Die Erfindung betrifft einen Schichtwerkstoff oder ein Schichtwerkstück mit einer auf einer Trägerschicht angebrachten Funktionsschicht, insbesondere Gleitschicht, mit der Struktur einer festen, aber schmelzbaren Dispersion mit einer Matrix und mindestens einem in der Matrix dispergierten Bestand¬ teil, der zumindest in festem Zustand im Werkstoff der Matrix unlöslich oder nur in geringerer als vorhandener Menge löslich ist, oder mit der Struktur einer für tribologische Zwecke anwendbaren, in sich fest verbunde¬ nen, im wesentlichen schmelzbaren Gemenges von nicht oder nur in geringerer als vorhandener Menge in einander löslichen Bestandteilen, ggf. teilweise in kristallartiger Form. Als Schichtwerkstoffe oder Schichtwerkstücke dieser Art kommen bevorzugt Verbundgleitlager bzw. Schichtwerkstoffe zur Herstellung von Verbundgleitlagern, in Betracht, bei denen die die Funkti ^¬ onsschicht darstellende Gleitschicht aus Dispersionslegierung, insbesondere Bleibronze oder Aluminium/Zinn-Dispersionslegierung oder Aluminium/Blei- Dispersionslegierung besteht und auf einer den Lagerrücken bildenden Trä¬ gerschicht, vornehmlich einer Trägerschicht aus Stahl, angebracht ist. Von besonderer Bedeutung sind dabei Verbundgleitlager aus Schichtwerkstoff des Typs Stahl/Bleibronze wegen der hohen dynamischen Belastbarkeit und der guten Einlauf- und Notlaufeigenschaften der Bleibronze. Aufgrund der völli¬ gen Unlöslichkeit der beiden Metalle ineinander in festem Zustand ist in einer Funktionsschicht aus Bleibronze praktisch ein mechanisches Gemenge von Kupfer und Blei vorhanden, das aus der homogenen Schmelze im Zuge eines großen Erstarrungsintervalls entsteht. Die heute üblichen, im Bandbegieß ^¬ verfahren auf Stahl hergestellten Stahl/Bleibronze-Schichtwerkstoffe be¬ schränken sich auf Bleigehalte bis etwa 22 Gew.-% der Bleibronze. Die Herstellungsschwierigkeiten für Kupfer/Blei-Legierungen mit Bleigehalten innerhalb der Mischungslücke, d.h. Bleigehalten zwischen 40 Gew.-% und 50 Gew.-%, sind so groß, daß solche Legierungen bis heute keine praktische Bedeutung erlangen konnten. Die Bindung zwischen dem Stahlträger und dem Bleibronzeaufguß erfolgt durch eine feste metallische Bindung zwischen den primär aus der Schmelze erstarrenden Kupferkristall iten und dem Stahlträ ^¬ ger. Es muß deshalb im Interesse einer guten Bindung zwischen dem Stahlträ¬ ger und der Bleibronzeschicht die' Bildung solcher Kupferkristall ite heran-

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gezogen werden, was in der Praxis durch die Maßnahme erreicht wird, daß der Stahl zum Aufgießen der Bleibronze auf eine die Diffusionsbindung zwischen Stahl und Kupferkristalliten ermöglichende Temperatur von ca. 1100 °C gebracht und auf dieser Temperatur gehalten wird. Andererseits bedingt die durch KupferkristalUte und Bleiausscheidungen heterogene Struktur der Bleibronze-Funktionsschicht erhebliche funktioπelle Nachteile gegenüber einer homogenen Funktioπsschicht-Struktur. Vergleichbare Verhältnisse bestehen auch bei die Funktionsschicht darstellenden Gleitschichten aus AIuminiu /Zinn-Dispersionslegierungen und AIuminiu /Blei-Dispersionsle- gierungen sowie allen denkbaren Funktionsschichten für tribologische Zwecke mit heterogener Struktur, beispielsweise auch bei Strukturen von in sich fest verbundenen, im wesentlichen schmelzbaren Gemengen von nicht oder nur in geringerer als vorhandener Menge ineinander löslichen Bestandteilen.

Aus DE-OS 29 37 108 ist bereits ein Verfahren zur Vergütung von Gleitlegie¬ rungen, insbesondere Gleitlagerlegieruπgen bekannt, bei welchem die Gleit¬ legierung durch einen oder mehrere stark konzentrierte Energie- oder Hitze¬ strahlen einer örtlich fortschreitenden, punktförmigen Schmelzung unterzo ^¬ gen werden soll, wobei durch das Fortschreiten der dem Energie- oder Hitze¬ strahl unterworfenen punktförmigen Fläche und die im Werkstoff der Funkti¬ onsschicht vorhandene Wärmeableitung ein plötzliches Abkühlen der Schmelze bewirkt werden soll. Jedoch soll in diesem bekannten Verfahren die eine heterogene Werkstoffstruktur aufweisende Funktioπsschicht in den punktför ^¬ migen Bereichen auf ihre gesamte Dicke, d.h. bis zum Bindungsbereich zur Trägerschicht hin aufgeschmolzen werden. Dieser dabei zugeführte Wärmemenge ist jedoch so groß, daß das beabsichtigte plötzliche Abkühlen - nicht zuletzt im Hinblick auf die beim erneuten Erstarren wieder freiwerdende latente Schmelzwärme - so langsam ist, daß die erneute Ausbildung einer heterogenen Struktur in der Funktionsschicht unvermeidlich ist. Es kommt bestenfalls zu einer mehr oder weniger geringfügigen Verfeinerung gegenüber der ursprünglichen Struktur. Eine wesentliche Verbesserung der funktionel- len Eigenschaften von Gleitschichteπ aus Dispersionslegierungeπ und sonsti¬ gen, für triobologische Zwecke anwendbaren Gemischen, läßt sich auf diese Weise nicht erreichen. Bei Funktioπsschichten aus Bleibroπze kommt noch hinzu, daß durch das örtliche Aufschmelzen der Funktionsschicht auf ihre

gesa te Dicke auch die erwünschte Diffusionsbindung beseitigt oder zumin ^¬ dest wesentlich verschlechtert wird.

