DE4226229A1

DE4226229A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Impulsbeaufschlagung einer Festkörperoberfläche, insbesondere einer Werkstoffoberfläche

Info

Publication number: DE4226229A1
Application number: DE4226229A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz G Pro Schmitt-Thomas; Eduard Prof Dr Ing Igenbergs; Josef Dipl Ing Spoerer
Original assignee: Igenwert GmbH
Current assignee: Igenwert GmbH
Priority date: 1992-08-07
Filing date: 1992-08-07
Publication date: 1994-02-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beaufschlagung ei ner Festkörperoberfläche, insbesondere einer Werkstoffober fläche, zum Zwecke der Erzielung von Veränderungen im Gefüge und/oder der Struktur und/oder der Zusammensetzung. Fer ner ist die Erfindung auf Vorrichtungen zur Durchführung die ses Verfahrens gerichtet.

Im Zuge des technologischen Fortschrittes werden ständig steigende Anforderungen an Komponenten und Anlagen des Ma schinenbaus gestellt. Insbesondere der Erhöhung von Zuver lässigkeit und Lebensdauer tribologisch beanspruchter Bautei le kommt in diesem Zusammenhang größte Bedeutung zu. Ein Weg zur Verwirklichung dieses Zieles ist die Beschichtung von Bauteiloberflächen mit modernen Hochtechnologie-Hartstof fen.

Es ist bekannt, Schichten hochfester Materialen mit verschie densten Beschichtungsverfahren auf ein Bauteil aufzubringen. Bekannt sind insbesondere folgende Verfahren:

- PVD (physical vapor deposition)-Methoden
- CVD (chemical vapor deposition)-Methoden
- elektrolytische (galvanische und chemische) Abscheidung
- thermische Spritzverfahren
- Plattier-Verfahren
- Schmelztauchverfahren
- Laseroberflächenbehandlungen Ionenimplantation, Elektronenstrahlverfahren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein insbesondere zur Erzielung von besonders hochwertigen oder besondere Eigenschaften auf weisenden Randschichten von Werkstoffen geeignetes Verfahren zu schaffen, das vielseitig einsetzbar und mittels Vorrich tungen realisierbar ist, die zumindest in ihrer Grundkonzep tion bekannt sind, jedoch bisher zu technisch völlig ver schiedenen Zwecken benutzt worden sind.

Gelöst wird nach der Erfindung die gestellte Aufgabe im we sentlichen durch ein Verfahren zur Beaufschlagung einer Fest körperoberfläche, insbesondere einer Werkstoffoberfläche, mit einem kurzzeitigen Impuls einer Masse hoher Energie und Dichte, bei dem die in einem Energiespeicher gespeicherte Energie in einen Energiewandler geleitet und dort auf einen in Richtung der Festkörperoberfläche zu beschleunigenden Energieträger in Form eines Gases und/oder einer Flüssig keit und/oder eines Feststoffes derart übertragen wird, daß der auf die Festkörperoberfläche auftretende Impuls mit der Randschicht des Festkörpers in Wechselwirkung tritt und in dieser extrem dünnen Randschicht ohne Beeinflussung des Grundwerkstoffes Veränderungen im Gefüge und/oder in der Struktur und/oder in der Zusammensetzung bewirkt.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Modifikationen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind im einzelnen in den Patentansprüchen 1 bis 24 angegeben.

Von besonderer Bedeutung ist, daß es das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, nicht nur extrem harte und verschleiß feste Oberflächen zu erzielen, sondern diesen Oberflächen auch ganz bestimmte, bisher zumindest in dieser Art nicht erreichbare Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Benetzbarkeit und der Gefügestruktur, zu verleihen, und vor allem auch Materialumwandlungen zu erzielen, wie zum Bei spiel die Umwandlung von Graphit in diamantähnliche, ultra harte Kohlenstoffstrukturen, sogenannte Fullerene.

Die Verfahrensparameter lassen sich an die jeweils gewünsch ten Schichteigenschaften zielgerecht anpassen.

Vorteilhaft verwendbare Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie von Modifikationen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 25 bis 34 beschrie ben, und zwar in Form verschiedener plasmadynamischer Beschleunigeranlagen.

Eine besonders vorteilhaft verwendbare Vorrichtung zur Reali sierung des Verfahrens nach der Erfindung besteht aus einem koaxialen Plasmabeschleuniger mit Kompressionsspule. Eine derartige Anlage liefert kurzzeitig, das heißt im Mikro- bis Millisekundenbereich, hohe Drücke im kbar-Bereich mit Tempe raturen bis zu 20 000 K und kann daher in einer Plasmaströ mung mit Strömungsgeschwindigkeiten bis zu 70 km/sec Fremd partikel auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigen. Die se Geschwindigkeitsbereiche stellen einen wesentlichen Unter schied zu den existierenden Beschichtungsverfahren dar, da mittels dieser bekannten Oberflächenbehandlungstechnologien derartige Geschwindigkeitsbereiche auch nicht annähernd er reicht werden können. Die Verwendung eines solchen magneto- gasdynamischen Beschleunigers zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens ermöglicht extrem kurze Beaufschla gungszeiten und hohe Leistungsdichten.

Weitere zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete und damit in neuartiger Weise verwendbare Anlagen stellen der elektrothermische Beschleuniger sowie der Leit schienenbeschleuniger dar. Mit diesen unterschiedlichen Be schleunigertypen ist es möglich, den jeweiligen Forderungen bei der Oberflächenbehandlung insbesondere hinsichtlich der zu verwendenden Materialien, der geforderten Drücke, Tempera turen und Strömungsgeschwindigkeiten des jeweiligen Plasmas variabel und optimal Rechnung zu tragen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen näher erläutert, wobei aus drücklich darauf hingewiesen wird, daß nicht nur der Inhalt der Patentansprüche, sondern auch der Gesamtinhalt dieser erläuternden Beschreibung Bestandteil der Erfindung ist.

In der Zeichnung zeigt:

Abb. 1 das Funktionsprinzip eines Beschleunigers zur Werkstoffbeeinflussung,

Abb. 2 einen schematischen Aufbau einer Versuchs anlage,

Abb. 3 eine Prinzipskizze eines plasmadynamischen Beschleunigers,

Abb. 4 eine Schnittdarstellung eines plasmadynami schen Beschleunigers mit Gasinjektion durch die Außenelektrode und Injektion von Zusatz werkstoffen durch die Mittelelektrode,

Abb. 5 einen plasmadynamischen Beschleuniger mit einer konvergent/divergenten Kompressions spule,

Abb. 6 den schematischen Aufbau eines elektrothermi schen Beschleunigers, und

Abb. 7 eine schematische Darstellung eines Leit schienenbeschleunigers mit Objektwerkstoff.

Abb. 1 zeigt das Funktionsprinzip der Beschleunigeranla gen zur Oberflächenbeeinflussung von Werkstoffen zum Zwecke der Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Diese schematische Darstellung verdeutlicht, daß lediglich die Aufgabe des Energiewandlers bei den verschiedenen ver wendbaren Beschleunigeranlagen auf unterschiedliche Weise ausgeführt wird. Die für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlichen Kurzzeitimpulse einer Masse hoher Energie und Dichte sind mittels dieser verschiedenen Beschleunigeranla gen erzielbar, wobei die Auswahl der jeweiligen Anlage nach den speziell vorliegenden Aufgabenstellungen erfolgen kann.

Eine typische Gesamtanlage ist in Abb. 2 dargestellt, und sie zeigt das Beschleunigersystem, das aus dem eigentli chen Plasmabeschleuniger, der in einem Vakuumtank instal liert ist, und einer Kondensatorbank mit Ignitronschaltern als externem Energiespeicher besteht.

Der Plasmabeschleuniger selbst wird von den beiden Hauptgrup pen des koaxialen Beschleunigers und der Kompressionsspule gebildet, wobei dieser koaxiale Beschleuniger mit Kompres sionsspule den Energiewandler darstellt.

Abb. 3 zeigt eine Prinzipdarstellung eines plasmadynami schen Beschleunigers mit Kompressionsspule. Der koaxiale Teil besteht aus einer stabförmigen Mittelelektrode und ei ner Außenelektrode mit Ringquerschnitt. Daran anschließend ist eine konisch zulaufende Spule angeordnet, die am rückwär tigen Ende isoliert befestigt ist und über eine Stromrückfüh rung leitend mit der Außenelektrode verbunden ist. Der ge samte Beschleuniger kann als elektrischer Schwingkreis, be stehend aus einer Kapazität, Induktivitäten und Widerständen betrachtet werden. Wird der Schalter im Energiespeichersy stem geschlossen, so beginnt ein sich mit der Zeit ändernder Entladestrom durch das System zu fließen. Die leitende Ver bindung zwischen Mittelelektrode und Außenelektrode wird da bei durch ein den Energieträger darstellendes Plasma herge stellt, das zu Beginn der Stromentladung entweder durch Ver dampfung und Ionisation einer Metallfolie oder durch Ionisa tion eines Gases erzeugt wird. Weitere Einzelheiten eines derartigen plasmadynamischen Beschleunigers sind den US-Patenten 3 929 119 und 3 916 761 zu entnehmen.

Abb. 4 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsform eines plasmadynamischen Beschleunigers mit Gasinjektion durch die Außenelektrode und der Möglichkeit der Injektion von Zusatzwerkstoffen durch die Mittelelektro de.

Als Energiespeicher kann ein induktiver Speicher oder ein kapazitiver Speicher verwendet werden. Der Energiewandler, in den die Energie aus dem Energiespeicher geleitet wird, wandelt die gelieferte elektrische Energie in thermische und/oder kinetische und/oder chemische Energie eines Energieträgers um. Wird als Energieträger ein Gas verwen det, so wird dieses durch die Energiezufuhr kurzzeitig auf sehr hohe Temperatur sowie auf hohen Druck und Dichte ge bracht. Insbesondere wird das Gas dabei ionisiert, so daß ein Plasma entsteht. Dieses Plasma wird dazu verwendet, um als Energieträger zu dienen und/oder um zugleich andere Zusatzwerkstoffe mit kinetischer Energie zu versehen und mit zuführen und schließlich in Wechselwirkung mit dem Objekt werkstoff zu bringen, und zwar mit der sehr dünnen Rand schicht des Objektwerkstoffs, wobei insbesondere die Dauer des auf den Objektwerkstoff ausgeübten Impulses, die Tempe ratur, die Dichte und der Druck so gewählt sind, daß das Ge füge und die Struktur dieser sehr dünnen Randschicht gezielt beeinflußt, jedoch die Tiefe der thermischen Einwirkung auf diese dünne Randschicht beschränkt wird.

Für diese Wechselwirkung muß der Energiespeicher, der Ener giewandler sowie der Energieträger mit oder ohne eingebrach te Zusatzwerkstoffe und der Objektwerkstoff in eine besonde re Anordnung gebracht werden, um die entsprechende Beeinflus sung des Objektwerkstoffes und insbesondere dessen Rand schicht durchzuführen. Hierzu muß vor allem eine geeignete Anordnung der physikalischen Parameter des Energiespeichers und des Energiewandlers sowie eine geeignete Auswahl des Energieträgers und des diesem Energieträger sowie gegebenen falls hinzugefügten Werkstoffes erfolgen, und diese müssen wiederum in geeigneter Form mit der Auswahl und mit der An ordnung des Objektwerkstoffes im Verhältnis zum Energiewand ler in Zusammenhang stehen. Diese Gesichtspunkte gelten grundsätzlich unabhängig von der Art des verwendeten Energie wandlers.

Abb. 5 zeigt eine Modifikation eines plasmadynamischen Beschleunigers mit einer konvergent/divergent ausgebilde ten Kompressionsspule, die es ermöglicht, ausgangsseitig eine im wesentlichen parallele Plasmaströmung zu erzeugen, die eine vorteilhafte Verteilung der Temperatur, der Dichte und der Strömungsgeschwindigkeit im Plasmastrahl gewährlei stet, so daß die Beaufschlagung einer Festkörperoberfläche und insbesondere einer Werkstückoberfläche in besonders gleichmäßiger Weise erfolgt. Insbesondere wird hierbei die gleichmäßige Beaufschlagung einer möglichst großen Oberflä che erreicht. Der Objektwerkstoff kann in geeigneter Weise innerhalb oder außerhalb des koaxialen Beschleunigers mit Kompressionsspule angeordnet sein, und die Wahl der Position des Objektwerkstoffes ist dabei für die Lösung der jeweils gestellten Aufgabe von wesentlicher Bedeutung, da sich Dauer, Höhe, Dichte und Zusammensetzung des Impulses in Ab hängigkeit von der jeweiligen Position ändern.

Der koaxiale Beschleuniger mit Kompressionsspule kann insbe sondere mit einer geeigneten zugeführten Gesamtenergie und entsprechender Impulsdauer so betrieben werden, daß die Ero sion und Ablation der Bauteile des Beschleunigers vermieden wird, wobei eine besonders definierte und von Fremdstoffen unbeeinträchtigte Beaufschlagung des Objektwerkstoffes ge währleistet werden kann.

Abb. 6 zeigt einen Halbschnitt eines ebenfalls als Ener giewandler verwendbaren elektrothermischen Beschleunigers. Dieser besteht aus einem externen elektrischen Energiespei cher, einer Hochdruckkammer, die im weiteren auch Explosions kammer genannt wird, und dem eigentlichen Beschleunigerrohr. In der Explosionskammer befindet sich zwischen zwei Elektro den ein elektrisch leitfähiges Material. Wird der Energie speicher entladen, so beginnt im System ein Strom zu fließen, wodurch dem Material in der Kammer Energie zuge führt wird. Durch den starken Stromstoß verdampft das Mate rial (unter Umständen bereits das den Objektwerkstoff zu be einflussende Material) spontan, und es entsteht ein heißes, unter hohem Druck stehendes, in axialer Richtung expandieren des Plasma. Der Objektwerkstoff wird dann in einem geeigne ten Abstand von der Brennkammer im Lauf oder außerhalb des Laufes des elektrothermalen Beschleunigers der Plasmaströ mung ausgesetzt, wobei die Art der Einbringung des Objekt werkstoffes und insbesondere der Abstand des Objektwerkstof fes von der Brennkammer von den Parametern des Energiespei chers und des elektrothermalen Beschleunigers abhängig ist. Insbesondere kann hierüber wie auch durch die dem elektro thermalen Beschleuniger zugeführte Energie und die dabei ein gerichtete Impulsdauer eine vorteilhafte Beschichtung bzw. Wechselwirkung mit dem Objektwerkstoff erzielt werden, die zu besonderen Oberflächeneigenschaften führt.

Hierzu ist der Objektwerkstoff in geeigneter Weise innerhalb oder außerhalb des elektrothermalen Beschleunigers angeord net. Insbesondere kann dieser elektrothermale Beschleuniger mit einer geeigneten zugeführten Gesamtenergiemenge und ent sprechender Impulsdauer betrieben werden, so daß die Erosion und Ablation der Bauteile des Beschleunigers vermieden wird, wobei eine besonders definierte und von Fremdstoffen unbeein trächtigte Beaufschlagung des Objektwerkstoffes bewirkt wird.

Sowohl bei der Erzeugung des Plasmas wie während der Be schleunigung des Plasmas in axialer Richtung kann diesem Plasma, das der eigentliche Energieträger ist, noch ein wei terer Werkstoff hinzugefügt werden, der geeignet ist, ganz spezielle Eigenschaften bei der Beeinflussung des Objektwerk stoffes zu erzeugen.

Abb. 7 zeigt einen ebenfalls als Energiewandler verwend baren Leitschienenbeschleuniger, wie er beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung 89 900 590 für einen völlig anderen Anwendungszweck beschrieben ist. Dieser Leitschie nenbeschleuniger kann entweder aus einem Leitschienenbe schleuniger mit zwei parallelen Leitschienen bestehen oder aber ein Leitschienenbeschleuniger mit mehr als zwei Leit schienenpaaren sein. In diesem Leitschienenbeschleuniger wird der Energieträger durch Verdampfung und Ionisation einer Folie, durch Gasinjektion oder durch Injektion von Plasma mittels eines elektrothermalen Beschleunigers oder aber durch Erosion der Elektroden und/oder der Isolatoren erzeugt. Die Länge dieses Beschleunigers ist in geeigneter Weise an die Parameter der Energieversorgung angepaßt, um entweder innerhalb des Beschleunigers oder außerhalb des Be schleunigers einen kurzzeitigen Puls hoher Dichte zu erzeu gen, der nach Pulsdauer, Drucktemperatur und Dichte geeignet ist, eine Festkörperoberfläche oder Werkstoffoberfläche zu beaufschlagen, so daß spezielle Eigenschaften dort erzeugt werden.

Für alle vorstehend beschriebenen Beschleunigeranlagen gilt, daß durch die Stromstoßentladung der Kondensatorbank durch Ionisation eines Gases ein hochenergetisches Plasma ent steht, das auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und an schließend auf hohe Drücke im kbar-Bereich komprimiert wird. Anschließend trifft dieses Plasma, das den Energieträger dar stellt, mit oder ohne Zusatzstoffe auf den zu behandelnden Werkstoff, wobei die Parameter des Impulses so gewählt sind, daß eine Einwirkung nur auf die sehr dünne Randschicht des jeweiligen Werkstoffes erfolgt und der Grundwerkstoff - im Gegensatz zu allen bisherigen entsprechenden Verfahren - thermisch nicht beeinflußt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich demgemäß aus durch

- eine sehr hohe Leistungsdichte an der jeweiligen Wirkstelle,
- hohe Druck-, Temperatur- und Geschwindigkeitspara meter (circa 50 km/sec) der Plasmaströmung,
- extrem kurze Einwirkzeiten an der Werkstückoberflä che und damit durch die Vermeidung einer thermischen Beanspruchung des Grundwerkstoffes bei Oberflächen behandlung,
- geeignete Parameterbereiche zur Herstellung neuer Werkstoffmodifikationen, beispielsweise die Erzeu gung von Kohlenstoffmodifikationen wie Diamant und Fullerene,
- sehr hohe Abkühlraten der Werkstückoberflächen durch extrem kurze Einwirkzeiten, insbesondere in Verbin dung mit einem Kühlen mittels flüssigem Stickstoff, sowie
- die Möglichkeit der Erzeugung von Nichtgleichge wichtsphasen.

Von besonderer Bedeutung ist es, daß unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrensprinzips bzw. unter Verwendung von Modifikationen dieses Prinzips auf einer Werkstückober fläche neue Stoffe entstehen können, die sich von dieser trennen lassen und somit isoliert zu gewinnen sind. Durch geführte Versuche beim Beschuß eines Aluminiumtargets mit Graphitpulver in einer Helium-Plasmaströmung zeigten, daß das Graphitpulver in neuartige Kohlenstoff-Molekülketten um gewandelt wurde, die als sogenannte Fullerene, das heißt diamantähnliche Kohlenstoff-Molekülketten spezifiziert wer den konnten.

Ferner konnte durch Versuche bestätigt werden, daß es mit tels der Erfindung möglich ist, definiert amorphe Oberflä chen zu erzeugen. So führte der Beschuß eines Kupfer-Werk stoffes mit Helium-Plasma zum Aufschmelzen einer dünnen Ober flächenschicht, wobei es durch aktives Kühlen des Werkstof fes mit flüssigem Stickstoff zu einer Rascherstarrung (Ab kühlraten im Bereich von 10⁹ K/s) dieser Oberflächenschicht und zur Bildung einer amorphen Oberfläche kam.

Der Beschuß einer mit Diamantpulver besprühten Reineisenober fläche mit Helium-Diamantpulver-Plasma ermöglichte die Aus bildung einer sehr harten Oberflächenschicht, wobei die Här te noch weiter gesteigert werden kann, wenn hochreines Dia mantpulver mit entsprechend hohem Anteil an Diamantkörnern verwendet wird.

Zu erwähnen ist ferner, daß es mittels der gemäß der Erfin dung vorgesehenen Anlagen, insbesondere mittels eines plasma dynamischen Beschleunigers auch möglich ist, eine Mikrover düsung eines Schmelzestroms vorzunehmen, die dazu führt, daß mit herkömmlichen Verfahren nicht erreichbare Korngrößen er zielt werden können. Die Ausnutzung einer elektrischen Ener giequelle im Rahmen eines plasmadynamischen Beschleunigers in Verbindung mit einer speziell gestalteten, am Ende ein starkes Axialfeld ausweisenden Kompressionsspule führt zu einem ausgeprägten Zerreißen des beispielsweise über eine Mittelinjektion zugeführten Schmelzestroms, wobei durch die mittels der Kompressionsspule mögliche Feldgestaltung je weils optimale, geringstmögliche Korngrößen ermöglichende Gegebenheiten geschaffen werden können. Zur schnellen Rück kühlung der gebildeten Mikroteilchen kann eine entsprechend gekühlte Prallwand vorgesehen sein.

Claims

1. Verfahren zur Beaufschlagung einer Festkörperoberflä che, insbesondere einer Werkstoffoberfläche, mit einem kurzzeitigen Impuls einer Masse hoher Energie und Dich te, bei dem die in einem Energiespeicher gespeicherte Energie in einen Energiewandler geleitet und dort auf einen in Richtung der Festkörperoberfläche zu beschleu nigenden Energieträger in Form eines Gases und/oder einer Flüssigkeit und/oder eines Feststoffes derart übertragen wird, daß der auf die Festkörperoberfläche auftretende Impuls mit der Randschicht des Festkörpers in Wechselwirkung tritt und in dieser extrem dünnen Randschicht ohne Beeinflussung des Grundwerkstoffes Veränderungen im Gefüge und/oder in der Struktur und/oder in der Zusammensetzung bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Energiespeicher elektrische Energie gespeichert und diese elektrische Energie im Energiewandler in ther mische und/oder kinetische und/oder chemische Ener gie eines Energieträgers umgeformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Energieträger aus einem Gas besteht, das durch den Energiewandler kurzzeitig auf extrem hohe Geschwin digkeit und auf sehr hohe Temperatur sowie auf hohen Druck und hohe Dichte gebracht und dabei durch teilwei se oder ganze Ionisierung in ein Plasma überführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Energieträger zur Beschleunigung von Zusatzwerkstoffen verwendet wird, die mit der Rand schicht des Wechselkörpers in eine vorgebbare Wechsel wirkung treten, wobei insbesondere die Dauer des auf den Festkörper ausgeübten Impulses, dessen Temperatur, Dichte und Druck so gewählt werden, daß Gefüge und/oder Struktur und/oder Zusammensetzung der einer definierten Oberflächenschicht des Werkstoffes entsprechenden Randschicht gezielt beeinflußt und ins besondere spezielle Eigenschaften eingestellt werden, wie beispielsweise hoher Verschleißwiderstand, hoher Korrosionswiderstand sowie besondere Verarbeitungseigen schaften wie gute Benetzungsfähigkeit zum Aufbringen von Schmelzmetallisierungen, galvanischen Metallisierun gen und/oder zum Aufbringen von Beschichtungen durch physikalische Beschichtungsverfahren.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Zusatzwerkstoffe im Bereich zwischen dem Energie wandler und dem Festkörper zugeführt und vom jeweiligen Energieträger in Richtung der Festkörperoberfläche be schleunigt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Zusatzwerkstoffe auf die Oberfläche des Festkörpers aufgebracht und mit der Randschicht des Festkörpers durch den auf den Festkörper auftreffenden Impuls in Wechselwirkung gebracht werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impuls mit sich über die Länge seiner Bewegungs bahn verändernder Querschnittsform erzeugt und der Ab stand zwischen dem Energiewandler und dem Festkörper in Abhängigkeit von der in der Randschicht geforderten Wechselwirkung variabel einstellbar ausgeführt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Energieträgers kohlenstoffhaltige Gase wie Methan und/oder eine Nitrierung bewirkende stickstoffhaltige Gase verwendet oder einem Energieträ ger zugeführt werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Energieträger ein Material zugeführt wird, das im wesentlichen nur vom Energieträger mitgerissen und beschleunigt und nicht von den im Energiewandler auftre tenden elektromagnetischen Kräften beschleunigt wird, wobei es sich vorzugsweise um Materialien handelt, die durch das den Energieträger bildende Plasma mitbeschleu nigt, dabei auch verflüssigt oder verdampft und gele gentlich sogar ionisiert werden können.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den kurzzeitigen Impuls definierenden Parameter derart gewählt werden, daß durch hohe Aufheizgeschwin digkeit und/oder schnelle Abkühlgeschwindigkeit in der Randschicht des Festkörpers vorgebbare Gefügestruk turen und Korngrößen eingestellt, insbesondere durch Rascherstarrungstechnik amorphe Randschichten auf dem Festkörper erzeugt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeit der Rand schicht der zu behandelnde Werkstoff vor und/oder wäh rend der Behandlung auf Tieftemperatur, beispielsweise auf die Temperatur flüssigen Stickstoffs oder flüssigen Heliums gebracht wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung von Oberflächenreaktionen, insbe sondere zur Verhinderung von Oxydationen das im Energie wandler erzeugte Plasma aus einem Edelgas hergestellt oder das Edelgas dem Plasma als Zusatzstoff zugefügt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in das Plasma Festkörperpartikel in Form von Elemen ten oder Verbindungen in kristalliner oder amorpher Form eingebracht und diese unter der kurzzeitigen Ein wirkung des Plasmas mechanisch, vorzugsweise durch den hohen Staudruck so in die Randschicht implantiert wer den, daß keine stoffliche Veränderung der Partikel er folgt und demgemäß eine mechanische Legierung unter hochenergetischer Impulseinwirkung, insbesondere auch von herkömmlich nicht legierbaren Stoffen bewirkt wird.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Randschicht des Festkörpers zu implantie renden Partikel insbesondere gleichmäßig verteilt auf eine Folie aufgebracht werden, daß die die Partikel tra gende Folie der Plasmaströmung bzw. dem Plasmaimpuls ausgesetzt und durch deren bzw. dessen Einwirkung zer stört wird, wobei die Partikel von dem Plasma beschleu nigt und in gleichförmiger Verteilung mit oder ohne das Plasma in die Randschicht implantiert bzw. mechanisch einlegiert werden.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter des kurzzeitigen Impulses derart ge wählt werden, daß die Festkörperpartikel im Plasma und/oder beim Auftreffen auf die Festkörperoberfläche eine Veränderung in Struktur und/oder Zusammensetzung erfahren.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem jeweiligen Energieträger als Zusatzwerkstoff Kohlenstoff in Form von Graphitpulver und/oder Dia mantpulver zugefügt und bei der Wechselwirkung mit dem Festkörperwerkstoff eine harte Randschicht erzeugt wird und insbesondere neue Eigenschaften der Festkörperrand schicht, beispielsweise durch Umwandlung von Kohlen stoff oder Graphitpulver in Fullerene, geschaffen wer den.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Impulsbeaufschlagung die Randschicht des Festkörpers einer thermochemischen Behandlung, insbeson dere einer Aufkohlung oder einer Nitrierung unterzogen wird, um in der Randschicht eine Anreicherung von Ele menten wie Kohlenstoff und Stickstoff zu erzielen.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Randschicht des jeweiligen Festkörpers Stof fe mit besonders reaktiven Eigenschaften eingebracht und insbesondere reaktive Metalle und/oder Chloride verwendet werden, die eine Benetzung von zu metallisie renden Oberflächen ohne Verwendung von Flußmitteln er möglichen.

19. Verfahren zur Beaufschlagung einer Festkörperoberfläche mit einem kurzzeitigen Impuls einer Masse hoher Energie und Dichte, bei dem in einem Energiespeicher gespeicher te Energie in einen Energiewandler geleitet und dort auf einen in Richtung der Festkörperoberfläche zu be schleunigenden Energieträger derart übertragen wird, daß beim Auftreffen des Energieträgers und/oder von durch den Energieträger beschleunigten Zusatzstoffen auf der Festkörperoberfläche neue Stoffe entstehen, die sich von dieser trennen und somit isoliert gewinnen lassen.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß durch Umwandlung von Kohlenstoff oder Graphitpulver oder anderen Elementen an der Festkörperoberfläche ab trennbare Fullerene und/oder fullerenähnliche Struktu ren aus anderen Elementen gebildet werden.

21. Verfahren zur Mikroverdüsung eines Schmelzstromes durch Ausnutzung kurzzeitiger Impulse hoher Energie, insbeson dere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, wobei das den Schmelzstrom bildende Material den Energieträger oder den vom Energieträger zu beschleuni genden Zusatzstoff bildet und durch die elektrische Energie, die mittels des Energiewandlers auf den Schmelzstrom übertragen wird, in Teilchen von äußerst geringer Korngröße zerrissen wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroteilchen mittels einer gekühlten, als Prallwand dienenden Wandung aufgefangen und gesammelt werden.

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzstrom zusammen mit einem Gasplasma in den Spulenbereich eines plasmadynamischen Beschleuni gers eingebracht wird, wobei die Spule so gestaltet wird, daß an ihrem Ende ein starkes axiales Feld vor liegt, wodurch auf das Gasplasma, in dem ein azimutaler elektrischer Strom fließt, eine starke radiale Kraft ausgeübt wird, die sich dann auf den Schmelzstrom über trägt.

24. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verfahrensschritte mehrfach nacheinan der durchgeführt werden, wobei die Parameter unverän dert bleiben oder in den aufeinanderfolgenden Verfah rensschritten zur Erzielung unterschiedlicher Behand lungsvorgänge modifiziert werden können.

25. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24, gekennzeichnet, durch die Verwendung eines plasmadynamischen Beschleunigers nach den US-Patenten 3 929 119 und/oder 3 916 761, wobei der Abstand zwischen dem koaxialen Beschleuniger und der Festkörperoberfläche vorzugsweise einstellbar ist und die Form der jeweils verwendeten Kompressionsspule der art gewählt ist, daß der für die Beaufschlagung der Randschicht des Festkörpers geforderte Kurzzeit-Plasma puls erhalten wird.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsspule in Richtung der Festkörper oberfläche sich konisch verjüngend ausgebildet ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompressionsspule eine konvergent/divergente Form besitzt.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper innerhalb oder außerhalb des koaxia len Beschleunigers mit Kompressionsspule angeordnet ist, wobei die dem Beschleuniger mit Kompressionsspule zugeführte Gesamtenergie und Impulsdauer so wählbar sind, daß eine Erosion und Ablation der Bauteile des Beschleunigers vermieden und damit eine von Fremdstof fen unbeeinträchtigte Beaufschlagung der Randschicht des Festkörpers erfolgen kann.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um dem Energieträger Zusatzmaterial zuzuführen, bei dem es sich vorzugsweise um Materialien handelt, die durch das den Energieträger bildende Plasma mitbeschleunigt und hierbei auch ver flüssigt oder verdampft und gelegentlich sogar ioni siert werden können, und daß diese Einrichtungen eine Einführung des Zusatzmaterials im Bereich des koaxialen Beschleunigers oder der Kompressionsspule oder auch am Ende bzw. im Abstand vom Ende der Kompressionsspule er möglichen, wobei insbesondere eine Einleitung des Zu satzwerkstoffes über eine Mittelelektrode in das durch die Kompressionsspule strömende Plasma erfolgen kann.

30. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24, gekennzeichnet durch die Verwendung eines elektrothermalen Beschleunigers nach der europäi schen Patentanmeldung 89 905 663.4, wobei dem den Ener gieträger bildenden Plasma sowohl bei dessen Erzeugung als auch bei dessen Beschleunigung in Richtung der Fest körperoberfläche gegebenenfalls ein Zusatzwerkstoff bei fügbar ist und der Festkörper innerhalb oder außerhalb des elektrothermalen Beschleunigers angeordnet werden kann und die dem Beschleuniger zugeführte Gesamtener gie und Impulsdauer so wählbar sind, daß eine Erosion und Ablation der Bauteile des Beschleunigers vermieden und damit eine von Fremdstoffen unbeeinträchtigte Beauf schlagung der Randschicht des Festkörpers erfolgen kann.

31. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Leitschienenbeschleunigers mit zwei oder mehreren Leitschienenpaaren gemäß europäischer Patentanmeldung 89 900 590.4, wobei der Energieträger durch Verdampfung und Ionisation einer Folie, durch Gasinjektion oder durch Injektion von Plasma mittels eines elektrotherma len Beschleunigers oder durch Erosion der Elektroden und/oder der Isolatoren erzeugbar ist und die dem Be schleuniger zugeführte Gesamtenergie und Impulsdauer so wählbar sind, daß eine Erosion und Ablation der Bau teile des Beschleunigers vermieden und damit eine von Fremdstoffen unbeeinträchtigte Beaufschlagung der Rand schicht des Festkörpers erfolgen kann.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der geforderte Impuls einer Masse hoher Energie und Dichte durch die Wahl der Länge des Beschleunigers er zielbar ist.

33. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 25 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Energiewandler aus solchen Werkstof fen besteht, die zu keiner Beeinträchtigung, insbesonde re zu keiner Fremdstoffbeeinflussung der Beaufschlagung der Werkstoffoberfläche führen, wobei solche Werkstoffe gewählt sind, die im Sinne der im Energieträger und/oder den Zusatzstoffen enthaltenen Stoffe keine Fremdstoffe sind oder aus denen bei der Erzeugung des Energieträgers und/oder der Einbringung von Zusatz stoffen zum Energieträger keine solchen Fremdstoffe ent stehen.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen des Energiewandlers, die mit dem Energieträger in Wechselwirkung treten, vor einer Beauf schlagung durch schützende Werkstoffe beschichtet sind, wobei insbesondere auf die Oberfläche des Energiewand lers Werkstoffe aufgetragen bzw. aufgesprüht sind, die einem Bestandteil des Energieträgers entsprechen bzw. dessen Zugabe zum Energieträger als Zusatzstoff vorge sehen ist.