Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtung und/oder eine Verwendung eines mehrschichtigen Funktionselements mit einer Oberflächenbeschichtung, wobei das Funktionselement aus einem Stahlsubstrat und mit einer das Substrat abdeckenden Mehrfachschicht besteht. Die Mehrfachschicht weist zumindest eine mit dem Stahlsubstrat auch chemisch verbundene Zwischenschicht z. B. aus Titanbornitrid (TiBN) oder Chromkarbiden (Cr ₃ C ₂ , Cr ₂ 3C ₆ ) und darauf abschließend eine mit der äußersten der Zwischenschichten auch chemisch verbundene Diamantschicht auf.

Stand der Technik

Ultraschall - insbesondere Leistungsultraschall - eingekoppelt über ultraschallabstrahlende Oberflächen in Flüssigkeiten, kann u.a. dazu verwendet werden, in diesen Flüssigkeiten befindliche Objekte mit Ultraschall und ultraschallinduzierter transienter Kavitation zu beaufschlagen und so deren Oberflächen zu bearbeiten - z. B. zu reinigen, zu entgraten, aufzurauhen oder auch gezielt zu schädigen bzw. sogar zu desintegrieren. Entsprechende Reinigungssysteme bestehen in der Regel aus wannenartigen Ausbildungen, wobei entweder Flächenbereiche (Boden, Seitenwände) der wannenartigen Ausbildungen oder besondere Teilflächen der Wannen (darin eingeschweißte oder mittels Dichtrahmen darin eingeschraubte Schwingplatten) direkt an ihren Aussenflächen angebrachte aktive Ultraschallwandler oder in darin eingehängten Tauchschwingern enthaltene aktive Ultraschallwandler aufweisen. Die Ultraschallwandler wandeln hochfrequente elektrische oder magnetische Wechselfelder in mechanische Schwingungen um, die über die Funktionselemente, also die genannten Flächenbereiche und besonderen Teilflächen der wannenartigen Ausbildung oder der Tauchschwinger, als ultraschallabstrahlenden Oberfläche in die Flüssigkeit eingekoppelt und abgestrahlt werden.

Im Falle von Systemen mit sehr hoher einzukoppelnder Ultraschallintensität über kleine ultraschallabstrahlende Flächen - z. B. zur Desintegration von Objekten in der Flüssigkeit - werden die mechanischen Schwingungen der Ultraschallwandler vor ihrer Abstrahlung mittels eines Horns zu größeren Schwingungsamplituden des Funktionselements mit (gegenüber dem Ultraschallwandler) kleinerer ultraschallabstrahlender Oberfläche transformiert und von der kleineren Stirnfläche des Horns in die Flüssigkeit abgestrahlt. Das meist auswechselbare Endstück des Horns mit dem Funktionselement der ultraschallabstrahlenden Stirnfläche wird als Sonotrode bezeichnet. In allen drei Fällen - Bereich oder Teilfläche einer wannenartigen Ausbildung, Tauchschwinger und Sonotrode - werden die Ultraschallschwingungen durch die ultraschallabstrahlende Oberfläche des Funktionselementes in die Flüssigkeit eingekoppelt und abgestrahlt.

Stand der Technik

Unter dem Begriff transiente Kavitation ist eine Bildung und eine chaotische Implosion von blasenartigen transienten Hohlräumen in Flüssigkeiten zu verstehen. Die transienten Blasen enthalten auch Flüssigkeitsdampf und in der umgebenden Flüssigkeit gelöste Gase. Die mittels Ultraschall oberhalb bestimmter Ultraschallintensitäten (Schwellenwerte der Ultraschallintensität für transiente ultraschallinduzierte Kavitation) erzeugten Blasen kollabieren chaotisch durch Einwirkung des äusseren und der positiven Schalldruckhalbwelle - es kommt zu Implosionen. Die dabei entstehenden lokalen Stosswellen und/oder Flüssigkeits-Mikrojets führen zur Beschädigung im Nahbereich, d. h. wenige Blasenradien von dem implodierenden Bläschen entfernt, befindlicher Oberflächen von Objekten. Es kommt zu einer Kavitationserosion der Objektoberflächen. Zur Kavitationserosion von Objektoberflächen kommt es auch durch transiente Blasen, generiert durch von schnellen periodischen Bewegungen von Objekten in Flüssigkeiten hervorgerufene Wechseldrücke, so z. B. an Schiffspropellern oder Pumpenteilen. Auch an den Ultraschall in die Flüssigkeit abstrahlenden Flächen der Funktionselemente selbst entsteht eine ultraschallinduzierte Kavitationserosion. Diese Kavitationserosion bewirkt dort einen Verschleiss der Funktionselemente. Es handelt sich dabei meist um einen mit fortdauerndem Ultraschallbetrieb oberhalb der Intensitätsschwelle sich beschleunigenden Materialabtrag. Das führt dazu, dass die Funk- tionselemente nach einer entsprechenden Anwendungsdauer auszutauschen sind.

Um dem Verschleiss durch Kavitationserosion entgegen zu wirken, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Ansätze bekannt. Beschichtungen und Materialien mit verbesserter Kavitationserosionsfestigkeit stehen zur Auswahl: spezielle Edel- stähle, beispielsweise Duplexstähle oder hochfeste Materialien, beispielsweise Ti- AlV-Legierungen. Hartchrom- und andere Beschichtungen auf Stählen konnten die Kavitationserosion verzögern, jedoch nicht verhindern.

Das Problem bisheriger bekannter Beschichtungen ist, dass deren Haftung auf dem Substrat unter den Bedingungen des Ultraschallbetriebes mit transienter Kavitation in der Flüssigkeit nicht ausreicht. Es kommt zu mikroskopischen Rissen und in deren Folge zu Abplatzungen der Be- schichtungen, die wiederum Angriffsflächen für die weitere Zerstörungen der Be- schichtungen durch die Kavitationserosion bieten. Treten mikroskopisch feine Ris ^¬ se und geringe Abplatzungen erst einmal auf, so kann der sich beschleunigende weitere Materialabtrag durch Kavitationserosion nicht mehr verhindert werden .

Ein Ansatz aus dem Stand der Technik (DE 40 41 365 A1 ) (FR 2 670 690 A1 ) sieht vor, die zur Flüssigkeit hinweisende Substratoberfläche mit einer Diamantschicht zu versehen. Auch eine Diamantschicht erweist sich als anfällig, wenn sie nicht ausreichend auf dem Substrat haftet. Wie aus K. Kellermann, J. C. Bareiss, S. M. Rosiwal and R. F. Singer„Advanced Engineering Materials", Seite 657, 1 0 (2008) und J.C. Bareiss, G. Hackl, N. Popovska, S. M. Rosiwal, R. F. Singer: Surfa- ce and Coatings Technology, Seite 71 8, 201 (2006) bekannt und weiter unten zusammenfassend dargelegt, lassen sich ohne Zwischenschichten mit bestimmten Eigenschaften keine fest haftenden Diamantschichten auf Stahlsubstrate aufbringen und das Material der Stahlsubstrate muss dafür bei Abkühlung aus Tempera ^¬ turbereichen, wie sie für eine chemisch mit der Zwischenschicht verbundene Dia- mantbeschichtung benötigt werden, eine expansive γ - α-Phasenumwandlung durchlaufen. Daher findet die Ausführungsidee gemäss der DE 40 41 365 AI so- wie der FR 2 670 690 AI mit auf nicht näher spezifizierten Stahlsubstraten aufgebrachter Diamantschicht ohne angepasste Zwischenschicht bisher keine erfolg ^¬ reiche Anwendung.

Aus K. Kellermann, J. C. Bareiss, S. M. Rosiwal and R. F. Singer Advanced Engi- neering Materials, Seite 657, (2008) ist die Verbindung eines Stahlsubstrates über bei hohen Temperaturen auf das Substrat aufgebrachte und zum Teil eindif ^¬ fundierte Chromkarbid-Zwischenschichten (Cr ₃ C ₂ , Cr ₂ 3C ₆ ) mit einer mittels CVD- ähnlicher Beschichtung aufgebrachten Diamantschicht bekannt. Die Abkürzung CVD steht für Chemical Vapor Deposition und bezeichnet die Abscheidung einer festen, amorphen, poly- oder monokristallinen Schicht auf einem Substrat aus der Gasphase. Unter dem Titel "Well Adherent Diamond Coatings on Steel Substrates" wird gezeigt, dass in einem definierten Temperaturbereich oberhalb der

or>y Phasenumwandlung des Stahlsubstrates Diamant in einem CVD-Prozess vermittelt über die genannte Zwischenschicht auf Stahl mit guter Haftung aufge- bracht werden kann. Durch die Volumenzunahme des Stahls bei der Rückumwand- lung γ->α beim Abkühlen wird die geringere thermische Kontraktion des Diamantes beim Abkühlen wenigstens teilweise kompensiert und so bleibt die bei hohen Temperaturen durch kovalente Bindung zwischen Diamant- und Chromkarbid- Zwischenschicht erzeugte chemische Haftung erhalten. Mit dieser Wahl der Tem- peratur für die CVD-ähnliche Diamantbeschichtung wurden stabile Diamantschichtdicken im einstelligem μιη-Bereich aufgebracht. Mit diesem Verfahren können die sich bei CVD-Beschichtung ausbildenden kovalenten chemischen Bindungen zwischen den Chromkarbiden und Diamant einerseits sowie die Verankerung der Chromkarbid-Zwischenschicht mit dem in das Stahlsubstrat eindiffundierten Chrom andererseits für die Haftung der Diamantschicht genutzt werden. Die Diamantschicht selbst stellt so die erwünschte, gut haftende und sehr harte Oberfläche bereit.

In J.C. Bareiss, G. Hackl, N. Popovska, S.M. Rosiwal, R.F. Singer„Surface and Coatings Technology", Seite 718, 201 (2006) ist das Aufbringen einer Diamantschicht mittels CVD-Verfahren auf einer Titanbornitrid (TiBN)-Zwischenschicht auf Stahlsubstraten am Beispiel von 41 Cr4 im oben beschriebenen Temperaturbereich wieder oberhalb der α->γ Phasenumwandlung dargestellt. Die Kombination mit einer TiBN-Zwischenschicht geringer Schichtdicke von ca. 6 μιη und einer darauf CVD-abgeschiedenen Diamantschicht von 3.5 //m bewirkt eine ausgezeichnet haftende Diamantschicht, die im Vergleich zum Stand der Technik für ultraschallabstrahlende Flächen wesentlich bessere mechanische Eigenschaften, insbesondere eine große Härte aufweist. Auch hier bleiben die bei den Temperaturen oberhalb der α- γ Phasenumwandlung mittels CVD-Diamantabscheidung erzeugten kovalenten chemischen Bindungen zwischen dem Bornitrid und Diamant bei der Abkühlung erhalten, da durch die Vo- lumenzunahme des Stahls bei der Rückumwandlung γ->α beim Abkühlen die geringere thermische Kontraktion des Diamants im Vergleich zum Stahlsubstrat beim Abkühlen wenigstens teilweise kompensiert wird. Andererseits ist die TiBN- Schicht durch die Eindiffusion von B und N in das Substrat über kovalente chemische Bindungen mit den dort gebildeten Verbindungen FeB, Fe ₂ B, Fe ₄ N auch mit dem Stahlsubstrat fest verankert.

Neben der besonderen Haftung der so mittels Chromkarbid- oder Titanbornitrid - Zwischenschichten aufgebrachten Diamantschichten erfüllen die Zwischenschichten in beiden Fällen auch die Funktion als Diffusionsbarriere gegen die Ausdiffusion von Eisen aus und von Kohlenstoff in das Stahlsubstrat, die bekanntermassen beide sonst die Eisen-katalysierten Ausbildung von schlecht haftenden Graphitschichten auf der Stahlsubstrat-Oberfläche fördern. Auf diesen lässt sich zwar eine Diamantschicht abscheiden, sie haftet mit der Graphit-Zwischenschicht jedoch nicht ausreichend auf dem Stahlsubstrat.

Ferner besitzen beide Zwischenschichten thermische Ausdehnungskoeffizienten zwischen denen z. B. martensitischer Stahlsubstrate ( ~ 1 2x10 ^"6 K ^"1 ) und dem des Diamanten ((1 - 5)x10 ⁶ K ^"1 ) zwischen Raum - und CVD-Prozesstemperatur.

Die Entwicklung beider zuvor beschriebenen Mehrfachschichten ist jeweils mit dem Ziel erfolgt, mechanisch abriebfeste Stahloberflächen mit geringer Reibung ausschliesslich für Werkzeuge zur mechanischen Oberflächenbearbeitung bereitzustellen. Daher ist der Einsatz einer solchen Mehrfachschicht auf die Materialbearbeitung, nämlich Kontakt Werkzeug, Werkstück, beschränkt.

Aus der EP 1 358 363 B1 sind Diamantbeschichtungen auf Reaktorwänden und Verfahren zu ihrer Herstellung bekannt. Hierin werden Komponenten von (Plasma-) Vakuum-Prozessreaktoren zur Behandlung von Halbleitern betrachtet und als Ziel der Erfindung die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit der Oberflächen dieser Komponenten (Reaktorwände, Substrat-Halterungen, Begasungseinrichtungen Heizelemente usw.) durch Diamant- oder diamantähnliche Beschichtungen genannt.

Aufgabe der Erfindung

Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, Funktionselemente mit einer Oberfläche bereitzustellen, die zumindest bei hinreichend guter Ausführung der Be- schichtung keinen Abtrag durch insbesondere ultraschallinduzierte Kavitationserosion erfährt und die zugleich mechanisch, statisch und dynamisch als insbesondere ultraschallabstrahlende Fläche in Flüssigkeiten hinreichend belastbar ist.

Lösung der Aufgabe

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 . Zweckmässige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Vorteile der Erfindung

Die Lösung besteht somit darin, ein mehrschichtiges Funktionselement mit einer Oberflächenbeschichtung bereitzustellen und anzuwenden, wobei das Funktionselement ein Stahlsubstrat aufweist und auf dem Stahlsubstrat mindestens eine mittels CVD- oder ähnlichen Verfahren aufgebrachte, mit ihm auch chemisch verbundene Zwischenschicht und eine weitere Schicht, die mit der Zwischenschicht ebenfalls chemisch verbunden ist, vorgesehen ist - nämlich eine Diamantschicht. Mit diesem mehrschichtigen Funktionselement kann eine Kavitationserosion beispielsweise eine ultraschallinduzierte Kavitation verringert oder sogar vermieden werden. Damit ist ein wesentlicher Vorteil verbunden, dass die Funktionselemente als ultraschallabstrahlende Flächen, die diese Struktur der Mehrfachschichtung aufweisen, eine wesentlich längere Betriebsdauer und damit verbunden eine höhe- re Standzeit aufweisen.

Die Verwendung eines solchen Funktionselements ist vielfältig. Eine besondere vorteilhafte Anwendung der Erfindung besteht darin, das Funktionselement oder Gegenstände, die diese Mehrfachschichtung, nämlich ein Stahlsubstrat mit einer Zwischenschicht z. B. aus Titanbornitrid oder Chromkarbiden und einer darauf aufgebrachten Diamantschicht in den Bereichen einzusetzen, in denen Kavitationserosionen entstehen.

Bei dieser Erfindung wird die transiente Kavitation mit den durch implodierende Blasen erzeugten Stoßwellen und Mikro-Jets als die, eine Kavitationserosion der ultraschallabstrahlende Oberfläche auslösende, Ursache betrachtet. Daher steht die mechanische Stabilität der Diamantschicht mit ihrer hohen Druckeigenspan- nung im Vordergrund und es gilt diese bereitzustellen. Dabei wird deren Festigkeit benötigt, die mit geeigneter Zwischenschicht oberhalb der ultraschallfrequenz- abhängigen Schwellwerte der bei der Blasen-Implosion freigesetzten mechanischen Energien liegt. Bezüglich der Erfindung ist daher insbesondere ihre Beständigkeit gegenüber ultraschallinduzierter Kavitationserosion der festen Oberfläche an der Grenzfläche fest-flüssig zu betrachten.

Somit ist vorteilhafterweise die Verwendung eines mehrschichtigen Funktionselements mit einer Oberflächenbeschichtung vorgesehen, wobei das Funktionselement aus einem Stahlsubstrat und an das Stahlsubstrat anschliessenden Ober- flächenbeschichtung besteht. Diese Oberflächenbeschichtung umfasst zumindest zum Teil das Substrat abdeckende Schichtelement, wobei das Schichtelement zumindest eine mit dem Substrat chemisch verbundene Zwischenschicht und abschließend eine mit der äußersten der Zwischenschichten chemisch verbundene Diamantschicht umfasst. Um die notwendige Festigkeit bereitzustellen, ist die Eig- nung der Zwischenschicht(en) zur Ausbildung kovalenter chemischer Bindungen mit Komponenten im Stahlsubstrat sowie mit der Diamantschicht vorgesehen.

Die Verwendung eines solchen Funktionselementes auf der Grundlage eines Substrates mit einer entsprechenden Zwischenschicht und einer weiteren der Flüssig- keit zugewandten Schicht, nämlich einer Diamantschicht, erfährt nur einen geringen oder sogar gar keinen Abtrag, beispielsweise durch ultraschallinduzierte Kavitationserosion. Zugleich ist diese Mehrfachschicht auf einem Substrat mechanisch, statisch und dynamisch hinreichend belastbar für Leistungsschallanwendungen mit transienter Kavitation in Flüssigkeiten, darunter auch in wässrigen Lösungen.

In einer besonderen Ausgestaltung handelt es sich bei dem Substratmaterial um einen schweissbaren, nichtrostenden martensitischen kohlenstoffhaltigen Chromstahl mit γ -> α-Phasenumwandlung bei Abkühlung aus dem Temperaturbereich der Diamantbeschichtung. Für Flächenbereiche (Boden, Seiten-Flächen) oder Teilflächen von wannenartigen Ausbildungen (darin eingeschweißten oder mittels Dichtrahmen darin eingeschraubten Schwingplatten) kann hierzu auch ein entspre- chendes Stahlblech vorgesehen sein. Beispielsweise kann das Stahlsubstratmaterial ein Chromstahlblech der Werkstoff-Nr. 1 .41 1 6 bzw. der Bezeichnung DIN EN X50 CrMoV15 sein.

Wesentlich für die gewollte Eigenschaft, insbesondere um der ultraschallinduzier- ten Kavitationserosion entgegenzuwirken, ist die Haftung der Diamantschicht, zumindest mittelbar in Bezug auf das Substrat. Dem dienen einmal die Aufbringung der Zwischenschicht mittels CVD-Verfahren und die Aufbringung der Diamantschicht mittels CVD-oder CVD-ähnlichem Verfahren durch die mit dieser Art der Beschichtung ermöglichte Ausbildung kovalenter chemischer Bindungen zu in das Stahlsubstrat eindiffundierten und dort verankerten Produkten der CVD (Cr ₃ C ₂ , Cr ₂₃ C ₆ bzw. FeB, Fe ₂ B, Fe ₄ N).

Darüber hinaus zusätzliche Massnahmen zur Haftungsverbesserung der Zwischenschichten auf dem Stahlsubstrat und der Diamantschicht auf der Zwischenschicht angewandt (Aufrauhung der Stahloberfläche vor dem Aufbringen der Zwischenschicht, ultraschallunterstütztes Einschießen von Diamantkristalliten in die TiBN- Zwischenschicht vor der Diamantbeschichtung).

Um die Verwendung des Stahlsubstrates, insbesondere für Schwingplatten in Ultraschallreinigungswannen zu ermöglichen, ist vorgesehen, nichtrostendes schweißbares Chromstahlblech zu verwenden. Schwingplatten benötigen einen Dichtrahmen, mit dem sie mit wannenartigen Ausbildungen verschraubt werden können. Daher ist es notwendig, den Rahmen, der mit Bohrungen zur Verschraubung versehen ist, an das Stahlsubstrat anzu- schweissen, um dessen flüssigkeitsdichtes Verbinden mit einer Reinigungswanne zu ermöglichen.

Weitere Verwendungen sehen vor, das Stahlsubstrat, mit einer zumindest die ultraschallabstrahlende Fläche abdeckenden Mehrfachbeschichtung aus einer Kombination von Titanbornitrid- oder Chromkarbid-Zwischenschicht mit darauf aufge- brachter Diamantschicht als sogenannte Sonotrode zu verwenden. Dabei ist das Horn als Stahlsubstrat ausgebildet. Die Stirnseite ist die ultraschallabstrahlende Fläche der Mehrfachbeschichtung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, den Zeichnungen sowie den Ansprüchen hervor.

Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht auf ein Teil eines Funktionselements zusammen mit einem Ultraschallwandler sowie ein Teil der schematisch angedeuteten Flüssigkeit;

Fig. 2 eine vergrösserte Darstellung der Ausgestaltung des Funktionselements gemäss Fig. 1 und gemäss Fig. 3, bestehend aus dem Substrat, der Zwischen- und Diamantschicht;

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Ultraschall-Horns, dessen in die zu beschallende Flüssigkeit eintauchender, häufig auswechselbar gestalteter Teil auch als Sonotrode bezeichnet wird, mit dem Substrat, der Zwischen und der Diamantschicht gemäss den Figuren 1 und 2. Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 und Fig. 3 ist ein Funktionselement 1 dargestellt. Das Funktionselement 1 dient dazu, den von einem Ultraschallwandler 2, der unmittelbar mit dem Funkti- onselement 1 verbunden ist, erzeugten Schall in eine auf der dem Ultraschallwandler 2 abgewandten Seite des Funktionselements 1 vorhandene Flüssigkeit 4 einzu- koppeln. Der eingekoppelte Schall (dargestellt schematisch in der Form von Schallausbreitungslinien 5) breitet sich innerhalb der Flüssigkeit 4 aus. Oberhalb bestimmter Ultraschallintensitäten (Schwellenwerte der Ultraschallintensität für transiente ultraschallinduzierte Kavitation) wird in der Flüssigkeit 4, auch nahe der schallabstrahlenden Oberfläche transiente Kavitation erzeugt (dargestellt durch Bläschen 6), die für die Kavitationserosion an dieser Oberfläche auf der der Flüssigkeit 4 zugewandten Seite verantwortlich ist. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Funktionselement 1 an der Stirnseite eines Horns 3 bzw. einer Sonotrode angeordnet. Das in der Regel auswechselbare Horn ist mit dem Ultraschallschwinger 2 gekoppelt. Der eingekoppelte Schall breitet sich, wie in Fig. 1 bereits beschrieben, aus. In Fig. 2 ist eine vergrösserte Darstellung der erfindungsgemässen Ausgestaltung des Funktionselements 1 gezeigt. Das Funktionselement 1 besteht aus dem Stahlsubstrat 1 a und mindestens zwei Schichten, nämlich einer Zwischenschicht 1 b und einer weiteren Schicht, nämlich einer Diamantschicht 1 c. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Substrat 1 a ein nichtrostender martensitischer Chromstahl mit γ -> α-Phasenumwandlung bei Abkühlung aus dem Temperaturbereich der Diamantbeschichtung, der vorzugsweise schweissbar ist.

Dieses dargestellte Funktionselement 1 mit Ultraschallwandlern 2 wird an einem gerahmten Ausschnitt am Boden oder an den Seitenwänden einer Wanne eingesetzt und mit diesem unter Heranziehung von Dichtungen verschraubt. Dazu weist das Funktionselement 1 auch seinerseits einen umbauten Rahmen auf. Um einen solchen Rahmen vorzusehen, ist es notwendig, dass Substrat 1 a schweissbar ist, damit entsprechend ein Rahmen mit Gewindebohrungen daran dicht fixierbar ist.

Auf der zur Flüssigkeit hinweisenden Seite ist die Diamantschicht 1 c vorgesehen. Diese Diamantschicht 1 c ist eine sehr harte Schicht, die unmittelbar in Kontakt mit der Flüssigkeit 4 steht. Sie ist selbst von derart hoher Festigkeit und haftet so gut, dass die Stosswellen und Mikro-Flüssigkeitsjets der Mikro-Implosionen, welche die Bläschen 6 beispielsweise bei ultraschallinduzierter transienter Kavitation herbeiführen, keine Schäden an dieser Schicht 1 c also weder Risse noch deren Ablösung herbeiführen.

Dies ist unter anderem darin begründet, dass diese Schicht 1 c eine chemische und mechanische Verbindung mit der Zwischenschicht 1 b eingeht, wobei die Zwischenschicht 1 b aus Titanbornitrid (TiBN) besteht. Diese Schicht 1 b, die durch CVD-Abscheidung auf dem Substrat 1 a herstellbar ist, ist auch ein thermische Spannungen ausgleichendes Bindeglied zwischen dem Substrat 1 a und der Diamantschicht 1 c und vermeidet so, dass Schäden durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (Risse, Abplatzungen) von Stahlsubstrat 1 a und Diamantschicht 1 c entstehen.

Vorzugsweise besteht das Substrat 1 a aus Chromstahlblech, zum Beispiel ein Stoff mit der Wirkstoff-Nr.: 1 .41 1 6 (DIN EN X50 CrMoVI 5). Jedoch ist es auch vorstellbar, dass andere kohlenstoffhaltige martensitische Chromstähle mit γ -> α-Phasenumwandlung bei Abkühlung aus dem Temperaturbereich der Dia- mantbeschichtung verwendbar sind. Die Stahlarten unterscheiden sich dann auch hinsichtlich ihrer Schweissbarkeit.

Erfindungsgemäss ist somit ein mehrschichtiges Funktionselement bereitgestellt worden, das zur Einkopplung von Leistungsultraschall in eine Flüssigkeit geeignet ist und das mit fehlerfrei aufgebrachten Beschichtungen die Eigenschaften aufweist, der Kavitationserosion zu widerstehen und gleichzeitig aber die Bedingungen an das tragende Substrat derartiger Funktionselemente, wie sie bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind (schweissbar und montierbar an den entsprechenden wannenartigen Ausgestaltungen), erfüllt.

Vorrichtung und Verwendung von Funktionselementen mit Diamantbeschichtung auf Zwischenschichten auf Stahlsubstraten als Funktionselemente mit Schutzbe- schichtung gegen Kavitationserosion

1 . Funktionselement mit Oberflächenbeschichtung

1 a Substrat

1 b Zwischenschicht

1 c Diamantschicht

2. Ultraschallwandler

3. Horn

4. Flüssigkeit

5. Schallausbreitungslinien

6. Bläschen