用于机器元件的表面结构化的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种方法和设备，用于实施用于在相对运动的机器元件的接触面的区域内产生凹陷的激光加工方法。该用作微结构的凹陷接着构成用于涂层的优化的附着基础。为使从设备(9)的激光加工头射出的激光射束(4)能够以大于5m/s的希望的高进给速度运动，在保护管(11)的内部设置使激光射束(4)偏转的反射器元件(10)，使得激光加工头和一个未表示的用于机器元件的工件夹头同样能够在加工期间设计为静止的。在这种情况下反射器元件(10)和保护管(11)一起以可围绕对激光射束(4)同轴的转动轴线(12)转动的方式被驱动。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种方法和设备，用于实施用于在相对运动的机器元件的接触面的区域内产生凹陷的激光加工方法。该用作微结构的凹陷接着构成用于涂层的优化的附着基础。为使从设备(9)的激光加工头射出的激光射束(4)能够以大于5m/s的希望的高进给速度运动，在保护管(11)的内部设置使激光射束(4)偏转的反射器元件(10)，使得激光加工头和一个未表示的用于机器元件的工件夹头同样能够在加工期间设计为静止的。在这种情况下反射器元件(10)和保护管(11)一起以可围绕对激光射束(4)同轴的转动轴线(12)转动的方式被驱动。【专利说明】用于机器元件的表面结构化的方法和设备
本专利技术涉及一种用于机器元件的表面结构化的方法，特别在活动的机器元件的接触面的区域内，其中在所述机器元件的一个接近表面的区域内借助电磁射线尤其作为微结构化地产生许多凹陷或产生尤其作为微结构的许多凹陷并且接着涂装一个涂层。此外本专利技术涉及一种用于机器元件的表面结构化的设备。
技术介绍
所述类型的一种方法在表面结构化的领域作为用于随之要设置的涂层的附着基础的预处理已经公知。 这里电磁射线基础上的这种射线方法显著与在实际中还经常使用的使用磨损性粒子的射线方法不同，后者首先鉴于必须为无残留物地去除这些粒子所需要的花费表明是有缺点的。 一类涂层方法例如在DE 102 41 846 Al中说明，其中通过去除接近表面的层来放大内燃机的活塞表面改善的附着特性。在所述层的去除之后涂装一个涂层，其在固化后构成一个持久的涂层。 为此在结构元件的表面内借助电磁射线特别借助激光射线在表面内产生许多凹陷，例如底切，其中能够这样调整射线，使得接近表面的物质被升华。结构元件的要除去的材料通过激光射线蒸发，并且能够由此没有问题地借助压缩空气从凹陷中去除。同时在表面上附着的粒子或者残留物也被蒸发，以致可以免除表面的准备的、特别是化学的清洁。所述凹陷例如以5至5000 μ m之间的深度以及以I至1000 μ m之间的直径产生。 从DE 36 34 708 Al中获知一种涂层方法，其中说明机器零件特别是活塞环的制造。为此在一个承受滑动摩擦的运行面上使用一个电镀的硬铬涂层进行涂层。该涂层具有在所述运行面上栅格式分布设置的、延伸直到在基材内的凹陷。这些凹陷已经在涂装涂层前借助激光射束在基体内产生，使得这些凹陷在表面清洁后的均匀涂层时还在该涂层中成像。 DE 10 2007 023 418 B4涉及一种方法，用于通过在构成显微式的底切的情况下打毛表面，打毛结构部件表面，特别是金属表面，为改善在其上热喷射的层的附着。这样的金属结构部件例如是用于内燃机的汽缸衬套或者气缸体曲轴箱或者用于内燃机的连杆。为此在构成显微式的底切的情况下借助脉冲式的激光射束打毛所述表面，其中激光射束还可以在所述表面上倾斜地作用。通过脉冲式激光取决于能量密度、焦点大小和衬底材料产生一种规定的形状口袋(Formtasche)。通过一种几乎爆炸式的材料削除所述材料完全蒸发，不会围绕孔的边缘淤积或者沉淀干扰的材料。 此外WO 96/33837 Al说明了一种用于具有金属的载体材料的工件块的表面准备的方法，其中进行表面的熔化，以便例如通过蒸发去除附着的层。
技术实现思路
