinem Vakuum-Plasma-Spritzen, also ohne übertragenen Lichtbogen auszuführen. Mit Hilfe des übertragenen Licht bogens kann nämlich die Heizwirkung des Plasmastrahls ver stärkt und gesteuert werden, letzteres indem man die dem übertragenen Lichtbogen zugeführte Energie steuert. Es läßt sich so bei Beginn des Beschichtungsvorganges wie auch während des gesamten Ablaufs des Beschichtungs vorganges eine gezielte Temperatur an der jeweils in den Beschichtungsvorgang einbezogenen Oberfläche einstellen, so daß auch im Bereich dieser Oberfläche während des Beschichtungsprozesses Interdiffusionsprozesse ausgeführt werden können. Hierdurch können nicht allein die Haftung der Funktionsschicht an dem Substrat sondern auch der innere Zusammenhalt der Funktionsschicht wesentlich ver bessert werden, und es werden innere Spannungen in der durch Vakuum-Plasma-Spritzen erzeugten Funktionsschicht weitgehend vermieden, bzw. abgebaut.In a preferred embodiment of the method according to the invention the functional layer is built up with dispersions alloy in vacuum plasma syringes (VPS) also with transferred arc, albeit within the scope of Invention there is the possibility of coating in pure vacuum plasma spraying, i.e. without transferred Arc. With the help of the transmitted light arc can namely the heating effect of the plasma jet ver be strengthened and controlled, the latter by the controls energy supplied to the transmitted arc. It can be done at the beginning of the coating process as well as throughout the coating process process a targeted temperature at each in adjust the surface of the coating process, so that even in the area of this surface during the Coating process carried out interdiffusion processes can be. This can not be the only liability the functional layer on the substrate but also the internal cohesion of the functional layer ver be improved and there will be internal tensions in the functional layer produced by vacuum plasma spraying largely avoided or reduced.

Der Aufbau der Funktionsschicht kann im erfindungsgemäßen Ver fahren in der Weise ausgeführt werden, daß man die Legierungsbestandteile der Dispersionslegierung in Pulverform getrennt in den von der Brennerdüse zur Werkstückoberfläche gerichteten Plasmastrahl einführt, wobei die Pulverteilchen der Legierungsbestandteile im Plasmastrahl durchmischt und in solcher Durchmischung aufgeschmolzen werden. Bevorzugt wird man jedoch die Legierungsbestandteile der Dispersionslegierung in Pulverform intensiv miteinander vermischen und zu Fein teilchen agglomerieren, wobei dann dieses feinteilige Agglomerat in den von der Brennerdüse zur Werkstückober fläche gerichteten Plasmastrahl eingeführt und in diesem zumindest zum wesentlichen Teil aufgeschmolzen wird.The structure of the functional layer can be found in the ver drive in such a way that the Alloy components of the dispersion alloy in Powder form separated into from the burner nozzle Introduces the workpiece surface directed plasma jet, wherein the powder particles of the alloy components in Plasma jet mixed and in such a mixture be melted. However, one is preferred Alloy components of the dispersion alloy in Mix the powder form intensively and make it fine agglomerate particles, then this finely divided Agglomerate in the from the torch nozzle to the workpiece top face directed plasma jet introduced and in this is melted at least in part.

Das zur Bildung solcher Agglomerate benutzte Bindemittel wird normalerweise in dem Plasmastrahl verdampft. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es jedoch auch möglich, für die Bildung des Agglomerats solches Bindemittel zu benutzen, das im Plasmastrahl durch Pyrolyse und weitere Hitzeeinwirkung in feine Graphitteilchen überführbar ist, wobei die Menge des benutzten Bindemittels entsprechend der Menge der in die Funktionsschicht einge führten Graphitteilchen einstellbar ist. Die nach der Menge der zu bildenden und in die Funktionsschicht ein zuführenden Graphitteilchen eingestellte Menge an Binde mittel wird im allgemeinen größer als die für die Bildung der Agglomerate notwendige Menge an Bindemittel sein. Jedoch bildet das Bindemittel in diesem Fall eine Aus gangssubstanz für einen in die Funktionsschicht zu über führenden zusätzlichen Bestandteil. Solche Graphitteilchen können beispielsweise in solchen Fällen, in denen die Funktionsschicht eine Gleitschicht ist, als die Gleit eigenschaften verbessernde Substanz vorgesehen sein. Während des Aufbaus der Funktionsschicht kann dem Plasmagas ein auf mindestens einen Legierungsbestandteil der Disper sionslegierung chemisch einwirkendes Reaktionsgas zu zumindest teilweiser Überführung des jeweiligen Legierungs bestandteiles in eine gewünschte chemische Verbindung in einer dem Beigabeverhältnis dieser chemischen Verbindung zur Dispersionslegierung entsprechenden, vorher bestimmten Menge zugesetzt werden, wobei diese Zusetzungsmenge an Reaktionsgas während des Aufbaus der Funktionsschicht zeitlich variiert werden kann. Von dieser Möglichkeit kann beispielsweise Gebrauch gemacht werden, um bei Dispersionslegierungen mit dem Legierungsbestandteil Aluminium gewünschtenfalls Aluminiumoxid-Teilchen zur Dispersionsverfestigung der Funktionsschicht zu bilden. Dem Plasmastrahl können stattdessen auch während der Beschichtung mit Dispersionslegierung außer den Legierungs bestandteilen Hartteilchen oxidischer und/oder nichtoxidi scher Art in vorher festgelegter ggf. zeitlich variierter Menge zugeführt werden, wobei diese Hartteilchen möglichst geringe, aber noch gleichmäßige geregelte Zuführung zum Plasmastrahl ermöglichende Teilchengröße aufweisen sollen. In der Vakuum-Plasma-Spritztechnik sind die für die Zuführung solcher Feinstteilchen erforderlichen Einrich tungen bekannt. Jedoch wird es sich empfehlen, auch diese Hartteilchen oxidischer oder nichtoxidischer Art in Form von Feinstteilchen in die dem Plasmastrahl zuzuführenden Agglomerate von Dispersionslegierung mit einzumischen.The binder used to form such agglomerates is usually vaporized in the plasma jet. in the However, it is within the scope of the method according to the invention also possible for the formation of the agglomerate Binder to be used in the plasma jet by pyrolysis and further exposure to heat in fine graphite particles is convertible, the amount of binder used according to the amount of turned into the functional layer led graphite particles is adjustable. The after the Amount of to be formed and in the functional layer amount of graphite particles to be fed medium generally becomes larger than that for education the agglomerates required amount of binder. However, the binder forms an off in this case transition substance for one into the functional layer leading additional ingredient. Such graphite particles can, for example, in cases where the Functional layer is a sliding layer than the sliding layer properties-improving substance can be provided. During the build-up of the functional layer, the plasma gas one on at least one alloy component of the Disper sion alloy chemically acting reaction gas at least partial transfer of the respective alloy ingredient in a desired chemical compound one the addition ratio of this chemical compound corresponding to the dispersion alloy, previously determined Amount to be added, this amount of addition Reaction gas during the build-up of the functional layer can be varied in time. From this possibility can be used, for example, to Dispersion alloys with the alloy component Aluminum if desired aluminum oxide particles for To form dispersion hardening of the functional layer. The plasma jet can instead be used during the Coating with dispersion alloy except the alloy Ingredients hard particles oxidic and / or non-oxidi scher type in a predetermined, possibly time-varying Amount supplied, these hard particles if possible low, but evenly regulated feed to the Plasma beam should have particle size enabling. In vacuum plasma spraying technology they are for Feeding of such fine particles required Einrich known. However, it will be recommended to do this too Hard particles of an oxidic or non-oxide type in the form of very fine particles to be fed into the plasma jet Mix in agglomerates of dispersion alloy.

Will man einen Schichtwerkstoff mit Funktionsschicht her stellen, bei dem das Mischungsverhältnis der Feinteilchen aus den Legierungsbestandteilen und die Zugabe von Hartteilchen über die Dicke der Funktionsschicht variiert ist, so kann beispielsweise bei getrennter Einführung der Legierungsbestandteile und der Hartteilchen in den Plasmastrahl die Zuführungsmenge der jeweiligen Legierungs bestandteile und Hartteilchen während des Aufbaus der Funktionsschicht zeitlich variiert werden. Im Fall der Benutzung von Legierungspulver, in deren Teilchen oder Agglomeraten die Dispersionslegierung und deren Zugabe an Hartteilchen bereits vorgebildet ist, wird man in solchem Fall eine Mehrzahl von unterschiedlichen vorbe reiteten Legierungspulvern vorsehen und diese in zeitlicher Folge nacheinander in den Plasmastrahl einführen. In jedem Fall kann beispielsweise nach Vorreinigung bzw. Temperierung der Substratoberfläche zunächst nur der eine Legierungsbestandteil, z.B. Aluminium in einer bestimmten Menge pro Zeiteinheit der Plasmaflamme zu geführt werden. Nach einer bestimmten Anzahl von Spritz übergängen und Erzielung einer bestimmten Schichtdicke kann die Menge des ersten Legierungsbestandteiles vermindert werden, während gleichzeitig der zweite Legierungsbestandteil, z.B. Blei oder ein ähnliches in der Dispersionslegierung zu benutzendes Element, wie beispielsweise Zinn, Antimon u.dgl., in einer bestimmten Menge pro Zeiteinheit in die Plasmaflamme transportiert werden. Dieses Variieren kann nach einer beliebigen Anzahl von Spritzübergängen wieder holt werden, bis der gewünschte Schichtaufbau nach Erreichen der Gesamtdicke erzielt ist. Für Funktionsschichten, die als Gleitschichten aus z.B. AlPb, AlSn oder CuPb oder Aluminiumcadmium-oder Kupfercadmiumlegierung gedacht sind, wird man einen Schichtaufbau derart wählen, daß in Nachbarschaft des Substrats sich reines Aluminium oder reines Kupfer befindet und an der Oberfläche 15 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 20 Gew.-%, an Blei, Zinn oder Cadmium.If you want a layered material with a functional layer where the mixing ratio of the fine particles from the alloy components and the addition of Hard particles vary over the thickness of the functional layer is, for example, with separate introduction the alloy components and the hard particles in the Plasma jet the amount of the respective alloy Ingredients and hard particles during the construction of the Functional layer can be varied in time. In the case of Use of alloy powder, in its particles or Agglomerates the dispersion alloy and its addition is already preformed on hard particles, you will in in such a case, a plurality of different ones ride alloy powders and provide them in time Insert the sequence into the plasma jet one after the other. In In any case, for example after pre-cleaning or Tempering the substrate surface initially only the an alloy component, e.g. Aluminum in one certain amount per unit time of the plasma flame be performed. After a certain number of sprays transitions and achievement of a certain layer thickness can reduce the amount of the first alloy component while the second alloy component, e.g. Lead or the like in the dispersion alloy element to be used, such as tin, antimony and the like, in a certain amount per unit of time in the Plasma flame are transported. This can vary after any number of spray passes be fetched until the desired layer build-up is reached the total thickness is achieved. For functional layers that as sliding layers from e.g. AlPb, AlSn or CuPb or Aluminum cadmium or copper cadmium alloy thought are, you will choose a layer structure such that pure aluminum in the vicinity of the substrate or pure copper and located on the surface 15 to 40% by weight, preferably 20% by weight, of lead, tin or cadmium.

Im erfindungsgemäßen Verfahren kommen beispielsweise nichtmetallische Hartstoffe, wie Oxide in Form von Fein teilchen zum Einbau in die Funktionsschicht in Betracht, um tribologische oder sonstige Eigenschaften, insbesondere den Verschleißwiderstand und die thermische Belastbarkeit der Funktionsschicht in gewünschter Weise zu verändern. Beispielsweise kommen als solche Hartstoffe in Betracht:In the method according to the invention, for example non-metallic hard materials, such as oxides in the form of fine particles into consideration in the functional layer, tribological or other properties, in particular wear resistance and thermal resilience to change the functional layer in the desired manner. Examples of such hard materials are:

Aluminiumoxide Al₂O₃
  Al₂O₃-Cr₂O₃98/2
73/27
50/50   Al₂O₃-TiO₂97/3
87/3
60/40   Al₂O₃-TiO₂75/25
60/40   Al₂O₃-MgO70/30 Chromoxide Cr₂O₃
  Cr₂O₃-TiO₂97/3
50/50
45/55 Titanoxide TiO₂
Zirkonoxide
  ZrO₂-CaO (100-n)/n
(n = 0-30%)
  ZrO₂-MgO (100-n)/n
(n = 0-25%)
  ZrO₂-Y₂O₃ (100-n)/n
(n = 0-20%)
sowie Nichtoxide wie
B₄C
SiC
Si₃N₄
AlNAluminum oxides Al₂O₃
Al₂O₃-Cr₂O₃98 / 2
73/27
50/50 Al₂O₃-TiO₂97 / 3
87/3
60/40 Al₂O₃-TiO₂75 / 25
60/40 Al₂O₃-MgO70 / 30 chromium oxides Cr₂O₃
Cr₂O₃-TiO₂97 / 3
50/50
45/55 titanium oxides TiO₂
Zirconium oxides
ZrO₂-CaO (100- n) / n
(n = 0-30%)
ZrO₂-MgO (100- n) / n
(n = 0-25%)
ZrO₂-Y₂O₃ (100- n) / n
(n = 0-20%)
as well as non-oxides such as
B₄C
SiC
Si₃N₄
AlN

Solche Hartstoffe können bevorzugt in Pulverform direkt oder in Beimischung zu anderen Legierungsbestandteilen in Pulverform dem Plasmastrahl zugeführt werden, wobei man solche Hartstoffe im Interesse der Ausbildung feinster Hartstoffteilchen als sehr feines Pulver also sehr kleiner Teilchengröße in den Plasmastrahl einführt. Die Hartstoffe können jedoch auch durch chemische Reaktion von Legierungsbestandteilen mit dem Plasmagas zugegebenen Komponenten erzeugt werden, beispielsweise Aluminiumoxid durch Zugabe von zugemessenen Mengen an Sauerstoff zum Plasmagas bei Vakuum-Plasma-Spritzen von Dispersionslegie rung auf Aluminium-Basis.Such hard materials can preferably be in powder form directly or in admixture with other alloy components be supplied to the plasma jet in powder form, wherein such finest materials in the interest of training Hard particles as a very fine powder so very much introduces small particle size into the plasma jet. The However, hard materials can also be caused by chemical reactions of alloy components added with the plasma gas Components are generated, for example aluminum oxide by adding measured amounts of oxygen to the Plasma gas in vacuum plasma spraying from dispersion alloy aluminum-based.

Überhaupt sind die dem Plasmastrahl zuzuführenden pulver förmigen Werkstoffe - seien es Legierungsbestandteile oder Hartstoffe - grundsätzlich mit einer solchen gewählten Teilchengröße in den Plasmastrahl einzuführen, wie sie der in der Funktionsschicht gewünschten Teilchengröße entspricht. Im wesentlichen kann davon ausgegangen werden, daß die in der Funktionsschicht eingebauten Teilchen noch diejenige Größe haben, mit der sie dem Plasmastrahl zuge führt worden sind.In general, the supplied to the plasma jet powdery materials - whether they are or alloying constituents hard materials - in principle to introduce having such a particle size selected in the plasma jet, as it corresponds to the desired particle size in the functional layer. Essentially, it can be assumed that the particles built into the functional layer still have the size with which they have been supplied to the plasma jet.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich zur kontinuierlichen Herstellung eines Schichtwerkstoffbandes heranziehen. Es ist aber bevorzugt bei der Herstellung von Schichtwerkstoff elementen bzw. Schichtwerkstücken anzuwenden. Beispielsweise können solche Schichtwerkstoffelemente in Art von Plattienen ausgebildet sein, die nach der Beschichtung in Gleitele mente, beispielsweise Gleitlagerschalen oder Gleitlager buchsen, geformt werden können. Es können aber auch schon fertig vorgeformte Substrat-Werkstücke zur Bildung von Schichtwerkstücken, wie Gleitlagerbuchsen, vorgesehen sein. The process according to the invention can be carried out continuously Use the production of a laminate. It but is preferred in the production of layer material elements or layered workpieces. For example can such laminate elements in the manner of plates be formed after coating in Gleitele elements, for example plain bearing shells or plain bearings sockets that can be molded. But it can already preformed substrate workpieces to form Layered workpieces, such as plain bearing bushes, are provided be.

Will man auf einem Schichtwerkstoffband oder auf Schicht werkstoffelementen bzw. Schichtwerkstücken eine Funktions schicht mit über die Dicke der Funktionsschicht variierter Zusammensetzung erzeugen, so kann man mehrere Plasma- Spritzeinrichtungen mit entsprechend zugehöriger Pulver zuführung in Wanderrichtung des Bandes oder eines Supportes tur die Substratelemente bzw. Substratwerkstücke hinterein ander anordnen. Es ist auch möglich, mehrschichtige Schicht werkstoffbänder oder Schichtwerkstoffelemente bzw. Schicht werkstücke im erfindungsgemäßen Verfahren derart herzu stellen, daß mehrere Schichten aufeinanderfolgend und übereinander auf einem Substrat durch mehrere Übergänge im Vakuum-Plasma-Spritzen erzeugt werden.Do you want on a laminate or on a layer material elements or layered workpieces a functional layer with varied over the thickness of the functional layer Generate composition, so you can multiple plasma Spraying devices with corresponding powder Feed in the direction of travel of the belt or a support the substrate elements or substrate workpieces behind one another arrange differently. It is also possible to use multilayered layer material strips or layer material elements or layer workpieces in the method according to the invention represent that several layers in succession and one above the other on a substrate through several transitions in the Vacuum plasma spraying can be generated.

So könnte beispielsweise ein mehrschichtiger Schichtwerkstoff für die Herstellung von Gleitlagerelementen beispielsweise dadurch hergestellt werden, daß zunächst eine Zwischen schicht, beispielsweise aus Bleibronze oder Zinnbronze durch Vakuum-Plasma-Spritzen auf einem Substrat aus Stahl angebracht wird. Über diese Zwischenschicht könnte eine Diffusionssperrschicht durch Vakuum-Plasma-Spritzen aufge bracht werden, worauf diese Diffusionssperrschicht mit der eigentlichen Funktionsschicht im Vakuum-Plasma-Spritz verfahren belegt wird. Über die Funktionsschicht könnte noch eine Einlaufschicht gelegt werden, während das Substrat mit einer Korrosionsschutzschicht belegt werden könnte. Alle diese Schichten könnten in einem fortlaufenden Ver fahren durch Vakuum-Plasma-Spritzen aufgebracht werden, wobei das Werkstück bzw. das Band innerhalb des Vakuum behälters bzw. Rezipienten verbleibt.For example, a multi-layer material could be used for the production of plain bearing elements, for example be produced by first making an intermediate layer, for example made of lead bronze or tin bronze by vacuum plasma spraying on a steel substrate is attached. One could over this intermediate layer Diffusion barrier layer opened by vacuum plasma spraying brought, whereupon this diffusion barrier layer with the actual functional layer in vacuum plasma spraying procedure is documented. About the functional layer could still a run-in layer can be placed while the substrate could be covered with a corrosion protection layer. All of these layers could be in a continuous ver drive by vacuum plasma spraying, the workpiece or the strip within the vacuum container or recipient remains.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich auch Schichten aus Dispersionslegierungen bilden, die mehr als zwei Legierungsbestandteile aufweisen, beispielsweise wie folgt: Within the scope of the method according to the invention, Form layers of dispersion alloys that more than have two alloy components, such as how follows:

a) AlPb base
Additions to silicon, copper, and tin have proven to be additives which improve the sliding properties, with silicon and copper in particular leading to a hardening of the aluminum matrix. The following nominal composition is aimed for: AlPb8Si4SnCu.
The proportions of these components are tolerated as follows (figures in% by weight): Pbca. 8 Cu 0.8 to 1.5 Sn 0.8 to 1.5 Sica. 4.0 Femax. 0.15 AlRest
b) AlSn base
There are two main groups of aluminum / tin alloy for modern bearings. The alloy with 6% Sn is used for high loads, such as aircraft landing gear and in cars - preferably in the USA -. Alloys containing tin (20 to 40%) have been developed to produce a better combination of strength and sliding properties for the high-performance motors. Smaller additions of other elements such as nickel and / or copper solidify the alloys without adversely affecting the structure. In addition, the alloys of the AlSn type can also contain small amounts of titanium and boron (up to 0.25% by weight) and Si, Fe and Mn (up to 1% by weight).
c) CuPb base
CuPb-based alloys have a nominal composition of CuPb22SnCu, especially for heavy-duty plain bearings. proven. The lead content, which ensures the formation of a thin lead film covering the running surface, is decisive for the good sliding properties of this alloy. It has been shown that the lead content can be increased by adding 0.5 to 4% of nickel to about 30% Pb. The manufacturing difficulties for alloys with lead contents between 40 and 50% within the mixture gap of the binary system Cu-Pb increase so much that alloys of this composition have so far gained no importance by casting technology. However, it has been shown that with the aid of vacuum plasma spraying and the addition of the following metals (each individually up to 1% by weight), selenium, tellurium, zirconium, cerium such lead contents are possible.

Bezüglich der Bildung von Einlaufschichten haben Versuche gezeigt, daß zur Verbesserung des Einlaufverhaltens von Gleitlagern, um die gegenseitigen Mikrogeometrien von Welle und Lager einander anzupassen, eine zusätzliche Einlaufschicht aus relativ weichem Werkstoff notwendig, zumindest vorteilhaft ist, der nach dem Aufspritzen des eigentlichen Lagerwerkstoffs im Vakuum-Plasma-Spritzver fahren auf den Trägerwerkstoff in einem separaten Vakuum- Plasma-Spritzübergang aufgebracht wird. Als Werkstoffe für solche Einlaufschichten haben sich bewährt:Attempts have been made to form run-in layers shown that to improve the running-in behavior of Plain bearings to the mutual micro-geometries of An additional shaft and bearing to adapt to each other Inlet layer of relatively soft material necessary, is at least advantageous, which after spraying the actual bearing material in vacuum plasma spraying drive onto the carrier material in a separate vacuum Plasma spray transition is applied. As materials for such run-in layers have proven themselves:

PbSn10Cu2
PbSn18Cu10
PbSn6Sn10
PbSn1Sb14
PbSn6Sb15Cu1
PbIn10Cu2PbSn10Cu2
PbSn18Cu10
PbSn6Sn10
PbSn1Sb14
PbSn6Sb15Cu1
PbIn10Cu2

Im Rahmen der Erfindung bietet sich die Möglichkeit zum Aufbringen von Korrosionsschutzschichten (Flash) an. Zur Vermeidung von Korrosionsschäden am Stahlträger von Gleit lagern ist es beispielsweise zweckmäßig, mit Hilfe einer das Stahlband von der Unterseite anspritzenden Vakuum- Plasma-Spritzpistole einen Korrosionsschutz (Flash) aus PbSn oder reinem Sn aufzubringen.Within the scope of the invention there is the possibility of Apply corrosion protection layers (flash). To Avoiding corrosion damage to the steel girder from Gleit store it is useful, for example, with the help of a the steel strip from the bottom Plasma spray gun from corrosion protection (flash) Apply PbSn or pure Sn.

Im Rahmen der Erfindung kann die Funktionsschicht nach dem Vakuum-Plasma-Spritzen durch Druckausübung, beispiels weise Walzen, verdichtet und an ihrer freien Oberfläche geglättet werden. Hierbei handelt es sich in erster Linie um einen Dressierstich, also eine Oberflächenglättung, da die Porosität der durch Vakuum-Plasma-Spritzen aufgebrachten Funktionsschicht von vornherein gering ist und ein Verdichten der so aufgebrachten Funktionsschicht im allgemeinen nicht notwendig ist. Insbesondere kann von dieser Nachbehandlung durch Druckausübung, beispielsweise Walzen, dann abgesehen werden, wenn auf die freie Oberfläche der Funktionsschicht noch eine Einlaufschicht, beispielsweise ebenfalls durch Vakuum-Plasma-Spritzen aufgebracht wird.In the context of the invention, the functional layer can the vacuum plasma spraying by applying pressure, for example wise rollers, compacted and on their free surface to be smoothed. This is primarily around a skin pass stitch, i.e. a surface smoothing, there the porosity of those applied by vacuum plasma spraying Functional layer is small from the outset and is compacting generally does not apply to the functional layer applied in this way necessary is. In particular, this post-treatment then by exerting pressure, for example rolling when on the free surface of the functional layer another run-in layer, for example also through Vacuum plasma spraying is applied.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is as follows explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 einen erfindungsgemäß aufgebauten Schicht werkstoff in stark vergrößertem Schnitt; Fig. 1 a according to the invention built up layer material on a greatly enlarged section;

Fig. 2 einen noch weiter vergrößerten Ausschnitt 2-2 der Fig. 1; FIG. 2 shows a further enlarged section 2-2 of FIG. 1;

Fig. 3 zum Vergleich einen bekannten Schichtwerkstoff in der Fig. 1 entsprechender Darstellung; . Fig. 3 is appropriate to compare a known coating material in the Figure 1 illustration;

Fig. 4 das Schema einer Plasmaspritzpistole; Fig. 4 is a diagram of a plasma spray gun;

Fig. 5 das Schema einer Vakuum-Spritzanlage im Schnitt parallel zur Spritzrichtung; Fig. 5 is a diagram of a vacuum spray system in the section parallel to the direction of injection;

Fig. 6 das Schema einer Vakuum-Spritzanlage im Schnitt parallel zur Wanderrichtung eines zu behandelnden Werkstoffbandes; Fig. 6 is a diagram of a vacuum spray system in the section parallel to the wall construction of a band of material to be treated;

Fig. 7 ein erfindungsgemäßes Schichtwerkstück in Form einer sphärischen Lagerschale in perspektivischer Darstellung; Fig. 7 shows an inventive layer workpiece in the form of a spherical bearing shell in perspective view;

Fig. 8 das Schichtwerkstück gemäß Fig. 7 im Schnitt; Fig. 8, the layer of the workpiece according to Fig 7, in section.

Fig. 9 einen Ausschnitt aus Fig. 5 mit Andeutung der für das Beschichten des Schichtwerk stückes gemäß Fig. 7 und 8 abgewandelten Betriebsweise und FIG. 9 shows a detail from FIG. 5 with a hint of the mode of operation modified for the coating of the layer work piece according to FIGS . 7 and 8

Fig. 10 eine vergleichende Darstellung der Struktur in der Funktionsschicht eines in herkömmlicher Weise hergestellten Schicht werkstückes gemäß Fig. 7 und 8 und eines gemäß der Erfindung hergestellten Schicht werkstückes gemäß Fig. 7 und 8. Fig. 10 is a comparative representation of the structure in the functional layer of a film prepared in a conventional manner workpiece according to Fig. 7 and 8 and a layer made according to the invention, the workpiece of FIG. 7 and 8.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eines durch Vakuum-Plasma-Spritzen (VPS) hergestellten Schicht werkstoffs 10 ist ein Substrat 11 in Form einer Stahlträger schicht mit einer Funktionsschicht 13 in Form einer Gleit schicht aus AlPb-Legierung belegt. Die die Funktionsschicht 13 tragende Oberfläche 12 des Substrats 11 ist im darge stellten Beispiel durch Strahlen aufgerauht und durch Be schuß mit Argonionen von Kontaminations- und Reaktions schichten befreit worden. Der Beschuß mit Argonionen wurde in der Vakuum-Plasma-Spritzanlage in Form eines Sputterns ausgeführt. Hierzu kann eine Plasma-Spritz-Pistole mit un abhängigem äußerem Lichtbogen betrieben werden, der sich von der Plasma-Spritzpistole bis zur Oberfläche des Substrats 11 erstreckt und gleichzeitig mit dem Sputtern zum Entfernen von Kontaminations- und Reaktionsschichten auch das Substrat 11 auf eine gewünschte Temperatur aufheizt.In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 of a layer material 10 produced by vacuum plasma spraying (VPS), a substrate 11 in the form of a steel support layer is coated with a functional layer 13 in the form of a sliding layer made of AlPb alloy. The functional layer 13 bearing surface 12 of the substrate 11 is roughened by radiation in the example presented and was freed from contamination and reaction layers by loading with argon ions. The bombardment with argon ions was carried out in the form of a sputtering in the vacuum plasma spraying system. For this purpose, a plasma spray gun can be operated with an independent external arc, which extends from the plasma spray gun to the surface of the substrate 11 and, at the same time as the sputtering to remove contamination and reaction layers, also the substrate 11 to a desired temperature heats up.

Durch eine größere Zahl von Vakuum-Plasma-Spritzgängen ist die Funktionsschicht 13 aufgebaut worden, die im wesentlichen aus dem eine Art von Matrix bildenden Aluminium-Legierungs anteil 14 und dem in Form von Feinteilchen in diese Matrix eingelagerten Blei-Legierungsanteil 15 gebildet ist. Durch reaktive Prozeßführung, d.h. Aufrechterhalten eines vorher festgelegten Sauerstoff-Partialdruckes in dem Plasma werden während des Vakuum-Plasma-Spritzens Al₂O₃-Partikel 16 ge bildet und in statu nascendi fein verteilt über die Gesamt dicke der Funktionsschicht in diese eingelagert. Diese Al₂O₃-Partikel 16 sind so kleine Feinstteilchen, daß sie in den Fig. 1 und 2 nur durch Kreuzchen angedeutet sind, also bei den in den Fig. 1 und 2 vorgesehenen Vergrößerungsmaßstäben in ihrer Form und Größe nicht eigentlich in Erscheinung treten können. Die Gesamtmenge dieser Al₂O₃-Partikel 16 beträgt ca. 1 Vol.-% der Funktions schicht 13.The functional layer 13 has been built up by a larger number of vacuum plasma spraying coats, which is essentially formed from the aluminum alloy portion 14 forming a type of matrix and the lead alloy portion 15 embedded in the form of fine particles in this matrix. By reactive process control, ie maintaining a predetermined oxygen partial pressure in the plasma, Al ₂ O ₃ particles 16 are formed during vacuum plasma spraying and are statu nascendi finely distributed over the total thickness of the functional layer. This Al ₂ O ₃ particles 16 are so small fines that they are indicated in Figs. 1 and 2 only by crosses, not actually appear so at the intended in Figs. 1 and 2 magnifications in their shape and size can. The total amount of these Al ₂ O ₃ particles 16 is approximately 1% by volume of the functional layer 13 .

Für reaktive Prozeßführung ist im erfindungsgemäßen Verfahren zu beachten, daß im Interesse eines hohen Wirkungsgrades des Vakuum-Plasma-Spritzens und für die Aufrechterhaltung eines geeigneten Ionisierungsgrades im Plasmagas ohnehin dem als Plasmagas benutzten Argon ein leicht disoziierbares Gas, also ein im allgemeinen molekulares Gas, wie O₂, N₂, H₂ in dem gewünschten lonisierungszustand des Plasmagases entsprechender Menge zuzugeben ist. Dieses, den Ionisierungs zustand verbessernde Zusatzgas kann zugleich als Reaktions gas benutzt werden, wobei beispielsweise H₂ nur dann vor zusehen ist, wenn tatsächlich Metallhydride in der jeweiligen Dispersionslegierung erwünscht sind.For reactive process control in the process according to the invention, it should be noted that in the interest of a high efficiency of vacuum plasma spraying and for maintaining a suitable degree of ionization in the plasma gas, the argon used as plasma gas is a readily dissociable gas, that is to say a generally molecular gas, such as O ₂ , N ₂ , H ₂ in the desired ionization state of the plasma gas is to be added in an appropriate amount. This additional gas, which improves the ionization state, can at the same time be used as a reaction gas, H ₂ , for example, only being seen before when metal hydrides are actually desired in the respective dispersion alloy.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Beispiel besteht die Grundspritzschicht 17 am Substrat 1 aus Rein aluminium ohne wesentliche metallische Legierungsanteile und hat hauptsächlich den Zweck einer Haftvermittlerschicht. Die darauf in mehreren Vakuum-Plasma-Spritzgängen aufgebaute weitere Plasma-Spritzschicht 18 besitzt einen zur Oberfläche hin kontinuierlich zunehmenden Bleianteil bis zu einem Verhältnis von 80 Gew.-% Aluminium und 20 Gew.-% Blei.In the example shown in FIGS. 1 and 2, the base spray layer 17 on the substrate 1 consists of pure aluminum without substantial metallic alloy components and has mainly the purpose of an adhesion promoter layer. The subsequent constructed in several vacuum plasma spray passes further plasma-sprayed coating 18 has a continuously increasing toward the surface lead content up to a ratio of 80 wt .-% aluminum and 20 wt .-% lead.

Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, ist bei der durch Vakuum- Plasma-Spritzen erzeugten Funktionsschicht 13 keine Abplattung der in die Funktionsschicht eingebauten Feinteilchen 14 aus Aluminium und Feinteilchen 15 aus Blei eingetreten. Vielmehr sind die Feinteilchen 14 und 15 in dem für den jeweiligen Bereich der Funktionsschicht 13 vorgesehenen und festgelegten Mischungsverhältnis zueinander und in statistischer Ver teilung lamellenfrei und praktisch porenfrei zusammengelager und mit gegenseitiger Haftverbindung ineinander verankert. As shown in FIG. 2 in particular, in the functional layer 13 produced by vacuum plasma spraying, no flattening of the fine particles 14 made of aluminum and fine particles 15 made of lead built into the functional layer has occurred. Rather, the fine particles 14 and 15 are in the mixing ratio provided for and defined for the respective area of the functional layer 13 to one another and in statistical distribution lamella-free and practically pore-free and anchored to one another with a mutual adhesive connection.

Eine Nachbehandlung der Funktionsschicht zum Verdichten ist im Hinblick auf die praktisch porenfreie Zusammenlagerung der Feinteilchen 14 und 15 im allgemeinen nicht erforderlich. Allerdings weist die Oberfläche der durch Vakuum-Plasma- Spritzen gebildeten Funktionsschicht 13 relativ rauhe Ober fläche auf. Will man auf diese Oberfläche noch eine Einlauf schicht aufbringen, so ist diese Rauhigkeit von besonderem Vorteil. Will man andererseits die Funktionsschicht ohne zusätzliche Deckschicht, beispielsweise Einlaufschicht, benutzen, so kann es sich empfehlen, die aus Fig. 2 ersicht liche Oberflächenrauhigkeit durch ein leichtes Abwalzen in Art eines glättenden Dressierstiches zu beseitigen.After-treatment of the functional layer for compaction is generally not necessary in view of the practically non-porous aggregation of fine particles 14 and 15 . However, the surface of the functional layer 13 formed by vacuum plasma spraying has a relatively rough surface. If you want to apply an enema layer to this surface, this roughness is of particular advantage. On the other hand, if you want to use the functional layer without an additional top layer, for example a running-in layer, it may be advisable to eliminate the surface roughness shown in FIG. 2 by light rolling off in the manner of a smoothing skin pass.

Zum Vergleich mit dem aus Fig. 1 und 2 ersichtlichen Schich werkstoff 10 ist in Fig. 3 ein durch Plasmaspritzen an Luft hergestellter Schichtwerkstoff 20 mit Substrat 21 in Form eines Stahlträgers, einem auf dem Substrat 21 angebrachten Rauhgrund 22 in Form eines Sintergerüstes aus Bleibronze- Teilchen und einer auf dem Rauhgrund durch Plasmaspritzen an Luft angebrachten Funktionsschicht 23 gezeigt. Wie Fig. 3 zeigt, ist der Blei-Legierungsbestandteil 25 in Form von relativ groben Lamellen in den Aluminium-Legierungsanteil 24 eingelagert. Durch das Plasmaspritzen an Luft wird die Funktionsschicht 23 zunächst so porös ausgebildet, daß sie nicht als Gleitschicht oder Reibschicht brauchbar wäre. Sie muß deshalb in jedem Fall unter Dickenreduzierung verdichtet werden, beispielsweise durch Walzen zusammen mit dem Substrat 21 und dem Rauhgrund 22. Durch das Plasmaspritzen an Luft wäre auch nur eine mangelhafte direkte Bindung der Funktions schicht 23 an der Oberfläche des Substrates 21 erreichbar. Deshalb ist zur Erreichung geeigneter Bindung in jedem Fall ein wirksamer Rauhgrund 22, beispielsweise ein auf die Oberfläche des Substrats 21 gesintertes Gerüst aus Blei bronze, erforderlich. Durch das Verdichten, d.h. Walzen wird außer der Beseitigung übermäßiger Porosität in der Funktions schicht 23 auch ein wirksames Hineindrücken von Teilen der die Funktionsschicht bildenden Aluminium-Blei-Dispersions legierung in die Hohlräume des Rauhgrundes 22 bewirkt. Die durch die Verdichtung unter Dickenreduzierung beseitigten Poren bleiben innerhalb der Funktionsschicht 23 als Trennschichten innerhalb des die Matrix bildenden Aluminium- Legierungsanteils 24 erhalten, wie dies bei 29 angedeutet ist. Hierdurch wird auch innerhalb des Aluminium-Legierungs anteils 24 partielle Lamellenbildung hervorgerufen. Schließlich wird bei einem Schichtwerkstoff gemäß Fig. 3 durch das Plasmaspritzen an Luft bei hohem, praktisch nicht einstellbarem, zumindest nicht reduzierbar ein stellbaren Sauerstoff-Partialdruck gearbeitet. Die Al₂O₃ Partikel werden deshalb gröber als bei einem Schichtwerkstoff nach Fig. 1 und 2. Der Gesamtanteil an Al₂O₃-Partikel der Funktionsschicht 23 läßt sich auch nicht reproduzierbar auf einen gewünschten Wert einstellen.For comparison with the layer material 10 shown in FIGS . 1 and 2, FIG. 3 shows a layer material 20 produced by plasma spraying in air with a substrate 21 in the form of a steel support, a rough base 22 in the form of a sintered structure made of lead bronze made on the substrate 21. Particles and a functional layer 23 applied to the rough ground by plasma spraying in air. As FIG. 3 shows, the lead alloy component 25 is embedded in the aluminum alloy portion 24 in the form of relatively coarse lamellae. Due to the plasma spraying in air, the functional layer 23 is initially so porous that it would not be usable as a sliding or friction layer. It must therefore be compressed in any case with a reduction in thickness, for example by rolling together with the substrate 21 and the rough base 22nd Due to the plasma spraying in air, only a poor direct bond of the functional layer 23 to the surface of the substrate 21 would be achievable. Therefore, in order to achieve a suitable bond, an effective rough base 22 , for example a framework made of lead bronze sintered onto the surface of the substrate 21 , is required in any case. By compacting, ie rolling, in addition to the removal of excessive porosity in the functional layer 23 , an effective pressing in of parts of the aluminum-lead dispersion alloy forming the functional layer into the cavities of the rough base 22 is effected. The pores removed by the compression with reduction in thickness remain within the functional layer 23 as separating layers within the aluminum alloy portion 24 forming the matrix, as indicated at 29 . This also causes 24 partial lamella formation within the aluminum alloy portion. Finally, in the case of a layered material according to FIG. 3, an adjustable oxygen partial pressure is worked by the plasma spraying in air at a high, practically not adjustable, or at least not reducible. The Al ₂ O ₃ particles therefore become coarser than in the case of a layer material according to FIGS. 1 and 2. The total proportion of Al ₂ O ₃ particles in the functional layer 23 cannot be reproducibly adjusted to a desired value.

Alle diese Mängel und Herstellungserschwernisse werden bei Schichtwerkstoff nach Fig. 1 und 2 ausgeschlossen. Die Vor teile eines Schichtwerkstoffs nach Fig. 1 und 2 im Ver gleich mit einem Schichtwerkstoff gemäß Fig. 3 gehen beispielsweise aus der folgenden Zusammenstellung hervor:All of these defects and manufacturing difficulties are excluded in the case of the layered material according to FIGS. 1 and 2. The advantages of a layer material according to FIGS. 1 and 2 in comparison with a layer material according to FIG. 3 can be seen, for example, from the following compilation:

"APS-Werkstoff" bedeutet Schichtwerkstoff, dessen Funktions schicht durch Plasmaspritzen an Luft aus Aluminium-Blei- Dispersionslegierung hergestellt ist."APS material" means layer material, its function layer by plasma spraying in air from aluminum lead Dispersion alloy is made.

"VPS-Werkstoff" bedeutet Schichtwerkstoff, dessen Funktions schicht durch Vakuum-Plasma-Spritzen von Aluminium-Blei- Dispersionslegierung bei Niederdruck (50 bis 100 mbar) in Argon-Plasma mit geringem Sauerstoff-Partialdruck herge stellt ist."VPS material" means layer material, its function layer by vacuum plasma spraying of aluminum lead Dispersion alloy at low pressure (50 to 100 mbar) in argon plasma with low oxygen partial pressure represents is.

Fig. 4 zeigt das Schema einer Plasma-Spritzpistole 31, wie sie für die Herstellung von Schichtwerkstoffen gemäß Fig. 1 bis 3 einzusetzen ist. Diese Plasma-Spritzpistole enthält eine stiftförmige Kathode 32 und eine davor ange ordnete ringförmige, als Anode wirkende Düse 33. Sowohl die Düsen 33 als auch die die Kathode tragende Rückenplatte sind als Kühlkammern ausgebildet, die mit Kühlmittel 34, bei spielsweise Wasser, durchströmt werden. Zwischen der Rücken platte der stiftförmigen Kathode 32 und der Düse 33 ist ein Isolationsblock 35 eingesetzt, der eine Zuleitung 36 für Plasmagas in den zwischen der Kathode 32 und der Düse 33 gebildeten ringförmigen Raum aufweist. In der ring förmigen Düse 33 sind Einlässe, im dargestellten Beispiel drei Einlässe 37, für zu verarbeitendes pulverförmiges Material angebracht. Die Kathode 32 und die Düse 33 sind an einem elektrischen Hochspannungserzeuger in Form eines Hochfrequenzgenerators 38 mit Gleichrichter 39 ange schlossen. In Abstand vor der Düse 33 ist das mit der Spritz schicht 41 zu versehene Werkstück 40 angeordnet. Im normalen Spritzbetrieb wird das elektrische Potential an die Kathode 32 und die Düse 33 gelegt und damit in den zwischen der Kathode 32 und der Düse 33 gebildeten ringförmigen Hohlraum ein elektrischer Lichtbogen gezündet. Durch diesen elektri schen Lichtbogen wird das in die Zuführung 36 des Isola tionsblockes 35 eingeführte Plasmagas hindurchgeblasen und dabei ionisiert und stark erhitzt, so daß es die ringförmige Düse 33 als Plasmastrahl 42 verläßt. Innerhalb der ringför migen Düse 33 wird dem hindurchströmenden, erhitzten und io nisierten Plasmagas pulverisierter Spritzwerkstoff zusammen mit Fördergas zugeführt, wobei das Fördergas gleiche oder zumindest ähnliche Zusammensetzung wie das Plasmagas haben soll. FIG. 4 shows the diagram of a plasma spray gun 31 as it is to be used for the production of layer materials according to FIGS. 1 to 3. This plasma spray gun contains a pin-shaped cathode 32 and a ring-shaped nozzle 33 arranged in front of it, which acts as an anode. Both the nozzles 33 and the back plate carrying the cathode are designed as cooling chambers through which coolant 34 , for example water, flows. Between the back plate of the pin-shaped cathode 32 and the nozzle 33 , an insulation block 35 is inserted, which has a feed line 36 for plasma gas in the annular space formed between the cathode 32 and the nozzle 33 . In the ring-shaped nozzle 33 inlets, in the example shown three inlets 37 , are attached for powdered material to be processed. The cathode 32 and the nozzle 33 are connected to an electrical high-voltage generator in the form of a high-frequency generator 38 with a rectifier 39 . The workpiece 40 to be provided with the spray layer 41 is arranged at a distance from the nozzle 33 . In normal spraying operation, the electrical potential is applied to the cathode 32 and the nozzle 33 and an electric arc is thus ignited in the annular cavity formed between the cathode 32 and the nozzle 33 . Through this electrical's rule the plasma gas introduced into the feed 36 of the insulation block 35 is blown through and ionized and strongly heated, so that it leaves the annular nozzle 33 as a plasma jet 42 . Within the ring-shaped nozzle 33 , the flowing, heated and ionized plasma gas powdered spray material is supplied together with the conveying gas, the conveying gas should have the same or at least similar composition to the plasma gas.

Im Beispiel der Fig. 4 sind drei Zuführungen 37 für pulver förmigen Spritzwerkstoff gezeigt. Dabei soll die dem Licht bogen am nächsten liegende Zuführung 37 a für Spritzwerk stoff mit sehr hoher Schmelztemperatur oder überhaupt nicht schmelzbare Spritzwerkstoffe benutzt werden, beispielsweise für keramische Werkstoffe zur Bildung von Hartstoff-Feinst teilchen. Die mittlere Zuführung 37 b soll für die Legierungs komponente mit höherer Schmelztemperatur, beispielsweise den Aluminiumbestandteil der AlPb Dispersionslegierung be nutzt werden, während der vom Lichtbogen am weitesten ab liegenden Zuführung 37 c die Legierungskomponente mit niedri gerer Schmelztemperatur, also beispielsweise der Bleibe standteil der AlPb Dispersionslegierung, zugeführt wird.In the example of FIG. 4, three feeds 37 for powdery spray material are shown. Here, the closest to the arc feed 37 a for spray material with a very high melting temperature or non-meltable spray materials should be used, for example for ceramic materials to form fine hard particles. The middle feed 37 b should be used for the alloy component with a higher melting temperature, for example the aluminum component of the AlPb dispersion alloy, while the feeder 37 c furthest away from the arc is the alloy component with a lower melting temperature, for example the remaining component of the AlPb dispersion alloy , is fed.

Im Beispiel der Fig. 5 und 6 ist eine Anzahl solcher Plasma-Spritzpistolen 31 mittels roboterartiger Gestelle 44 im Inneren einer Vakuumkammer 45 angebracht. Den Plasma spritzpistolen 31 ist im Inneren der Vakuumkammer 45 ein bandförmiges Substrat 11 gegenübergestellt, das mittels einer Transportvorrichtung 46 im Sinne des Pfeiles 47 kontinuierlich oder schrittweise an den Plasmaspritzpistolen 31 vorbeigeführt wird. Jede der Plasmaspritzpistolen 31 ist im Sinne des Doppelpfeiles 53 auf und ab bewegbar, so daß die gesamte Breite des bandförmigen Substrats 11 von dem aus den Plasma-Spritzpistolen 31 austretenden Plasmastrahl 42 erfaßt wird. Die den Plasma-Spritzpistolen zuzuführenden Spritzwerkstoffe werden aus außerhalb der Vakuumkammer 45 angeordneten Pulver-Vorratsbehältern 52 a und 52 b in abge messenen Mengen den Plasma-Spritzpistolen 31 zugeführt, wo bei ein gemeinsamer Pulverbehälter 52 a, beispielsweise für das Aluminiumpulver, und ein gemeinsamer Pulverbehälter 52 b für das Bleipulver vorgesehen sein kann, während für jede einzelne Plasma-Spritzpistole 31 oder jeweils eine Gruppe von in Wanderrichtung 47 des Substratbandes 11 auf einanderfolgenden Plasma-Spritzpistolen 31 eine eigene Dosiervorrichtung für Aluminiumpulver und eine eigene Dosiervorrichtung für Bleipulver (beide nicht dargestellt) vorgesehen sein kann. Hierdurch kann den Plasma-Spritz pistolen 31 einzeln oder gruppenweise Aluminiumpulver und Bleipulver in unterschiedlicher Dosierung zugeführt werden, Beispielsweise mit in Wanderrichtung 47 des Substratbandes 11 abnehmender Dosierung des Aluminiumpulvers und zunehmen der Dosierung des Bleipulvers.In the example of FIGS. 5 and 6, a number of such plasma spray guns 31 are mounted inside a vacuum chamber 45 by means of robot-like frames 44 . The plasma spray gun 31 is inside the vacuum chamber 45 compared with a tape-shaped substrate 11, which is passed by means of a transport device 46 in the direction of the arrow 47 continuously or stepwise to the plasma spray guns 31st Each of the plasma arc spray guns 31 can be moved so that the entire width of the band-shaped substrate 11 is detected by the plasma from the spray guns 31 exiting plasma beam 42 in the sense of the double arrow 53 up and down. The spray materials to be supplied to the plasma spray guns are supplied from outside the vacuum chamber 45 arranged in powder storage containers 52 a and 52 b in measured amounts to the plasma spray guns 31 , where with a common powder container 52 a , for example for the aluminum powder, and a common powder container 52 b can be provided for the lead powder, while for each individual plasma spray gun 31 or in each case a group of plasma spray guns 31 following one another in the traveling direction 47 of the substrate strip 11, a separate metering device for aluminum powder and a separate metering device for lead powder (both not shown) can be provided. As a result, the plasma spray guns 31 individually or in groups aluminum powder and lead powder can be supplied in different doses, for example with decreasing dosing of the aluminum powder in the traveling direction 47 of the substrate strip 11 and increasing the dosing of the lead powder.

Die Vakuumkammer 45 ist - wie in den Fig. 5 und 6 sche matisch dargestellt - ständig an eine Vakuumpumpe 48 über ein Filter 49 angeschlossen, um im Inneren der Vakuumkammer 45 stets den vorgesehenen Unterdruck des Plasmagases, beispielsweise zwischen 50 mbar und 100 mbar, aufrecht zu erhalten. Nachschub von Plasmagas erfolgt mit pneumatischer Zuführung des Aluminiumpulvers und des Bleipulvers, wobei für diese pneumatische Zuführung Plasmagas gleicher Zusammensetzung, beispielsweise Argon, benutzt wird, wie das Plasmagas im Inneren der Vakuumkammer 45.The vacuum chamber 45 is - as shown schematically in FIGS . 5 and 6 - permanently connected to a vacuum pump 48 via a filter 49 to always maintain the intended negative pressure of the plasma gas, for example between 50 mbar and 100 mbar, inside the vacuum chamber 45 to obtain. Plasma gas is replenished with a pneumatic supply of the aluminum powder and the lead powder, whereby for this pneumatic supply plasma gas of the same composition, for example argon, is used as the plasma gas inside the vacuum chamber 45 .

Im Beispiel der Fig. 5 und 6 ist Dispersionsverfestigung der durch Vakuum-Plasma-Spritzen erzeugten Funktionsschicht durch reaktives Spritzen vorgesehen. Hierzu wird mittels eines Dosierventils 50 fortlaufend Sauerstoff in zuge messener Menge aus einem Sauerstoffbehälter 51 in die Vakuumkammer 45 eingeführt, um auf diese Weise einen vorher festgelegten Sauerstoff-Partialdruck in dem im Inneren der Vakuumkammer 45 gehaltenen Plasma aufrecht zu erhalten. In the example of FIGS. 5 and 6, dispersion hardening of the functional layer produced by vacuum plasma spraying is provided by reactive spraying. For this purpose, a metered valve 50 continuously introduces oxygen in a measured amount from an oxygen container 51 into the vacuum chamber 45 , in order in this way to maintain a predetermined oxygen partial pressure in the plasma held inside the vacuum chamber 45 .

In der Darstellung der Fig. 5 und 6 sind Plasma-Spritz pistolen 31 nur zu einer Seite des Substratbandes 11 gezeigt. Will man auch die andere Seite des Substratbandes 11 mit einer durch Vakuum-Plasma-Spritzen aufzubringenden Schicht versehen, beispielsweise einer Korrosionsschutzschicht (Flash), so ist in entsprechender Weise auch auf der anderen Seite des Substratbandes 11 die eine oder andere Plasma- Spritzpistole 31 anzuordnen.In the illustration of Fig. 5 and 6 are plasma spray guns 31 shown only to one side of the substrate tape 11. If the other side of the substrate strip 11 is also to be provided with a layer to be applied by vacuum plasma spraying, for example a corrosion protection layer (flash), then one or the other plasma spray gun 31 must be arranged in a corresponding manner on the other side of the substrate strip 11 .

Im Beispiel der Fig. 7 bis 10 handelt es sich um die Herstellung eines Schichtwerkstücks und zwar eine sphärische Lagerschale, deren sphärische Vertiefung mit einer Funktions schicht, beispielsweise Gleitschicht auszukleiden ist.In the example of FIGS. 7 to 10, it is a matter of producing a layered workpiece, namely a spherical bearing shell, the spherical recess of which is to be lined with a functional layer, for example a sliding layer.

Die bisher bekannten Auskleidungsverfahren für die Her stellung solcher Schichtwerkstücke sindThe previously known lining processes for the Her position of such layered workpieces

a) the stand casting,
b) centrifugal casting,
c) flame or arc spraying.

Bei dem heute noch bevorzugt in Einsatz kommenden Standguß verfahren wird in die Vertiefung des Werkstückes ein Guß kern eingeführt und der zwischen dem Gußkern und der ver tieften Fläche des Werkstückes verbleibende Raum ausge gossen. Sodann wird das Werkstück von seiner der Ausgieß stelle entfernten Seite her von außen her gekühlt. Bevor zugt werden für die Erzeugung von Gleitschichten bei solchem Standgußverfahren Lagermetalle auf der Grundlage von Blei zinnbronze oder Bleibronze eingesetzt. Ein erheblicher Nach teil dieser Herstellungsweise besteht in der entstehenden mangelhaften Gefügeausbildung, nämlich einer ausgeprägten Transkristallisation der Kupferkristallite unter Stengel kristallbildung, wie es im linken Teil der Fig. 10 er kennbar ist. Solche Stengelkristallbildung neigt zur Fort pflanzung eines Dauerbruchanrisses an der Gleitfläche bis hin zur Oberfläche des Substrats. (Siehe bei 13′ in Fig. 10). Die Herstellung solcher Schichtwerkstücke im Schleuderguß ist beschränkt auf buchsenförmige Werkstücke. Die dritte Möglichkeit, nämlich das Anbringen der Funktionsschicht in thermischem Spritzverfahren ergibt bisher keine ausreichende Bindungsfestigkeit und eine sehr schlechte Gefügeausbildung, bei der Herstellung von Funktionsschichten aus Dispersions legierung, nämlich typisch laminare Gefüge, wie sie in Fig. 3 angedeutet sind. Funktionsschichten, insbesondere Gleitschichten mit solchem Gefüge weisen sehr schlechte Dauerfestigkeit auf.In the still preferred cast-in-place method, a casting core is inserted into the recess of the workpiece and the space remaining between the casting core and the deepened surface of the workpiece is poured out. The workpiece is then cooled from the side remote from the pouring point. Before are used for the production of sliding layers in such a casting process, bearing metals based on lead tin bronze or lead bronze are used. A considerable after part of this method of production is the resulting inadequate microstructure, namely a pronounced transcrystallization of the copper crystallites under stem crystal formation, as can be seen in the left part of FIG. 10. Such stem crystal formation tends to propagate a permanent crack on the sliding surface up to the surface of the substrate. (See 13 'in Fig. 10). The production of such layer workpieces in centrifugal casting is limited to bush-shaped workpieces. The third possibility, namely the application of the functional layer in thermal spraying, has so far not provided sufficient bond strength and a very poor structure, in the production of functional layers from dispersion alloy, namely typically laminar structures, as indicated in FIG. 3. Functional layers, in particular sliding layers with such a structure, have very poor fatigue strength.

Die Mängel werden durch den Aufbau der Funktionsschicht 13 im oben beschriebenen Verfahren behoben. Es ergibt sich dann eine im rechten Teil der Fig. 10 wiedergegebene Gefügeaus bildung, bei der die eine Mischungslücke aufweisenden Be standteile, beispielsweise Kupfer und Blei, zu einem festen Konglomerat aus sehr feinem, statistisch verteiltem und untereinander in feste, gegenseitige Haftverbindung gebrachten Teilchen in der Funktionsschicht vereinigt werden. Wird bei spielsweise eine Funktionsschicht 13 aus einer Bleizinn bronze mit 10 Gew.-% Blei, 10 Gew.-% Zinn, Rest Kupfer auf gebaut, so kann man zu Beginn des Aufbaus der Funktions schicht 13 reines Kupfer auf die Oberfläche des aus Stahl bestehenden Maschinenelements 54 aufbringen und auf die so gebildete Kupferoberfläche die eigentliche Funktionsschicht aus der genannten Dispersionslegierung aufbauen. Wenn er wünscht, kann die Funktionsschicht 13 noch mit einer Über schicht versehen werden. Im vorliegenden Fall ist die Funktionsschicht 13 eine Gleitschicht, die noch mit einer dünnen Einlaufschicht 55 versehen werden kann. Diese Ein laufschicht kann aus einer Blei-Zinn-Legierung oder einer Blei- Zinn-Antimon-Legierung gebildet werden, die in herkömmlicher Weise galvanisch aufgebracht werden kann. Es ist aber auch möglich, im oben beschriebenen Verfahren auch diese Einlauf schicht 55 durch Vakuumplasmaspritzen auf der Funktionsschicht 13 anzubringen. The shortcomings are remedied by the structure of the functional layer 13 in the method described above. This then results in a structure shown in the right-hand part of FIG. 10, in which the constituents having a mixture gap, for example copper and lead, form a solid conglomerate of very fine, statistically distributed particles which are bonded to one another in solid, mutual adhesive bonds the functional layer. If, for example, a functional layer 13 is made of a lead tin bronze with 10% by weight of lead, 10% by weight of tin, the rest of copper, then at the beginning of the construction of the functional layer 13 pure copper can be placed on the surface of the steel Apply machine element 54 and build the actual functional layer from the dispersion alloy mentioned on the copper surface thus formed. If he wishes, the functional layer 13 can be provided with an over layer. In the present case, the functional layer 13 is a sliding layer, which can also be provided with a thin run-in layer 55 . This a running layer can be formed from a lead-tin alloy or a lead-tin-antimony alloy, which can be applied galvanically in a conventional manner. However, it is also possible to also apply this inlet layer 55 to the functional layer 13 by vacuum plasma spraying in the method described above.

In besonderem Fall der Auskleidung eines Maschinenelementes 54 oder sonstigen Werkstücks mit Vertiefung 56 kann während der Beschichtung die Plasma-Spritzpistole 31 mittels des Gestelles 44 und Roboterführung im Sinne des Doppelpfeiles 57 derart bewegt werden, daß der Plasmastrahl während des Be schichtungsvorganges fortgesetzt die Fläche der Vertiefung 46 bestreicht und dabei im wesentlichen rechtwinklig auf die zu beschichtende Oberfläche trifft. Dies kann durch Schwenkbe wegung im oberen Gelenk des Gestelles 44, also durch Aufwärts und Abwärtsneigen und seitliches Verschwenken der Plasma- Spritzpistole 31 ggf. in Kombination der durch den Doppel pfeil 53 in Fig. 5 angedeuteten Hebe- und Senkbewegung und seitlichen Verschiebungsbewegung vorgenommen werden. In a special case, the lining of a machine element 54 or other workpiece with recess 56 , the plasma spray gun 31 can be moved during the coating by means of the frame 44 and robot guidance in the sense of the double arrow 57 such that the plasma jet continues the surface of the recess during the coating process 46 brushed and hits the surface to be coated essentially at right angles. This can be done by Schwenkbe movement in the upper joint of the frame 44 , that is, by tilting up and down and pivoting the plasma spray gun 31 sideways, if necessary in combination with the lifting and lowering movement indicated by the double arrow 53 in FIG. 5 and lateral displacement movement.

Reference symbol list: 10 layer material
11 substrate
12 bearing surface of 11
13 functional layer
14 aluminum alloy content (fine particles)
15 lead alloy content (fine particles)
16 Al₂O₃ particles
17 basic spray layer
18 plasma spray coating
20 layer material
21 substrate
22 Rough ground
23 functional layer
24 aluminum alloy content
25 lead alloy component
29 compressed pore
31 Plasma spray gun
32 cathode
33 nozzle
34 coolant
35 insulation block
36 supply line
37 inlets
37 a closest feeder
37 b medium feed
37 c remote feed
38 high frequency generator
39 rectifiers
40 workpiece
41 spray layer
42 plasma jet
44 racks
45 vacuum chamber
46 Transport device
47 Direction of hiking
48 vacuum pump
49 filters
50 metering valve
51 oxygen tank
52 a storage container
52 b storage container
53 double arrow
54 machine element
55 running-in layer
56 deepening
57 double arrow

Claims

1. Layer material or layer material element with a functional layer made of a dispersion alloy attached directly or over an intermediate layer on a carrier layer with at least two at least partly metallic alloy components which have gaps in the mixture at least in the solid state, such as aluminum / lead, aluminum / tin. , Copper / lead dispersion alloy and the like, characterized in that the alloy constituents of the dispersion alloy are combined as fine particles ( 14 , 15 ) in a defined mixing ratio and statistical distribution in lamella-free and practically non-porous assembly with mutual adhesive connection in the functional layer ( 13 ) are.

2. Layer material according to claim 1, characterized in that the mixing ratio of the fine particles ( 14 , 15 ) from the alloy components is varied over the thickness of the functional layer ( 13 ).

3. Layered material according to claim 1 or 2, characterized in that the functional layer ( 13 ) contains one or another alloy component initially added or additionally supplied during the construction of the functional layer hard particles ( 16 ) as dispersion-hardening fine particles in a fixed addition ratio and statistical distribution.

4. Layer material according to claim 3, characterized in that the addition ratio of the hard particles ( 16 ) is between about 0.5 vol .-% and about 1.5 vol .-% based on the volume of the functional layer ( 13 ).

5. Layer material according to claim 3 or 4, characterized in that the addition ratio of the hard particles ( 16 ) is varied over the thickness of the functional layer ( 13 ).

6. Layer material according to one of claims 1 to 5, in particular for the production of sliding or friction elements, characterized in that the carrier layer ( 11 ) consists of steel and the functional layer ( 13 ) as a sliding or friction layer is an aluminum / lead or Contains aluminum / tin dispersion alloy and hard particles ( 16 ) in the form of fine particles made of aluminum oxide.

7. Process for producing a layered material or Layer workpiece according to one of claims 1 to 6 and 35 to 37 by building up a functional layer Application of fine particles of the functional layer forming substances using kinetic energy on the surface to be coated a carrier element forming the carrier layer or an intermediate previously attached to the carrier element layer, characterized in that the functional layer by Vacuum plasma spraying (VPS) of a dispersion alloy is built up, the alloy components in Powder form in the from the burner nozzle to the material top face-directed plasma jet introduced the powder Particles of the alloy components in the plasma jet melted as fine particles and under upright maintenance of the predetermined temperature on the workpiece with kinetic energy on the surface to be coated surface to be sprayed.

8. The method according to claim 7, characterized in that before starting to build the functional layer the surface to be coated by bombardment with plasma Ions by means of a between the burner nozzle and the Workpiece maintained, independent, transferred Arc sputter cleaned and roughened and thereby the workpiece to a predetermined one Temperature is brought.

9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the construction of the functional layer with dispersion alloy in vacuum plasma syringes (VPS) while maintaining one between the torch nozzle and the workpiece carried arc.

10. The method according to claim 9, characterized in that the Energy of between the torch nozzle and the workpiece transferred arc during the construction of the Functional layer is controlled.

11. The method according to any one of claims 7 to 10, characterized characterized in that the supplied to the plasma jet powdery alloy components essentially spherical powder particles with the lowest possible but evenly controlled feeding of the powder to the Plasma beam are still enabling particle size.

12. The method according to claim 11, characterized in that the alloy components of the dispersion alloy in Powder form separated in the from the burner nozzle to the factory piece surface directed plasma beam introduced, the Powder particles of the alloy components in the plasma jet mixed and mixed up in such a mixture be melted.

13. The method according to claim 11, characterized in that the alloy components of the dispersion alloy in Powder form intensely mixed together and too fine particles are agglomerated and this finely divided Agglomerate in the from the torch nozzle to the workpiece Surface directed plasma jet introduced and in this melted at least to a significant extent becomes.

14. The method according to claim 13, characterized in that such binder for the formation of the agglomerate is used, which is in the plasma jet by pyrolysis and further heat exposure into fine graphite particles is feasible, the amount of binder used according to the amount of in the functional layer supplying graphite particles is adjusted.

15. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized characterized in that for the formation of the functional layer provided alloy and pre-alloyed in the fine particle powder to be introduced into the plasma jet is crushed.

16. The method according to any one of claims 7 to 15, characterized characterized in that the plasma gas during construction the functional layer instead of one the ionization condition-improving additional gas or even additional to this additional gas on at least one alloy Part of the dispersion alloy chemically acting reaction gas to at least partial over introduction of the respective alloy component into a desired chemical compound in an addition ratio of this chemical compound to the dispersion alloy corresponding, predetermined amount is set, this addition amount of reaction gas during the construction of the functional layer can be varied.

17. The method according to any one of claims 7 to 15, characterized ge indicates that the plasma jet during construction the functional layer except the alloy components the dispersion alloy even more hard particles oxidic and / or non-oxide type as low as possible, however evenly regulated feed to the plasma jet enabling particle size in a predetermined if necessary, time-varying amount can be supplied.

18. The method according to claim 12, characterized in that the alloy components of the dispersion alloy and if necessary, the hard particles in their respective melting point and the desired dwell time in the plasma jet suitable, different distance from the burner nozzle be introduced into the plasma jet.

19. The method according to any one of claims 7 to 18, characterized characterized in that when building the functional layer Plating with dispersion alloy in a plurality of successive vacuum plasma spraying coats varied quantity ratio of the alloy supplied components is carried out.

20. The method according to any one of claims 7 to 19, characterized characterized in that when building the functional layer Plating with dispersion alloy in a plurality of successive vacuum plasma spraying coats varied supply quantities of hard particles to the plasma beam is carried out.

21. The method according to claim 19 or 20, characterized in that for coating a tape-shaped carrier or a Plurality of substrates attached to a support elements with dispersion alloy this band-shaped Carrier or support with the substrate elements in continuous run one of the desired number number of vacuum plasma spray passes one after the other in the direction of travel of the wearer or support arranged vacuum plasma spraying stations without between passes through temporal contact with the outside atmosphere.

22. The method according to claim 21, characterized in that in the individual vacuum plasma spraying stations below different plasma composition and / or difference low plasma pressure is maintained.

23. The method according to any one of claims 19 to 22, characterized in that for the coating of a support with a functional layer of metallic dispersion alloy with an alloy component of higher melting point and an alloy component of lower melting point, characterized in that

- First, in a predetermined number of vacuum plasma spray passes only the alloy component with a higher melting point in powder form and in a predetermined amount per unit of time is supplied to the plasma jet, and
- In the subsequent vacuum-plasma spraying from spraying to spraying or after a specified number of spraying steps, the alloy component with a lower melting point is supplied to the plasma jet in incrementally increased amounts per unit of time until the desired ratio of the alloy components in the dispersion alloy is reached , wherein the amount per unit time for the alloy component with a higher melting point can be reduced in accordance with the increase in the amount per unit time of the added alloy component with a lower melting point.

24. The method according to claim 23 for coating a Carrier made of steel with a sliding layer made of dispersion alloy with aluminum and a second component made of lead or a similar element such as tin, antimony etc., characterized in that initially in a predetermined number of vacuum Plasma spraying only pure aluminum in powder form and the plasma in a predetermined amount per unit of time beam is supplied and in the further vacuum plasma Spray passes lead or the similar element in powder form starting from a basic quantity per unit of time in gradually increasing the amount of plasma jet per unit of time is fed until a desired one is reached Weight ratio of the alloy components, for example 80% by weight aluminum and 20% by weight lead or similar element is supplied, the Supply quantity per unit of time for the pure aluminum gradually according to the increase in feed amount of lead or similar element reduced can be.

25. The method according to claim 24, characterized in that during the vacuum plasma spraying, in which both Aluminum as well as lead or similar element Plasma jet are supplied, also sliding properties improving additives, such as silicon and copper, in AlPb Dispersion alloys and titanium, boron, silicon, iron and manganese in aluminum dispersion alloys elements similar to lead in powder form individually or be fed to the plasma jet in a mixture.

26. The method according to claim 24 or 25, characterized that dispersion-hardening hard particles oxidic or non-oxide type, for example on aluminum oxide Base, chrome oxide base, titanium oxide base, zirconium oxide base, Boron carbide base, silicon carbide base, silicon nitride Base and / or aluminum nitride base individually or in Mixture in powder form as fine particles in such an amount be introduced into the plasma beam that they are a Content between 0.5 vol.% And 1.5 vol.%, Preferably at 1% by volume, based on the volume of the sliding layer, surrender.

27. The method according to claim 17, 24 or 25, characterized net that dispersion-hardening hard particles on aluminum oxide base, chrome oxide base, titanium oxide base, zirconium oxide Base, boron carbide base, silicon carbide base, silicon nitride base and or or aluminum nitride base in the form of fine particles in such an amount to aluminum powder or a powder mixture of the alloy components be mixed that the hard particles in the sprayed Sliding layer a content between 0.5 vol .-% and about 1.5 vol .-%, preferably 1 vol .-%, based on the volume make up the sliding layer.

28. The method according to claim 23 for coating a Base layer made of steel with a functional layer Dispersion alloy with copper and lead or at least a similar element, for example tin, antimony etc., characterized in that initially in a predetermined number of times subsequent vacuum plasma spraying only copper in powder form and in a predetermined amount per Unit of time is supplied to the plasma jet, and in the subsequent plasma spray passes lead or at least a similar element in powder form starting from one Basic quantity per unit of time in incrementally increased quantities is supplied to the plasma jet per unit of time until to the desired alloy ratio at for example 15 to 40% by weight, preferably 20% by weight, of lead or similar element and 60 to 85% by weight, preferably 80 wt .-% copper, the plasma jet amount supplied per unit of time of copper accordingly the increase in the amount supplied to the plasma jet per unit of time of lead or similar element can be set.

29. The method according to claim 28, characterized in that additives in powder form which improve the sliding properties with the smallest possible particle size in each See the amount mixed with the alloy powder or be introduced separately into the plasma jet.

30. The method according to claim 28 or 29, characterized in that that when vacuum plasma spraying dispersion alloy based on copper / lead with lead content between 20% by weight and about 30% by weight of powdery nickel in an amount between about 0.5% and about 4% by weight, based on the total weight of the dispersion alloy, the alloy powder added or separately into the plasma jet leads.

31. The method according to claim 28 or 29, characterized in that that when vacuum plasma spraying dispersion alloy based on copper / lead with lead content above 30% by weight one or a mixture of the following metals each individually up to 1% by weight, based on the total weight the dispersion alloy, in powder form the alloy powder added or separated into the plasma jet is introduced: selenium, tellurium, zircon, cerium.

32. The method according to claim 17, characterized in that dispersion-hardening hard particles oxidic or not oxidic type in over the entire vacuum plasma spray process constant amount per unit of time Plasma jet is supplied, the amount of this supplied hard particles to a final hard particle Content of the sprayed-on sliding layer between 0.5% by volume and 1.5% by volume, preferably 1% by volume, based on the volume of the sliding layer produced, coordinated is.

33. The method according to any one of claims 7 to 32, characterized ge indicates that the functional layer after the vacuum Plasma spraying by applying pressure, for example Rolling, compacted and ge in their free surface is smoothed.

34. The method according to any one of claims 7 to 33, in particular especially for the production of layered material or Layered workpieces with the functional layer curved or curved surface, characterized records that when coating one previously on the substrate formed, curved or curved surface Burner nozzle and the substrate in such a relative movement brought together that of the burner Nozzle directed towards the substrate surface Painting over the surface to be coated sets, essentially at right angles to each coating surface area is directed.

35. layered material element according to one of claims 1 to 6 in the form of a machine element, for example a spherical bearing shell, characterized in that the functional layer ( 13 ) is arranged, for example, a spherical sliding layer made of a dispersion alloy in a recess ( 56 ) of the machine element ( 54 ) and the alloying constituents of the dispersion alloy are combined as fine particles ( 14 , 15 ) in a fixed mixing ratio to one another and statistical distribution in lamella-free and columnar crystal-free and practically non-porous assembly with mutual adhesive bond in the manner of a firmly adhering conglomerate.

36. layered material element according to claim 35, characterized in that the functional layer ( 13 ) is formed as a sliding layer of a fine particle conglomerate in a material composition comprising a lead tin bronze, for example with 10 wt .-% lead, 10 wt .-% Tin, the rest is copper.

37. layered material element according to claim 36, characterized in that the functional layer ( 13 ) is covered with an inlet layer ( 55 ) made of lead-tin alloy or lead-tin-antimony alloy.