Aus EP 130 175 A2 und EP 130 176 A2 ist auch bekannt, bei Gleitlagern Bereiche unterschiedlicher Härte in der Lauffläche dadurch zu bilden, daß in begrenzten Zonen der Lauffläche härtende Werkstoffkomponenten in den Oberflächenbereich der Lauffläche eingeschmolzen werden, vorzugsweise unter Benutzung von Laserstrahlen oder Elektronenstrahlen. Man erhält hierdurch eine Lagerlauffläche mit Bereichen unterschiedlicher Härte der LaufSchicht, jedoch nicht eine sich über die gesamte Lauffläche erstreckende Oberflä¬ chenvergütung im Sinne der Verbesserung der Funktionseigenschaften, insbe¬ sondere der tribologischen Eigenschaften in gleichem Maße an sämtlichen Teilen und Bereichen der Funktionsschicht-Oberfläche.

Schließlich ist aus DE-OS 36 36 641 und EP 212 938 A2 bekannt, Gleitschich¬ ten auf einem bandförmigen Träger, beispielsweise einem Stahlträger dadurch zu bilden, daß zunächst ein Gemisch der Legierungsbestandteile in Pulver¬ form auf den Träger aufgebracht wird. Das Pulver wird dann unter Anwendung eines in einem vorher bestimmten Muster über die Pulverschicht geführten Energiestrahls, nämlich Laserstrahls, fortschreitend örtlich aufgeschmol¬ zen. Es ist zwar möglich, bei in dieser Weise hergestellten Gleitschichten aus Dispersionslegierung feinere Struktur zu Erzielen als bei aufgegossenen Funktionsschichten aus Dispersionslegierung. Jedoch lassen sich auch auf diese Weise nicht Funktionseigenschaften einstellen, die mit einer feintei- ligen, homogenem Aufbau nahekommenden Struktur der Funktionsschicht ver¬ gleichbar sind. Außerdem kann durch das fortschreitende Aufschmelzen von vorher aufgestreutem Pulver in einem punktförmigen Bereich nicht eine erwünschte Diffusionsbindung zwischen der Trägerschicht und der Funktions¬ schicht erreicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, Schichtwerkstoffe oder Schicht¬ werkstücke der eingangs angegebenen Art dahingehend wesentlich zu verbes¬ sern, daß einerseits eine sichere Bindung - wenn stofflich möglich, eine Diffusionsbiπdung - zwischen der Trägerschicht und der Funktionsschicht an ihrer, die Funktion ausübenden Oberfläche mit einer Struktur ausgestattet ist, die gegenüber Funktionsschichten mit herkömmlicher heterogener Struk-

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tur wesentlich verbesserte Funktionseigenschaften aufweist, wobei der Schichtwerkstoff bzw. die Schichtwerkstücke in einem sicher durchführbaren Verfahren ohne allzugroßen Aufwand an Zeit und Apparaturen herstellbar sein sollen.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsge äßeπ Schichtwerkstoff bzw. bei den erfindungsgemäßen Schichtwerkstücken dadurch gelöst, daß die Funktions¬ schicht an ihrer der Trägerschicht abgewandteπ Seite eine dünne, durchge¬ hend geschlossene Oberfl chenregion aufweist, in der die Dispersion oder das Gemenge durch Schmelzen und rasches Abkühlen aus dem geschmolzenen Zustand eine gegenüber dem übrigen Teil der Funktionsschicht verfeinerte Struktur mit feinteiliger Verteilung der nicht gelösten Bestandteile auf¬ weist.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die eigentliche Funktion einer Funktionsschicht, beispielsweise die tribologischen Vorgänge einer Gleitschicht in einer sehr dünnen Oberflächenregion der Funktionsschicht stattfinden. Deshalb soll erfindungsgemäß eine Strukturverfeinerung zur Erzielung verbesserter Funktionseigenschaften erfindungsgemäß nur auf eine dünne Oberflächenregion beschränkt sein, während die Funktionsschicht auf den größten Teil ihrer Dicke herkömmliche kristalline Form oder Dispersi¬ onsform aufweisen soll. Auf diese Weise kann die Funktionsschicht in ihrer, einer Trägerschicht benachbarten Region in erster Linie auf die optimale Bindung mit der Trägerschicht abgestellt werden. Ferner werden die Fähig¬ keit eines guten Schichtzusammenhaltes, erwünschter Schichtzähigkeit und Druckaufnahmefähigkeit durch die Struktur im mittleren Schichtbereich bestimmt. Hierzu hat sich die übliche kristalline Struktur oder Dispersi¬ onsstruktur als zufriedenstellend erwiesen. Erfindungsgemäß wird daher die Funktionsschicht mit Regionen unterschiedlicher Struktur ausgebildet, und zwar bereits bei ihrer ersten Herstellung durch Aufgießen oder ähnliche Verfahren mit die Bindungsregion und den mittleren Bereich der Funktions¬ schicht erfassender, kristalliner Struktur oder Dispersionsstruktur und einer eine relativ dünne Oberflächenregion erfassenden Feinstruktur, die den gewünschten Funktionseigenschaften angepaßt ist, beispielsweise mit verbessertem reibungsverhalteπ, erhöhter Ermüdungsfestigkeit und ähnlichen Eigenschaften. Durch die erfindungsgemäße Überführung der zunächst hetero-

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genen Struktur der Funktionsschicht in eine Feinstruktur nur in einer dünnen Oberflächenregion werden die für die Bindung der Funktionsschicht an die Trägerschicht vorteilhaften Eigenschaften einer heterogenen Struktur optimal ausgenutzt. Desgleichen werden auch die Druckaufnahmefähigkeit, die Zähigkeit und der innere Zusammenhalt der Funktionsschicht durch die hete¬ rogene Struktur ggf. unter Einschließung von kristallisierten Teilchen vorteilhaft beeinflußt. Gemäß der Erfindung wird deshalb eine Kombination von in heterogenen evtl. teilkristallisiertem Zustand der Funktionsschicht in ihrem unteren und mittleren Bereich und einer Feinstruktur in einer dünnen Oberflächenregion geschaffen. Durch diese Kombination von zwei schichtförmig durchgehend geschlossenen Regionen wesentlich unterschiedli¬ cher Struktur läßt sich die Funktionsschicht praktisch jeglicher gewollten Palette von Eigenschaften anpassen. Für diese Anpassung können das Dicken ^¬ verhältnis des Schichtteiles mit heterogener Struktur zu dem Schichtteil mit feinstruktur durch zusätzliche Einlagerungen als Parameter herangezogen werden.

Die eine verfeinerte Struktur aufweisende Oberflächenregion der Funktions¬ schicht kann eine Dicke zwischen 50 μm und 500 μ aufweisen, bevorzugt zwischen 50 μm und 250 μm. Im allgemeinen ist es zu bevorzugen, die mit Feinstruktur ausgestattete Oberflächenregion der Funktionsschicht mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke vorzusehen. Es sind jedoch auch Anwen¬ dungsfälle denkbar, in welchen es zweckmäßiger erscheint, die mit Fein¬ struktur ausgestattete Oberflächenregion der Funktionsschicht mit örtlich variierender Dicke auszubilden. Beispielsweise kann dies bei Gleitlagern in Betracht kommen, die entsprechend ihrem Einsatz einen Hauptbelastungsbe¬ reich aufweisen. In diesem Hauptbelastungsbereich könnte verdickte Ausbil ^¬ dung der Feinstruktur aufweisenden Oberflächenregion in Betracht kommen.

Im Rahmen der Erfindung kann die Funktionsschicht aus einer Dispersion oder einem Gemenge mit Matrix oder tragendem Gemengebestandteil auf der Basis eines oder mehrerer der Kupfer, Aluminium, Zink, Silber; und mindestens einem dispergiertem oder in anderer Weise eingelagerten Bestandteil auf der Basis eines oder mehrerer der folgenden Stoffe in Form feiner Teilchen gebildet sein: Blei, Zinn, Wismut, Indium, Nickel, Mangan, Silicium, Koh¬ lenstoff (bevorzugt in Form von Metall wie Nickel, Aluminium, Kupfer um-

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hüllten Graphit-Teilchen, Molybdändisulfid (bevorzugt umhüllt mit Metall wie Nickel, Aluminium, Kupfer), Bornitrid, für tribologische Zwecke anwend¬ bare Kunststoffe wie beispielsweise Polyester, PTFE, PEK, PEEK. Im Rahmen der Erfindung kann den metallischen Bestandteilen der die Funktionsschicht bildenden Dispersion der des Gemenges ein oder mehrere Zusätze der folgen¬ den Gruppe von Stoffen in Gesamtmenge bis zu 2 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 0,5 Gew.-%, zulegiert sein: Li , Na, Ca, Ba, Bi , Si, P, As, Sb, S, Se, Te, Zn, Ti, Zr, Ce, Cr, Mn, Fe, Co, Ni , Si+Zr, Si+Zr+S. Diese Zusätze bewirken bekanntermaßen eine Strukturverfeinerung. Jedoch wurde festgestellt, daß der Einfluß der Abkühlbedingungen gegenüber dem Einfluß solcher Zusätze vorherrschend ist. Immerhin haben die genannten Zusätze im Rahmen der Erfindung den Vorteil, daß die bei der Strukturumwandlung in der Oberflä¬ chenregion der Fuπktionsschicht durch Schmelzen und extrem rasches Abkühlen aus dem geschmolzenen Zustand auch noch die Erzielung einer feineren Ver¬ teilung der ungelösten Bestandteile und die Erreichung der mit der Erfin¬ dung angestrebten verfeinerten Struktur erleichtert und sicherer gemacht werden können.

Für die Anwendung für tribologische Zwecke, insbesondere bei Gleitlagern kann bevorzugt die Funktionsschicht, die in solchem Fall die Gleitschicht ist, aus Bleibronze, vorzugsweise der Zusammensetzung CuPb22Sn, oder Blei¬ zinnbronze gebildet sein. Bei solchen Funktionsschichten bzw. Gleitschich¬ ten aus Bleibronze und Bleizinnbronze läßt sich die Erfindung besonders vorteilhaft anwenden, weil bei ihnen das dentritische Gefüge der Bleibronze bzw. Bleizinnbronze durch Aufschmelzen und sofort anschließendes rapides Abkühlen in einer dünnen schichtförmige durchgehend geschlossenen Oberflä¬ chenregion beseitigt und die Bleibronze bzw. Zinnbronze ein gegenüber dem ursprünglich dentritischen Gefüge wesentlich verfeinertes Gefüge erhält und in diesem verfeinerten Gefüge quasi eingefroren wird. Diese in wesentlich verfeinertem Gefüge "eingefrorene" Bleibronze bzw. Bleizinnbronze bietet wesentlich verbesserte Gleiteigenschaften, insbesondere gegenüber tribolo- gisehen Partnern aus Stahl.

Ähnliche Vorteile bieten sich bei der anwendung der Erfindung an tribologi- schen Elementen deren Funktioπsschicht, und zwar auch in diesem Fall deren Gleitschicht aus Aluminium/Zinn-Dispersioπslegierung, beispielsweise

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AlSnδCuNi, AlSn20Cu oder AlSπ40Cu gebildet ist. Solche Dispersionslegierun- geπ mit Aluminium-Matrix lassen sich im Hinblick auf die Unmi schbarkeit von Aluminium und Zinn nicht anders als Funktionsschicht bzw. Gleitschicht aufgießen als daß beim Erstarren eine Phasentrennung zwischen Aluminium und Zinn eintritt und Teilchen von ausgeschiedener Zinnlegierung in der Alumi¬ nium-Matrix eingelagert werden. In der erfindungsgemäß gebildeten Oberflä¬ chenregion einer solchen Funktionsschicht bzw. Gleitschicht sind dann diese Zinnlegierungs-Teilchen unter Ausbildung einer verfeinerten Struktur in wesentlich feineren Teilchen als der aus der Schmelze erstarrten ursprüng¬ lichen Schicht in der Matrix aus echter Aluminiumlegierung verteilt. Es ist auch bei solchen Funktionsschichten bzw. Gleitschichten aus Alumini- u /Zinπ-Dispersionslegierung erfindungsgemäß eine Oberflächenregion in verfeinertem Gefüge "eingefroren". Diese Oberflächenregion bietet auch in diesem Fall erheblich verbesserte Gleiteigenschaften.

Ähnliche Verhältnisse lassen sich bei Funktionsschichten aus Alumini¬ um/Blei-Dispersionslegierung, beispielsweise AlPb8Si4SnCu durch die erfin¬ dungsgemäß in einem Zustand verfeinerter Struktur "eingefrorene" Oberflä¬ chenregion erreichen. Auch solche Funktionsschichten haben bevorzugte Anwendung als Gleitschicht bei tribologi sehen Elementen.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können der mit verfeinerter Struktur ausgebildeten Oberflächenregion der Funktionsschicht nachträglich Hartteilchen aus der Gruppe von TiC, Glasmehl Si,N., WC, SiC, A1 _? 0, eingelagert sein. Eine solche Weiterbildung der Erfindung kann auch vorsehen, daß der mit verfeinerter Struktur ausgebildeten Oberflächenregion der Funktionsschicht Hartteilchen auf der Basis von Laves-Phasen (AB _? ), vorzugsweise vom Typ MgCu~ oder vom Typ MgZn , MgNi „, nachträglich eingela¬ gert sind, wobei das Radiusverhältnis der A-Atome und B-Atome dieser Laves-Phasen

r _A /r _ß = 1,225

ist.

Durch diese nachträglich in die Oberflächenregion der Funktionsschicht eingelagerten Hartteilchen läßt sich das Fuπktionsverhalten der Funktions-

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schicht in dieser Oberflächenregion noch weiter verbessern und vor allem auch jeder gewünschten Funktion in verbesserter Weise anpassen. Beispiels¬ weise kann die Abriebfestigkeit bei die Funktionsschicht bildenden Gleit¬ schichten verbessert und der jeweiligen Art des tribologischen Partners angepaßt werden, beispielsweise im Preßgußverfahren hergestellten Kurbel¬ wellen aus Stahl u. dgl..

In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Funkti¬ onsschicht an ihrer mit verfeinerter Struktur ausgebildeten Oberflächeπre- gion zusätzlich mit einem weichen metallischen Overlay mit einer Dicke zwischen 10 μm und 500 μm, vorzugsweise 12 μm bis 24 μm, überdeckt sein. Bei Ausbildung der Funktionsschicht als Gleitschicht kann dieser Overlay als Einlaufschicht ausgebildet sein. Es kommt hierzu beispielsweise eine galvanisch aufgebrachte Schicht als Overlay PbSn, PbSnCu, SnSb, PbSnSb, Pbln. Solcher Overlay bietet bei tribologischer Anwendung als Einlauf¬ schicht eine besonders vorteilhafte funktionelle Zusammenwirkung mit der im Zustand eines verfeinerten Gefüges "eingefrorenen" Oberflächenregion der Gleitschicht. Da durch solchen weichen Overlay auch geringste Unebenheiten und Porositäten an der Oberfläche der mit verfeinertem Gefüge ausgebildeten Oberflächenregion ausfüllt und der weiche Werkstoff des Overlay in Art eines Festschmiermittels gegenüber der mit verfeinertem Gefüge ausgebilde¬ ten Oberflächenregion der Fuπktionsschicht bzw. Gleitschicht wirkt. Je nach stofflicher Zusammensetzung der Funktionsschicht bzw. Gleitschicht und des Overlays kann zwischen dem Overlay und der Funktionsschicht eine Diffusi¬ onssperrschicht mit einer Dicke zwischen etwa 2 μm und 10 μm vorgesehen sein, wobei diese Diffusionssperrschicht in ihrer stofflichen Zusammenset¬ zung wiederum an die stoffliche Zusammensetzung des Overlay und der Funkti¬ onsschicht bzw. Gleitschicht anpaßbar ist und aus einem der Stoffe CuSn, CuZn, NiSn, NiCr, NiCo, Co, Ti, Ni gebildet sein kann.

Für die Herstellung von erfinduπgsgemäßem Schichtwerkstoff oder erfinduπgs- gemäßen Schichtwerkstücken ist ein Verfahren anwendbar, bei dem die Funkti¬ onsschicht aus schmelzbarer Dispersion oder aus einem für tribologische Zwecke anwendbaren, schmelzbaren Gemisch durch Aufgießen, Aufspritzen oder auf pulvermetallurgischem Wege auf der Trägerschicht gebildet und ggf. verdichtet wird. Ausgehend von einem solchen Verfahren soll erfindungsgemäß

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die feste, abgekühlte aber an der der Trägerschicht abgewandten Seite noch mit ihrer Oberfläche freiliegende Funktionsschicht an dieser freiliegenden

Oberfläche in einem nach und nach über die gesamte Oberfläche bewegten begrenzten Flächenbereich mittels mindestens einer Plasmaflamme bis zum

Schmelzen der Dispersion oder des Gemisches in einer Oberflächenregion mit einer Tiefe von zwischen etwa 50 μm und 500 μm erhitzt und sofort wieder

2 mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 10 K/s unter Verfestigen und Einfrieren der beim Aufschmelzen in der Oberflächenregion gebildeten verfeinerten Struktur abgekühlt werden.

Bei diesem Verfahren wird mit mindestens einer Plasmaflamme die Oberfläche der durch Aufgießen, Aufspritzen oder auf pulvermetallurgischem Wege gebil¬ deten und heterogene Struktur der einen oder anderen Art aufweisenden Funktionsschicht abgerastert. Mit der Plasmaflamme bzw. den Plasmaflammen wird dabei in jeweils einem eng begrenzten Flächenbereich unter hoher Aufheizgeschwindigkeit ein steiler Temperaturgradient zwischen dem kleinen erwärmten und aufgeschmolzenen Materialvolumen des eng begrenzten Flächen¬ bereichs und dem restlichen Schichtwerkstoff hervorgerufen. Mit der Weiter¬ bewegung der Plasmaflamme wird die in dem eng begrenzten Flächenbereich aufgenommene Wärmemenge in das Innere des Schichtwerkstoffs abgeführt und dabei die zur Erzielung einer verfeinerten Struktur in der oberflächennaheπ Randregion erforderliche kritische Abkühlgeschwindigkeit überschritten. Dieses Verfahren läßt sich relativ einfach und mit für die Praxis vorteil ^¬ hafter Vorschubgeschwindigkeit der Plasmaflamme bezüglich des zu behandeln ^¬ den Schichtwerkstoffs bzw. Schichtwerkstücks durchführen.

Das Aufschmelzen der freiliegenden Oberflächenregion der Funktionsschicht mit Plasmaflamme kann an Luftatmosphäre durchgeführt werden. Enthält die in der Oberflächenregion zu behandelnde Funktionsschicht stoffliche Anteile, die in aufgeschmolzenem Zustand zu starker Reaktion mit Bestandteilen der Luftatmosphäre, insbesondere dem Luftsauerstoff neigen, so kann auch ohne allzugroße Erhöhung des Aufwandes das Aufschmelzen der freiliegenden Ober ^¬ flächenregion der Funktionsschicht mittels einer mit Inertgas, vorzugsweise Argon umhüllten Plasmaflamme durchgeführt werden. In jedem Fall empfiehlt es sich, das Aufschmelzen der freiliegenden Oberflächenregion der Funkti ^¬ onsschicht mittels solcher Plasmaflamrp ^p auszuführen, bei der Argon als

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Plas agas eingesetzt wird. Eine Verbesserung und Weiterbildung dieses Verfahrens kann vorsehen, daß das Aufschmelzen der freiliegenden Oberflä¬ chenregion der Funktionsschicht mittels Plasmaflamme und Anwendung eines in der Plasmaflamme vom Plasmabrenner bis zur Oberfläche der Funktionsschicht durchgezogenen elektrischen Lichtbogens ausgeführt wird. Solche Plasmaflam¬ me mit durchgezogenem elektrischem Lichtbogen bewirkt ein besonders schnel¬ les Aufheizen und Aufschmelzen des jeweiligen kleinen Bereiches in der freiliegenden Oberfläche der Funktionsschicht und eröffnet damit nicht allein die Möglichkeit eines relativ schnellen Vorschubs der Plasmaflamme bezüglich des zu behandelnden Schichtwerkstoffs und damit relativ schneller Verfahrensdurchführung, sondern auch die Ausbildung eines sehr hohen Temperaturgradienten zwischen dem aufgeschmolzenen Bereich in der Oberflä¬ chenregion und den umgebenden Bereichen und Teilen der Funktionsschicht. Dieser sehr hohe Temperaturgradient hat zur Folge, daß bereits in Nachbar¬ schaft des aufgeschmolzenen kleinen Bereiches der Oberflächenregion der umgebende Werkstoff noch relativ kühl ist. Es setzt dann mit dem Weiterfüh ^¬ ren der Plasmaflamme sofort das Abkühlen und Erstarren des in den behandel¬ ten Bereich gebildeten kleinen, eng begrenzten Schmelzbades ein.

Das erfinduπgsgemäße Verfahren kann zu seiner Weiterbildung von Verbesse¬ rung mit der Maßnahme der Parti elinjektion in die behandelte Oberflächen¬ region kombiniert werden. Hierzu sind in die mit Plasmaflamme aufgeschmol¬ zene Oberflächeπregion der Funktionsschicht feine Hartteilchen in der Größe zwischen etwa 10 μm und 100 μm, vorzugsweise zwischen 40 μm und 70 μm zu injizieren. Die in die aufgeschmolzene Oberflächenregion zu injizierenden Hartteilchen können dabei in die Plasmaflamme selbst eingeführt werden, sofern sie durch die Plasmaflamme nicht aufgeschmolzen oder in anderer Weise nachteilig beeinflußt werden.

Besonderen Vorteil bietet auch die Partikelinjektion unter Einsatz von Hartteilchen auf der Basis von Laves-Phasen vom Typ AB _? , vorzugsweise mit Radiusverhältnis der A-Atome und B-Atome

r _A /r _ß = 1,225

beispielsweise Laves-Phasen vom Typ MgC^ oder vom Typ MgZn _? , MgNi _? . Die Injektion von Hartteilchen .auf der Grundlage von Laves-Phasen hat sich insbesondere für die Behandlung von Lagerwerkstoffen und Lagerwerkstücken als außerordentlich wirksam erwiesen. Man wird im erfindungsgemäßen Verfah¬ ren bevorzugt die Injektion solcher Hartteilchen auf der Grundlage von Laves-Phasen getrennt von der Plasmaflamme vornehmen.

Ist es erwünscht, ein Overlay auf der Funktionsschicht vorzusehen, soll dies im erfindungsgemäßen Verfahren unter solchen Temperaturbedingungen geschehen, die die Aufhebung des eingefrorenen Zustands in dem Werkstoff der Oberflächenregion der Funktionsschicht vermeiden. Bevorzugt ist daher im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Anbringung eines solchen Overlay galvanisch vorzunehmen. Entsprechendes gilt auch für die Anbringung einer Diffusionssperrschicht, falls eine solche zwischen der behandelten Oberflächenregion der Funktionsschicht und dem Overlay vorzusehen ist.

Für die Herstellung von erfindungsgemäßem Schichtwerkstoff oder erfindungs¬ gemäßen Schichtwerkstücken eignet sich insbesondere eine Vorrichtung, bei der mindestens eine Plasmaflammdüse einer Trägervorrichtung für den zu behandelnden Schichtwerkstoff oder für zu behandelnde Schichtwerkstücke gegenübergestellt ist, wobei der Abstand der Plasmaflammendüse gegenüber der Trägervorrichtung einstellbar ist, wobei ferner bezüglich der relativen Wanderrichtung des Plasmaflammenbrenners unmittelbar hinter diesem eine gegen die behandelte Oberfläche des auf die Trägervorrichtung aufgelegten Schichtwerkstoffs bzw. der dort aufgelegten Schichtwerkstücke gerichtete Kühlvorrichtung angeordnet ist. Mit der erfinduπgsgemäßen Vorrichtung wird erreicht, daß die zu behandelnde Oberflächenregion eines Schichtwerkstoffs oder von Schichtwerkstücken genau nach einem vorher festgelegten Muster vollständig der Einwirkung einer oder mehrerer Plasmaflammen unterzogen wird und der Abstand der Plasmaflammendüse von der Oberfläche des Werk ^¬ stoffs bzw. der Werkstücke genau einstellbar ist, damit die Einwirkungs ^¬ intensität und die Einwirkungstiefe der Plasmaflamme auf die Oberflächenre ^¬ gion des Werkstoffs bzw. der Werkstücke genau eingerichtet werden können, um einerseits optimale AufSchmelzbedingungen, gewünschte Aufschmelztiefe und optimale Kühlbedingungen für das erzeugte eng begrenzte Schmelzbad aufeinander abstimmbar sind. Dabei werden Bedingungen für sehr rasches

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Abkühlen durch die Waπderrichtung auf den Plasmaflammbrenner folgende Kühlvorrichtung sichergestellt. Die Kühlvorrichtung kann dabei als Brause für flüssiges Kühlmittel ausgebildet sein, beispielsweise als Brause für flüssigen Stickstoff. Dabei kann die Kühlvorrichtung an der Oberseite mit einem Schirm versehen sein, der an seinem Umfangsraπd zur Bildung eines Hohlraumes an die behandelte Oberfläche des Schichtwerkstoffs bzw. der Schichtwerkstücke herangezogen ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist für die Behandlung von bandförmigem Schichtwerkstoff eine Mehrzahl von Plasmaflammendüsen zu einem Plasmaflammenbrenner vereinigt, der als ein sich quer über das zu behandelnde Werkstoffband erstreckenden Balken ausge¬ bildet ist. Dabei kann die Trägervorrichtung für den bandförmigen Schicht¬ werkstoff zum fortlaufenden Transport des Werkstoffbandes unter dem balken- förmigen Plasmaflammeπbrenner hindurch ausgebildet sein. Eine solche Trä¬ gervorrichtung ist dann auch bezüglich der Transportgeschwindigkeit des Werkstoffbandes einstellbar.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schema für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfin¬ dungsgemäße Vorrichtung in perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch in vertika ^¬ lem Schnitt;

Fig. 3 einen schliffbildartigen Ausschnitt aus einer Ausführungs¬ form des erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffs und

Fig. 4 einen schliffbildartigen Ausschnitt aus einer anderen Aus¬ führungsform des erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffs.

Bei der in den Figuren 1 und 2 schematisch wiedergegebenen Vorrichtung 10 ist ein Plasmaflammenbrenner 11 vorgesehen, der eine Mehrzahl von Plas a- flammeπdüsen vorgesehen ist, von welchen in Figur 2 nur eine Plasmaflammen¬ düse 12 schematisch im Schnitt dargestellt ist. Im Beispiel der Figuren 1 und 2 handelt es sich um die Behandlung eines bandförmigen Schichtwerk ^¬ stoffs 30. Hierzu ist der Plasmaflammenbrenner 11 barkenartig ausgebildet

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und erstreckt sich über die Breite des bandförmigen Schichtwerkstoffs 30. Wie in Figur 1 angedeutet, enthält der Plasmaflammenbrenner 11 zwei Reihen auf Lücke angeordneten Plasmaflammendüsen. Dem Plasmaflammenbrenner 11 wird das Brenngas über eine Leitung 13 zugeführt. Hinter dem Plasmaflammenbren ^¬ ner 11 ist eine Kühlvorrichtung 14 angeordnet, die ebenfalls in Art eines sich quer über den bandförmigen Schichtwerkstoff erstreckenden Brausebal¬ kens 15 ausgebildet ist. Diesem Brausebalken 15 wird Kühlmedium über die Leitung 16 zugeführt. Die durch die Kombination von Plasmaflammenbrenner 11 und Kühlvorrichtung 14 gebildete Vorrichtung 10 wird im Sinne des Pfeiles 17 entlang des bandförmigen Schichtwerkstoffs 10 geführt. Anstelle des bandförmigen Schichtwerkstoffs 10 könnten auch Schichtwerkstücke, bei¬ spielsweise für die Herstellung von tribologi sehen Elementen wie Gleitla ^¬ gerschalen, vorbereitete Platinen in einer Reihe angeordnet und mit der Vorrichtung 10 überfahren werden. Im Beispiel der Figur 2 ist die Behand¬ lungsvorrichtung 10 ortsfest angebracht, allerdings die Plasmaflammendüse 12 im Sinne des Doppelpfeiles 18 in ihrem Abstand 19 zu der freien Oberflä ^¬ che des bandförmigen Schichtwerkstoffs 30 verstellbar ist. Der Schichtwerk ^¬ stoff 30 ist in diesem Beispiel über freilaufende Stützrollen 20 und ange ^¬ triebene Stützrollen 21 geführt, wobei in Figur 2 jeweils nur eine freilau ^¬ fende Stützrolle 20 und eine angetriebene Stützrolle 21 dargestellt sind. Den angetriebenen Stützrollen 21 gegenübergestellt sind Andrückrollen 22, so daß der bandförmige Schichtwerkstoff 30 im Sinne des Pfeiles 23 mit gleichbleibender Geschwindigkeit v unter der Behandluπgsvorrichtung 10 vorbeibewegt wird.

Die Plasmaflammendüse 12 weist in diesem Beispiel eine innere Elektrode 24 auf, die gegenüber dem eigentlichen Düsengehäuse 25 auf einem Hochfrequenz¬ potential liegt, so daß zwischen der inneren Elektrode 24 und dem Düsenge ^¬ häuse 25 ein Hochfrequenzlichtbogen 26 aufrechterhalten wird. Im Sinne der Pfeile 27 wird Plasmagas durch die Plasmaflammendüse 12 und durch den Lichtbogen 26 hindurchgeführt und bildet somit die Plasmaflamme 28. Wird auch der bandförmige Schichtwerkstoff 30 an Hochfrequenzpoteπtial gelegt, so kann auch ein von der Elektrode 24 über das Düsengehäuse 25 auf den Schichtwerkstoff 30 durchgezogener Lichtbogen aufrechterhalten werden.

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Die Kühlvorrichtung 14 ist in diesem Beispiel ebenfalls als balkenförmigen Kühlbrause 15 ausgebildet, der über die Leitung 16 das Kühlmedium zugeführt wird. Wie in Figur 2 angedeutet, ist diese Kühlbrause 15 an der Oberseite mit einem Schirm 29 versehen, der an seinem Umfangsrand zur Bildung eines Holraumes an die behandelte Oberfläche des Schichtwerkstoffs 30 herangezo¬ gen ist. In diesem Beispiel kann die Kühlbrause 15 bevorzugt mit flüssigem Stickstoff beschickt werden. Durch die Anordnung einer solchen Kühlbrause in der relativen Vorschubrichtung (Pfeil 17 in Figur 1) der Behandlungsvor¬ richtung 10 bezüglich des zu behandelnden Schichtwerkstoffs 30 wird ein wirksames Abschrecken der mit der Plasmaflamme 28 aufgeschmolzenen kleinen Werkstoff eπge und Einfrieren dieser Werkstoffmenge in verfeinerter Struk¬ tur erreicht. In den Beispielen der Figuren 1 und 2 weist der Schichtwerk¬ stoff 30 eine Trägerschicht 31 aus Stahl und eine Funktionsschicht 32 aus schmelzbarer Dispersionslegierung oder schmelzbarem Gemenge von unter¬ schiedlichen Bestandteilen auf, wobei die Bestandteile der Dispersionsle¬ gierung bzw. des Gemenges zumindest in festem Zustand nicht oder nur in geringerer als vorhandener Menge ineinander löslich sind. An der Einwir- kuπgsstelle der Plasmaflamme 28 auf die Oberfläche der Funktionsschicht 32 wird örtTich ein eng begrenztes Schmelzebad 40 aus Bestandteilen der Di¬ spersionslegierung bzw. des Gemenges gebildet. Durch die Kühlbrause 15 erfolgt dann ein augenblickliches Abkühlen und Erstarren dieses Schmelzeba¬ des 40. Dieses augenblickliche Abkühlen und Abschrecken hat zur Folge, daß ein erheblich verfeinertes Gefüge gebildet und der Werkstoff in diesem verfeinertem Gefüge "eingefroren" wird. Die fortlaufende relative Vorschub¬ bewegung der Vorrichtung bezüglich des Schichtwerkstoffs 30 hat zur Folge, daß auf der freien Oberfläche des Schichtwerkstoffs eine Oberflächenregion 33 mit "eingefrorenem", verfeinertem Gefüge über der gesamten Oberfläche der Funktionsschicht 32 gebildet wird.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Vorrichtung und das mit ihr durch¬ führbare Verfahren lassen sich bei Funktionsschichten 32 unterschiedlicher Strukturen ausführen. Bevorzugt kann es zur Oberflächenvergütung von Funk¬ tionsschichten aus Bleibronze oder Bleizinπbronze herangezogen werden. Es kommen jedoch auch die Oberflächenbehandlung von Funktionsschichten aus Aluminium/Zinn-Dispersionslegierung und die Oberflächenbehandlung von Funktionsschichten aus Alumiπium/Blei-Dispersionslegieruπgen in Betracht.

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Überhaupt kommen Oberflächenbehandlungen der angegebenen Art für Funktions¬ schichten 32 aus jeglichem schmelzbaren Werkstoff in Betracht. Im Rahmen des oben erläuterten Behandlungsverfahrens kann Hartteilchen-Injektion vorgenommen werden. Die Hartteilchen können eine Größe zwischen etwa 10 μm und 200 μm aufweisen. Sofern unschmelzbare oder schwer schmelzbare Hart¬ teilchen einzuführen sind, kann dies direkt zusammen mit der Plasmaflamme 28 erfolgen, in dem diese Hartteilchen in das Plasmagas oder in Strömungs¬ richtung hinter der Plasmaflammendüse 12 in die Plasmaflamme 28 eingeführt werden. Will man Hartteilcheπ auf der Basis von Laves-Phasen in die Ober¬ flächenregion 33 einführen, so kann dies auch mittels getrennter Injektion vorgenommen werden, die solche Laves-Phasen-Hartteilchen zwischen dem Wirkungsbereich der Plasmaflamme 28 und der Kühlbrause 15 in das Schmelzbad 40 injizieren. Die Einwirkungstiefe der Plasmaflamme und damit die Dicke der behandelten Oberflächenregion läßt sich durch Einstellen des Abstandes 19 der Plasmaflammendüse 12 von der Oberfläche des Schichtwerkstoffs 30 einrichten.

Beispiele für die Oberflächenvergütung von Funktionsschichten aus Bleizinn¬ bronze und Bleibronze sind aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich.

Im Beispiel der Figur 3 ist der Schichtwerkstoff 30 für die Herstellung von tribologischen Elementen, bevorzugt Gleitlagern gedacht. Der Schichtwerk¬ stoff 30 hat eine Trägerschicht 31 und eine Funktionsschicht 32. Die Funk¬ tionsschicht 32 besteht im dargestellten Beispiel aus Bleizinnbronze der Zusammensetzung 10 Gew.% Blei, 10 Gew.-% Zinn, Rest Kupfer. Wie Figur 3 zeigt, hat die Funktionsschicht 32 beim Erkalten und Verfestigen der Blei¬ zinnbronze ein dentritisches Gefüge angenommen, das weitgehend durch Kup- ferkristallite beherrscht ist. An der Grenzfläche zwischen der aus Stahl bestehenden Trägerschicht 31 und der Funktionsschicht 32 ist eine Diffusi¬ onsbindung zwischen dem in Figur 3 dunkel erscheinenden Kupferkristalliten und dem Stahl eingetreten. An ihrer freien Oberfläche hat die Funktions¬ schicht 32 eine Oberflächenbehandlung mit Plasmaflamme erfahren, wie sie oben erläutert ist. Hierdurch wurde das dentritische Gefüge der Bleizinn¬ bronze beseitigt und ein neues verfeinertes Gefüge geschaffen, das sich durch eine in der Zeichnung weiß erscheinenden Matrix 34 und darin eingela¬ gerten fein verteilten, ungelösten Teilchen 35 kennzeichnet. Bei der Ober-

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flächenbehandlung wurde im dargestellten Beispiel zusätzlich eine Hartteil¬ chen-Injektion mit Laves-Phasen vorgenommen, wobei diese Hartteilchen 36 wesentlich kleiner als die Dicke der behandelten Oberflächenregion 33 sind, aber unvergleichlich größer als die fein verteilten Teilchen 35 der ungelö¬ sten Bestandteile. Die Matrix 34 und die in ihr fein verteilten ungelösten Bestandteile 35 sind in einer verfeinerten Struktur eingefroren, während die Hartteilchen 36 in diese eingefrorene Struktur eingelagert sind.

Außer einer wesentlichen Verbesserung der Funktionseigenschaften, insbeson¬ dere der Gleiteigenschaften, bietet die durch Strukturumwandlung gebildete Oberflächenregioπ 33 in Zusammenwirken mit der Trägerschicht 31 ein wirksa¬ mes Einkapseln des in der dentritischen Struktur verbliebenen Teiles der Funktionsschicht 32. Da in der Oberfl chenregion 33 die Teilchen 35 aus Bleizinnlegieruπg praktisch dicht eingelagert sind, ist die Oberflächenre¬ gion 33 gegen Korrosion des Bleis praktisch unempfindlich, selbst wenn in Verbrennungskraftmaschinen hochadditivierte Öle oder gealterte Öle mit der Oberfläche der Funktionsschicht 32 in Berührung kommen. Bei herkömmlichen Funktionsschichten aus Bleibronzen oder Bleizinnbronzen tritt, durch hochadditivierte Öle und gealterte Öle selektive Korrosion an den zwischen den Kupferkristall ten bzw. den Dentriten sitzenden Bleiteilchen auf. Es kommt zu einem selektiven Herauslösen des Bleibestandteils, und das Kupfer¬ skelett bleibt übrig und neigt bei entsprechender Belastung zusammenzubre¬ chen. Diese Gefahr ist durch die Abkapselung des noch das dentritische Gefüge aufweisenden Teils der Funktionsschicht 32 zwischen der Oberflächen ^¬ region 33 mit umgewandelten Gefüge und der Trägerschicht 31 solange behoben wie die Oberflächenregion 33 der Funktionsschicht 32 nicht abgerieben ist. Solcher Abrieb wird durch die eingelagerten Hartteilchen 36 erheblich verzögert.

Im Beispiel der Figur 4 handelt es sich ebenfalls um einen Schichtwerkstoff 30, der für die Herstellung von tribologisehen Elementen, insbesondere Gleitlagern vorgesehen ist. Der Schichtwerkstoff 30 gemäß Figur 4 hat eine Trägerschicht 31 aus Stahl und eine Funktionsschicht bzw. Gleitschicht 32 aus Bleibronze, beispielsweise der Zusammensetzung CuPb22Sn. Hierbei ist das Zinn vollständig im Bleibestandteil gelöst und dient lediglich zur Herabsetzung der Korrosionsanfälligkeit des Bleibestandteils. Auch in

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diesem Beispiel weist die Bleibronze der Funktionsschicht 32 ein dentriti- sches Gefüge auf. Es besteht für diese Funktionsschicht 32 aus Bleibronze noch gegenüber einer Bleizinnbronze-Funktionsschicht erhöhte Korrosionsge¬ fahr für die in die Kupfer-Dentriten eingelagerten Bleiteilchen.

An der zunächst freien Oberfläche ist die Funktionsschicht 32 in einer Oberflächenregion 33 von beispielsweise 100 bis 200 μm Dicke in dem oben erläuterten Verfahren in eine Gefüge umgewandelt, bei dem der wesentliche Teil des im Kupfer ungelösten Bleibestandteils in Art von Feinteilchen in einer Matrix 34 verteilt ist, wobei nur wenige sehr kleine, etwas größere Bleiteilchen 37 verbleiben. Diese Oberflächenregion 33 ist mit dieser verfeinerten Struktur quasi "eingefroren".

Im Beispiel der Figur 4 ist die Funktionsschicht 32 noch mit einem Overlay 38 überdeckt, der bei der Verwendung des Schichtwerkstoffs 30 zur Herstel¬ lung von Gleitlagern oder sonstigen tribologi sehen Elementen als Einlauf¬ schicht dient. Dieser Overlay 38 kann nach Wahl aus Legierungen, wie PbSn, PbSnCu, SnSb, PbSnSb, Pbln bestehen und ist galvanisch aufgebracht. Zwi¬ schen der Oberfläche der Funktionsschicht 32 und dem Overlay 38 ist noch eine Diffusionssperrschicht 39 von etwa 5 μm Dicke angebracht. Diese Diffu ^¬ sionssperrschicht ist im dargestellten Beispiel galvanisch aus Nickel¬ chrom-Legierung gebildet. Sie wurde vor dem Overlay 38 galvanisch auf der mit Plasmaflamme behandelten Oberfläche der Funktionsschicht 32 aufge¬ bracht. Anschließend an die Diffusionssperrschicht 39 wurde dann das Overlay 38 galvanisch auf der Diffusionssperrschicht 39 angebracht. Die Dicke des Overlay kann zwischen 10 μm und 500 μm betragen, im vorliegenden Beispiel ist ein Overlay von etwa 200 μm Dicke vorgesehen. Außer der Bil¬ dung der Diffusionssperrschicht aus Nickelchrom-Legierung kommen auch Legierungen wie CuSn, CuZn, NiSn, NiCo oder Stoffe wie Co, Ti, Ni zur Bildung der Diffusionssperrschicht in Betracht.

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