在这种背景下本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种开始时提到的类型的方法，使得能够迅速地和高效率地执行加工并且不必对要提供涂层的机器元件进行后处理。此外本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种用于执行本方法的设备。 所述技术问题通过一种用于机器元件的表面结构化的方法解决，特别在可动的机器元件的接触面的区域内，其中借助电磁射线在所述机器元件的一个接近表面的区域内尤其微结构化地产生凹陷或产生尤其作为微结构的凹陷，其中，所述电磁射线作为激光器的激光射线指向机器元件的表面，该激光射线在最大0.0lmm2的面积上具有大于800W的功率，焦点相对于机器元件的进给速度在5m/s和50m/s之间，特别在5m/s和20m/s之间。 也就是说根据本专利技术提供一种方法，其中电磁射线作为通过一个激光器特别是一个单模激光器例如一个纤维激光器的激光射线通过一个反射器元件向机器元件的表面上偏转，所述激光射束在最大0.0lmm2的面积上具有大于800W的功率,焦点相对于机器元件的进给速度在5m/s和50m/s之间，特别在5m/s和20m/s之间。由此实现一种对机器元件的能量输入，通过该能量输入以惊人的简单方式通过爆炸式地蒸发一部分产生的熔液以高的速度同时受控地喷出滞留的残余熔液。与要么较小的能量输入导致必须通过附加的辅助剂去除熔液；或者使用较高的能量输入来完全蒸发要去除的材料成分的现有技术相比，根据本专利技术显著加速材料的去除。通过高的进给速度所述熔液以对激光射束的工作方向的可调整的角度离开如此产生的凹陷。根据本专利技术为此一个聚焦的、具有较大功率和高的最小进给速度的激光射束相对在提供有凹陷的表面上运动，使得机器元件在该激光射束的焦点的区域内的材料被爆炸式地升华并且所述表面由此部分地破裂或者产生沟痕。与表面的赤裸的熔化相反，通过爆炸式地升华避免熔液在激光射线的焦点的后面汇合。通过爆炸式地升华所述材料同时清洁所述表面，因为表面的污染物和氧化物同样被升华或者通过爆炸的等离子体的动能被抛开。 在这种情况下激光射束在所述表面上被聚焦在一个较小的点上。在500mm的焦距的情况下有利的焦点直径在20 μ m和100 μ m之间，特别约为50 μ m。在这种情况下特别有利的是最小进给速度为16m/s以及激光功率为lkW。 在通过所述凹陷构成的图案中可以产生具有微小间隔的线。为此所述凹陷以10 μ m至50 μ m之间的深度，特别最大到40 μ m、和具有50 μ m和200 μ m之间的宽度在所述表面内产生。由此能够显著提高线密度，其中能够在仅I毫米的宽度上实现直到15条线。 功率取决于机器元件的材料特性，其中激光射线在把铝作为基本材料成分的材料的情况下以在最大0.0lmm2的面积上具有从800W到2kW的功率、或者在基本上由灰铸铁组成的材料的情况下以在最大0.0lmm2的面积上具有从1.5kff到3kW的功率指向机器元件的要去除的区域。在这种情况下激光功率可以参照进给速度以及材料特性和表面对于激光射线的吸收度优化。 尤其凹陷的产生以线状连续的或者间断的方式进行，其中所述凹陷至少局部按照正弦形和/或矩形被加工，由此能够实现熔液的加强抛出同时实现高的进给速度，其中凹陷的不同的图案或者结构可以互相补充或者重叠。尤其这样产生具有平行的、在钻孔的情况下螺旋状的线的线结构或者具有交叉的线的格子和菱形结构以及圆形或者椭圆形的结构。随机的或者不规则的结构也可以借助激光射线在表面内作为凹陷产生。 所述凹陷优选以垂直于应力方向的取向在表面内产生，它在必要时也可以与平面法线偏离。为此电磁射线相对机器元件的表面区域的平面法线呈锐角，特别倾斜相交成一个在30°至60°之间的夹角地，沿进给运动的方向定向，使得在高进给速度的情况下把熔液按一个相对于激光射束工作方向的相应的角度从凹陷中抛出。 不言而喻，本专利技术的方法不限于规定的机器元件，相反可望成功地在几乎所有技术的应用领域内使用。作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于机器元件(2)的表面结构化的方法，特别在可动的机器元件(2)的接触面的区域内，其中借助电磁射线在所述机器元件(2)的一个接近表面的区域内尤其作为微结构化地产生凹陷，其特征在于，所述电磁射线作为激光器的激光射线指向机器元件(2)的表面，该激光射线在最大0.01mm2的面积上具有大于800W的功率，焦点相对于机器元件(2)的进给速度在5m/s和50m/s之间，特别在5m/s和20m/s之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M·维索普，K·施密特，M·德姆勒，A·纳克，D·什切潘斯基，T·哈默，
申请(专利权)人：大众汽车有限公司，奥迪股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE