(57)【要約】少なくとも２つの互いに結合された層（１１，１３；１３）を製造するために、これらの層のうち少なくとも１つの層（１３）の材料を溶融し、続いて、円錐状噴霧（１０）を用いて、スプレーフォーミングによって、円錐状噴霧（１０）に対し相対移動される他方の層の上に付着し、複合材を製造することが提案される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの互いに結合された層（１１，１３；１１´，１３）を製造するための方法において、
これらの層のうち少なくとも１つの層（１３）の材料を溶融し、続いて、円錐状噴霧（１０，１０´）を用いて、スプレーフォーミングによって、前記円錐状噴霧（１０，１０´）に対し相対移動される他方の層の上に付着し、複合材を製造することを特徴とする方法。
【請求項２】
鉄金属製のサブストレート（１１，１１´）を、非鉄金属製の少なくとも１つの機能層（１３）と結合することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記サブストレート（１１，１１´）に、スプレーフォーミングによって、前記機能層（１３）を付着することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記機能層（１３）に、前記サブストレート（１１，１１´）をスプレーフォーミングによって付着することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
２つの結合される層（１３，１３´）を、溶融物として準備された２つの材料から、スプレーフォーミングによって製造することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載の方法。
【請求項６】
前記２つの層（１３´，１３´´）を、１回のパスで吹き付けることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記溶融した材料を、支持体の移動方向に相前後して吹き付けることを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
移動方向に後で吹き付けられる層（１３´´）を、前に吹き付けられておりかつ既に硬化した層（１３´）の上に吹き付けることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記溶融物の温度および前記支持体の移動を、異なった材料からなる前記層（１３，１３´）が部分的に混合され、かくて勾配層を形成するように、調整することを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
【請求項１０】
２つの材料のための前記円錐状噴霧（１０，１０´）は、形成される層（１３´，１３´´）の領域で重なり合っていることを特徴とする請求項５ないし９のいずれか１に記載の方法。
【請求項１１】
前記材料の吹き付けられる溶融物に、非溶融の固形粒子を混合することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１に記載の方法。
【請求項１２】
２つの層（１１，１３；１１´，１３´，１３´´）の間で、結合を強める中間層および／または拡散を防止する中間層を付着することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１に記載の方法。
【請求項１３】
任意の或る複合材の中で少なくとも２つの互いに結合されており、かつ異なった金属材料から形成された層（１１，１３；１１´，１３）を有する機能構成部材であって、前記層のうちの、少なくとも１つの層が、スプレーフォーミングによって、他方の層へ付着されている機能構成部材。
【請求項１４】
任意の或る鉄金属からなるサブストレート（１１，１１´）と、このサブストレートと結合されておりかつ少なくとも１つの非鉄金属からなる機能層（１３）とを有することを特徴とする請求項１３に記載の機能構成部材。
【請求項１５】
前記複数の結合される層（１１，１３；１１´，１３；１３´，１３´´）の間に、結合強める中間層および／または拡散を防止する中間層が設けられていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の機能構成部材。
【請求項１６】
スプレーフォーミングによって前記複数の製造された層のうちの少なくとも１つの層（１３）が、前記材料に埋め込まれた異物を有することを特徴とする請求項１３ないし１５のいずれか１に記載の機能構成部材。
【請求項１７】
スプレーフォーミングによって２つの互いに上下になって付着された層（１３´，１３´´）を有することを特徴とする請求項１３ないし１６のいずれか１に記載の機能構成部材。
【請求項１８】
スプレーフォーミングによって前記複数の付着された層（１３´，１３´´）の間に、拡散を減じる中間層が設けられていることを特徴とする請求項１７に記載の機能構成部材。
【請求項１９】
付着された層（１３）が、この層の厚さに亘って益々混合される少なくとも２つの材料を有する勾配層として、形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の機能構成部材。
【請求項２０】
スプレーフォーミングによって形成された層（１３）が、溶融物の中で互いに混合不可能な２つの材料からなる合金を有することを特徴とする請求項１３ないし１９のいずれか１に記載の機能構成部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの互いに結合された層を製造するための方法に関する。
【０００２】
更に、本発明は、この方法で製造された機能構成部材に関する。
【０００３】
サブストレートと機能層との間に複合材が製造されてなる機能構成部材を製造する多数の方法が知られている。このような機能構成部材は、例えば、軸受構成部材である。軸受構成部材は、安定的なサブストレートから、好ましくは鉄金属、特に鋼からなり、軸受構成要素の機能層は、非鉄金属によって、走行層（Laufschicht）として形成されている。
【背景技術】
【０００４】
DE 10 2004 044 519 A1によって、非鉄金属製のすべり本体をスプレーフォーミングによって形成することは公知である。スプレーフォーミングは、材料を溶融し、ノズル装置を介して、圧力下にあるガスによって、細かな液滴に分配し、かくて、液滴からなる円錐状噴霧へ形成する一次成形法である。吹付は、型へなされる。円錐状噴霧の液滴が、強い冷却によって、型の表面上で均一な層へと分布され、硬い層を形成する。スプレーフォーミングによって製造されたすべり体は、コンデンサ放電溶接によって、面状にまたは点状に機能構成部材のサブストレートに結合される。かような機能構成部材の製造が入念になされるのは、特に、機能構成部材が高い圧力勾配および負荷勾配を引き受けねばならないときである。この場合、すべり体とサブストレートとの間の結合を、溶接によって、慎重にかつ入念に形成しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】DE 10 2004 044 519 A1
【発明の概要】
【０００６】
明細書の最初の部分に記載のタイプのこのような機能構成部材の生産可能性を容易化することが本発明の課題である。
【０００７】
この課題を解決するために、かような機能構成部材のための製造法では、本発明により、複数の層のうち少なくとも１つの層の材料を溶融し、続いて、円錐状噴霧を用いるスプレーフォーミングによって、円錐状噴霧に対し相対移動される他方の層の上に付着し、複合材を製造することが提案されている。
【０００８】
かくして、本発明では、一方の層がスプレーフォーミングによって他方の層に付着されることによって、金属層が面状におよび複合材の中で、しっかり互いに結合される。しかしながら、この場合、他方の層自体も、スプレーフォーミングによって、形成することができる。この場合、この層は、場合によっては、まだ一度も硬化されている必要はない。
【０００９】
本発明は、特に鉄金属製の、好ましくは鋼製の、金属製のサブストレートと、このサブストレートに結合されている非鉄金属製の、金属製の機能層とからなる機能構成部材にとって、特に好ましい。「鉄金属」および「非鉄金属」ならびに「金属製の材料」という概念は、常に、合金も含む。
【００１０】
本発明は、以下の認識、すなわち、スプレーフォーミングによる層の製造の際に、例えば、他方の層が鉄金属からなり、吹き付けられた層が非鉄金属からなるとしても、スプレーフォーミングに必須のプロセスパラメータの適切な選択によって、吹き付けられた層と、他方の層との間の材料結合が達成されるという認識に基づいている。複数の層の間の複合材の製造のために必要なプロセスパラメータは、特に、円錐状噴霧に形成される溶融物の温度、他方の層への衝突までの噴霧の液滴の温度低下を引き起こす、圧力下にあるガスと環境との温度、およびサブストレートの温度である。本発明では、これらのパラメータを、複数の層の間のしっかりした材料結合（Werkstoffverbund）が生じるように、選択することが可能である。従って、本発明では、スプレーフォーミングが一次成形法としてではなく、被覆法として用いられる。
【００１１】
プロセスパラメータの適切な選択が、複数の層の間の効果的な材料結合を常に可能にするにもかかわらず、スプレーフォーミングの前に、中間層を、すなわち、円錐状噴霧の噴霧液滴が衝突する際に一方ではサブストレートとの他方では機能層の材料との結合を作り出す中間層を付着することが適切であり得る。この結合は、円錐状噴霧の噴霧液滴が衝突する際に中間層に伝達される温度上昇によって可能にされる。スプレーフォーミングによる一次成形に関して既に知られるように、溶融物に、非金属製の固体粒子が混合される。その目的は、吹き付けられた機能層のパフォーマンス特性を、機能層における固形粒子の常に均等な分布によって制御するためである。
【００１２】
本発明の特に好都合な実施の形態では、機能層は、１回のパスで、溶融物として準備されかつサブストレートに吹き付けられる少なくとも２つの材料から製造される。この場合、溶融物を、サブストレートであってもよい支持体の移動方向に吹き付けることができる。この場合、溶融物を、支持体の移動方向に相前後して支持体に吹き付けることができる。用途の目的に従って、支持体の移動方向に後で吹き付けられる層を、前に吹き付けられておりかつ既に硬化した層の上に吹き付けることは好都合である。それ故に、機能層は、サブストレートに２つの互いに上下になって設けられておりかつ複合材の中で互いに結合されている層から形成される。この場合、２つの互いに上下になって設けられた層から形成された機能層が、機能構成部材のサブストレートとしての支持体に同様に結合されていること、しかしまた、支持体が２つの層との結合を保たず、２つの互いに結合された層の製造後に、除去されることが可能である。このことは、スプレーフォーミングによって均一の材料から構成部材を一次成形する場合に通常である。
【００１３】
しかしまた、材料が細かい噴霧液滴の形で互いに混合されて機能層を形成するように、サブストレートおよび／または溶融物の温度を、調整することも可能である。このことによって、機能層を、従来の方法では互いに合金化できない材料からなる合金で製造することも、可能である。
【００１４】
本発明に係わる方法の変更の実施の形態では、異なった材料からなる複数の層が、硬化前に、部分的にのみ混合し、かくして、勾配機能層を形成するように、サブストレートまたは支持体それぞれのおよび／または溶融物の温度を調整することができる。２つの材料が移動方向に相前後して吹き付けられるとき、かような部分的な混合が、機能層の厚さに亘って生じる。このことによって、主たる第１の材料から主たる第２の材料への漸次的な移行が形成され、従って、これらの層が互いの中に移行する。
【００１５】
本発明が、特にすべり軸受用層のために用いられることは利点である。すべり軸受用層には、複数の相矛盾する要求がなされる。一方では、このような層は、例えば潤滑剤に伴って軸受へ運ばれる異物にとっても良好な埋め込み可能性を有すべきである。その目的は、軸受が異物によって損傷を受けないようにするためである。他方では、すべり軸受は、出来る限り長い寿命を有し、高い埋め込み可能性を有するすべり軸受用層が使い減らされている場合にとって、特に良好な緊急操作特性（Nutlaufeigenschaften）を有する。
【００１６】
２つのまたはそれより多い異なる層を有するすべり軸受用層の形成によって、任意の或る層の特に高い埋め込み特性およびその層の下にある層の良好な緊急操作特性という異なった要求に、折り合いがつけられる。この場合、すべり軸受用層は、非鉄金属の層である。
【００１７】
本発明により製造されかつ互いに上下して設けられた複数の層が、組成が異なっていても、同一のマトリックス構造を有し、あるいは、異なったマトリックス構造従ってまた異なった組成から形成されていてもよい。
【００１８】
同一のマトリックスを有する、層のこのような組合せの例は、ＣｕＳｎ６およびＣｕＳｎ１５である。層のこのような組合せを、本発明では、鉄製のサブストレートに付着させることができる。
【００１９】
異なったマトリックスを有する合金の、層の組合せは、例えばＣｕＳｎおよびＳｎＳｂＣｕまたはＡｌＳｎおよびＳｎＳｂＣｕである。
【００２０】
スプレーフォーミング中に層に挿入された固体粒子は、例えば、ダイヤモンド、炭化物、シリケートからなる固体粒子およびセラミック状の粒子であってもよい。他方、ソフト粒子としては、潤滑特性を有する粒子、例えば、ＭｏＳ２、ＰＴＦＥ、シリコーン、硫酸バリウム等であってもよい。溶融物中の固体粒子の溶融は、通常は、固体粒子が噴霧ガスによって溶融物と混合され、従って、通常は溶融物に加えられないことによって防止される。このことによって、噴霧液滴と固体粒子との間の短い接触時間しか存在しない。この接触時間では、伝達熱は、固体粒子を溶融するためには、十分でない。この代わりに、機能層のための材料の溶融物の温度よりも高い融解温度を有する固体粒子を用いることができる。
【００２１】
本発明に係わる方法は、その他の点で、サブストレートも、知られた一次成形工程で、スプレーフォーミングによって製造することを可能にする。
【００２２】
本発明に係わる方法は、平らなサブストレートの場合および３次元のサブストレート、例えばチューブ、球体等の場合の複合材を製造するために適切である。サブストレートと円錐状噴霧との間の相対運動が、線状に、しかし好ましくは、好ましくは正弦状の運動コースを有するスキャンプロセスの形でなされることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係わる方法を実施するために適切であって、スプレーフォーミングによって複合材を製造するための装置の断面略図である。
【図２】サブストレートによる複合材の形で機能層を付着するプロセスの略図である。
【図３】２つの円錐状噴霧によって、２つの部分層からなる機能層を付着するプロセスの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面に示された実施の形態を用いて、本発明を詳述する。図１は、材料３の溶融物が満たされている坩堝２が入ったタンク１を示す。材料は、溶解され、材料がＣｕＳｎ６の合金であるときは、加熱コイル４によって、例えば１１５０℃の所望の溶解温度に保たれる。かくして準備され溶融された材料は、分配炉６の内部で所望の温度に保たれる分配容器５に達する。分配容器５の底部の開口部を通って、溶融材料噴流が流出し、溶融材料噴流９の形態で一次ガスノズル７および噴霧ガスノズル８を通過する。噴霧ガスノズル８では、噴霧ガスが、例えば３．５ｂａｒの正圧によって変形されて、円錐状噴霧１０を形成する。円錐状噴霧１０に含まれる、材料の液滴は、図１でチューブの形態に形成されているサブストレート１１に達する。サブストレート１１は、（Ｓｔ−３７の鋼製のサブストレートのために）約１０００℃の温度に達するまで、導電コイルの形態のサブストレート・ヒータ１２によって予熱される。サブストレート１１は、図１に示した実施の形態では、サブストレート１１の管軸にある軸を中心として回転される。それ故に、サブストレート１１上に、機能層１３が構成される。
【００２５】
噴霧装置全体はチャンバ１４にある。チャンバは、噴霧ガスの流出のための出口を有する。
【００２６】
噴霧ガスとしては、好ましくは、特に窒素のような不活性ガスが適切である。このような不活性な雰囲気は、タンク１の内部でも適切であり、あるいは多くの材料のために必要である。
【００２７】
実施の形態では、チューブ状のサブストレート１１の回転のための回転周波数は、１．２Ｈｚであり、噴霧ガスノズル８とサブストレート１１との間の距離Ｚは、３３０ｍｍであり、被覆時間は約１３０秒である。この時間の間に、サブストレートの直径が３８０ｍｍであり、長さが１４０ｍｍであるときに、サブストレート１１上に、約３２Ｋｇの素材（Masse）が機能層１３として付着された。
【００２８】
噴霧ガス圧力は、２．５と３．５ｂａｒの間にあった。３．５ｂａｒの増加した噴霧ガス圧力を、噴霧プロセス中に３ｂａｒより少ない圧力に減じることができる。被覆後に、機能層１３を有するサブストレート１１が、空気に触れて冷却することは適切である。個々の場合に必要であるときは、機械的な再圧縮を行なってもよい。図２は、平らなサブストレート１１´を略示する。このサブストレート上には、円錐状噴霧１０によって、機能層１３が付着される。ここでも、サブストレート・ヒータ１２が設けられている。その目的は、複合材の製造のための最適な条件を調整するためである。
【００２９】
しかしながら、サブストレートの加熱が、複合材の製造のために、いつでも必要であるという訳ではないことを指摘しておこう。あり得る加熱は、サブストレート１１，１１´のために用いられた材料に依る。
【００３０】
図３に示した変形例では、機能層１３は、２つの部分層１３´、１３´´からなる。これらの部分層は、サブストレートの移動方向Ｐに相前後して設けられた２つの円錐状噴霧１０，１０´によって付着される。この場合、円錐状噴霧１０，１０´は、サブストレート１１´の高さで、幾らか重なり合う。それ故に、２つの部分層１３´と１３´´との間で、（図示しない）移行区域が生じる。この移行区域は、２つの部分層１３´と１３´´相互の結合のために必要である。
【００３１】
サブストレート１１，１１´と、機能層１３との間の、本発明により得られた複合材は、上に示した実施の形態で説明したように、材料の種々の組合せのために、適切なプロセスパラメータの選択によって得られる。
【００３２】
この場合、プロセスパラメータとしては、特に溶融物３および溶融材料噴流９それぞれの温度、円錐状噴霧１０を作り出すための噴霧ガスの圧力、サブストレート１１，１１´の温度ならびに円錐状噴霧１０，１０´に対するサブストレート１１，１１´の相対移動の速度が適切である。この相対移動は、搬送方向Ｐにおける成分と、この搬送方向に垂直な成分（例えば、図１に示したチューブ状のサブストレート１１における回転運動）との組み合わされた移動によって形成されていることができる。
【００３３】
幾つかの適用例に関しては、薄い中間層の付着によってサブストレート１１，１１´を前処理することは、適切であり得る。この場合、中間層は、結合を強める中間層として機能することができる。このような中間層が、サブストレート１１，１１´と機能層１３とからなる問題のある材料対の間の複合材を改善するのは、例えば、一方では、サブストレート１１，１１´および中間層と、他方では中間層および機能層１３との間の金属間結合を形成することによってであり、他方、サブストレート１１，１１´と機能層１３との間の直線結合は、問題となるであろう。
【００３４】
中間層は、機能層１３とサブストレート１１，１１´との間の複合材が、例えば非常に異なった熱膨張係数の故に、所定の条件下で危険であるときに、適切であり得る。一方ではサブストレート１１，１１´の熱膨張係数と、他方では機能層１３の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する中間層は、製造された複合材を、温度の比較的大きな変動に対し耐えることができるようにする。
【００３５】
同様に、中間層が、例えば、噴霧層の必要な再圧縮の際に、せん断力（Sperrschieberkraefte）の吸収の改善のためにも、好都合であり得るのは、中間層の材料が、かようなせん断力を吸収することができ、従って、これらの力を、サブストレート１１，１１´へ弱めて伝達する場合である。中間層のこの機能を、圧縮、圧延または鍛造のような、続いての処理段階のために利用することができることは、利点である。
【００３６】
結合を強める中間層としては、従来の溶接層、半田づけ層および拡散層が適切である。更に、中間結合および／または混晶の形成をもたらす溶融を用いることができる。
【００３７】
中間層を、従来の方法で、例えば、電気めっき、浸漬、圧延（Aufwaelzen）、摩擦溶接およびスパッタリングによって、鉄製のサブストレートまたは非鉄製のサブストレートに付着することができる。
【００３８】
適切な中間層は、例えば、単にまたは主として、銅、スズ、亜鉛、ニッケル、ビスマス、銀、ニッケル亜鉛、クロム、アルミニウム、アルミニウム・スズ、アルミニウム亜鉛、ネッケル・クロム等からなる。例えば、亜鉛中間層またはスズ中間層は、鉄の、銅のまたは鉄・アルミニウムの複合材のために、結合を強める。
【００３９】
図面に示されているように、２つの円錐状噴霧３，４が、サブストレート１の表面の上方に、同一の高さＺを有し、この高さは、各々の（図示しない）噴霧ノズルを配列したものによって定められている。当然ながら、複数の円錐状噴霧のうちの一方のために、他方の円錐状噴霧とは異なる高さＺを選択することによって、層５，６のデザインを変えることが可能である。これに対応して、付着された層５，６をの厚さ、以下のことによって、すなわち、材料の処理量を、場合によっては、円錐状噴霧３，４の異なった高さＺも加えて、円錐状噴霧３，４のノズルによって異なって形成することによって、変えることも可能である。機能層１３すなわち部分層１３´，１３´´の形成は、更に、円錐状噴霧の圧力を変えることによって、影響を受けることができる。
【００４０】
本発明に係わる方法は、機能層１３の付着の際に、複合材を、スプレーフォーミングによって直接製造することによって、機能構成部材を容易に製造することができる。サブストレート１１，１１´および機能層１３の結合のために従来では必要なすべての処理段階は、従って、省略することができる。
【００４１】
本発明にとって好ましい使用は、前記層構造を用いたすべり軸受構成部材またはころがり軸受構成部材の製造である。
【００４２】
例
１．鋼製のサブストレート１１，１１´上に、青銅（ＣｕＳｎ，ＣｕＭｅＸ）製の噴霧層が吹き付けられる。その結果、複合材が生じる。この場合、噴霧層が機能層１３を形成する。
【００４３】
２．鋼製のサブストレート１１，１１´上には、機能層１３として、ＳｎＡｌ３Ｏの噴霧層が吹き付けられる。しかしながら、その前に、サブストレート１１，１１´には、１０μｍより少ない厚さを持った中間層が備えられた。この中間層は、結合を強める層または拡散を防止する層である。中間層の材料としては、例えば、Ｃｕ，Ｓｎ／Ｚｎ，Ｓｎ等が適切である。
【００４４】
３．鋼製のサブストレート１１，１１´上には、異なった合金からなる２つの層１３´，１３´´が吹き付けられる。このプロセスでは、鋼製のサブストレートとの直接的な結合が作られる。２つの層（１３´，１３´´）は、重大な混合区域が形成されないように、付着されることができる。かくて、積層材が存在する。
【００４５】
２つの層１３´，１３´´は、傾斜材料を形成するために、重大な混合区域を形成しつつ付着されることができる。層１３´，１３´´の実現された厚みは、選択自在である。
【００４６】
４．鋼製のサブストレート１１，１１´上には、第１の機能層１３´（例えばＣｕＳｎｘ）が吹き付けられて、複合材が作られる。次に、第１の層１３´上に、＜１０μｍの層の厚さを有する中間層が付着される。中間層の材料は、例えばＡｇ，Ｓｎ，Ｎｉ等であってもよい。その後、第２の層１３´´が、例えばＡｌＳｎ製の噴霧層として付着される。
【００４７】
２つの層１３´，１３´´の材料は、中間層がなければ、望ましくない特性、特に、高い脆弱性を有する金属間結合を形成するだろう。かくして、中間層は、層１３´，１３´´の間の拡散、およびこれらの層１３´，１３´´の間の望ましくない金属間層の形成を防止する。中間層は同様に吹き付けられることができる。しかしながら、従来の付着も好ましい。
【００４８】
５．支持体へは、支持体との複合材ができることなく、第１の噴霧層１３が付着される。噴霧層は、例えば半円筒の形に形成されている。機能層１３が作られるとき、今や、鋼製のサブストレート１１，１１´は、同様に吹付によって製造され、円筒状の機能層１３の内壁に付着されることができる。場合によっては、ここでは、中間層を設けることもできる。中間層は、このとき、サブストレート１１，１１´を吹き付ける前に、機能層１３の内壁に付着される。
【符号の説明】
【００４９】
１０  円錐状噴霧
１０´  円錐状噴霧
１１  サブストレート
１１´  サブストレート
１３  層、機能層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2010508148.tif 000007
2010508148.tif 000008
2010508148.tif 000009
2010508148.tif 000010
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