DE10111111A1

DE10111111A1 - Verfahren zum Herstellen einer gegen Beschuß und Splitter gepanzerten Platte

Info

Publication number: DE10111111A1
Application number: DE10111111A
Authority: DE
Inventors: Heinz Sibum
Original assignee: Deutsche Titan GmbH
Current assignee: VDM Metals GmbH
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2002-09-19
Anticipated expiration: 2021-03-09
Also published as: WO2002070983A1; DE10111111C2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer gegen Beschuß und Splitter gepanzerten Platte aus einer metallenen Trägerplatte, insbesondere aus Titan oder einer Titanlegierung, auf der eine Schutzschicht aus einem Hartstoff, insbesondere Al¶2¶O¶3¶, TiO¶2¶, TIN oder TIC oder Mischungen daraus festhaftend aufgebracht sind. Der Hartstoff wird als erwärmte Partikel mittels eines Hochgeschwindigkeitsbeschichtungsverfahrens auf die vorzugsweise vorher zu einem Formbauteil umgeformte Trägerplatte aufgebracht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer gegen Beschuß und Splitter gepanzerten Platte aus einer metallenen Trägerplatte, auf der eine Schutzschicht aus einem Haftstoff unter Anwendung von Wärme festhaftend aufgebracht wird.

Verfahren zum Herstellen von gepanzerten Platten dieser und auch ähnlicher Art sind bekannt. Solche Platten dienen zur Verkleidung von Fahrzeugen oder als tragbare Schutzschilde oder dergleichen für Personen. Die metallene Trägerplatte kann aus Stahl oder einem Leichtmetall, insbesondere Titan, bestehen. Titan als leichtgewichtiger Werkstoff wird als Trägerplatte bevorzugt, weil es bei den vorgenannten Anwendungsgebieten auf ein geringes Gewicht ankommt. Hinzu kommt, daß ein Blech aus Titan eine hohe Duktilität hat, was sich vorteilhaft hinsichtlich des Aufprallschutzes insofern auswirkt, als es die hohe kinetische Energie von Geschossen oder Splittern zumindest teilweise durch entsprechende Verformung der Platte absorbiert.

Bei einem bekannten Verfahren zum Herstellen einer gegen Beschuß und Splitter gepanzerten Platte (EP 0322 719 A1) werden vorgefertigte Hartstoffkacheln verwendet, die der Form der Trägerplatte angepaßt sind. Diese Hartstoffkacheln können auf verschiedene Art und Weise mit der Trägerplatte verbunden werden, z. B. durch Kleben, Löten, Schweißen oder durch mechanische Befestigungsmittel. Es versteht sich, daß die Herstellung einer solchen gepanzerten Trägerplatte wegen der Vielzahl der einzeln zu befestigenden Hartstoffkacheln aufwendig ist.

Bei einem anderen bekannten Verfahren (US-PS 3 804 034) sind auf einer Trägerplatte aus Reintitan verschiedene Schichten aufgebracht, von denen die äußere Schicht ausschließlich aus Hartstoff besteht, während die darunter liegenden Schichten aus Hartstoff und einem zunehmenden Anteil aus Titan bestehen. Die Herstellung eines solchen Schichtaufbaus erfolgt in der Weise, daß auf eine in eine Form eingebrachte Trägerplatte die verschiedenen Pulverschichten aufgebracht werden. Anschließend wird dieser in die Form eingebrachte Schichtaufbau unter Anwendung von Wärme mit Temperaturen von über 1000°C druckbeaufschlagt (Heißpressen). Wegen der an der Trägerplatte aus Reintitan angrenzenden, einen hohen Titananteil enthaltenden unteren Pulverschicht entsteht dabei eine fest haftende Verbindung zwischen der Trägerplatte und der Hartstoffbeschichtung. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die aufwendige Herstellung, die gleichzeitig hohe Preßkräfte und hohe Temperaturen verlangt. Hinzu kommt, daß für unterschiedlich geformte Trägerplatten unterschiedliche Formen bereitgestellt sein müssen. Sehr großflächige Formbauteile sind so kaum herstellbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer gepanzerten Platte der eingangs genannten Art zu schaffen, das mit vergleichsweise geringem verfahrenstechnischem Aufwand das Aufbringen der Schutzschicht aus Hartstoff auf einer Trägerplatte auch bei unterschiedlichen Formen der Trägerplatte ermöglicht. Darüber hinaus soll sich eine sehr gute Verbindung zwischen der Schutzschicht aus Hartstoff und der metallenen Trägerplatte ergeben, die eine geringfügige nachträgliche Umformung der gepanzerten Platte zuläßt, ohne daß dabei die Schutzschicht abplatzt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Hartstoff mittels eines Hochgeschwindigkeitsbeschichtungsverfahrens als erwärmte Partikel aufgebracht wird.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß es für eine gute Haftung der Schutzschicht an der Trägerplatte und einen guten inneren Zusammenhalt der Schutzschicht darauf ankommt, daß der Hartstoff in Partikelform - sei es, daß er als Pulver vorliegt, sei es, daß er beim Auftragen in Partikel zerlegt wird - unter gleichzeitiger Anwendung von Wärme und hoher kinetischer Energie aufgebracht wird, ohne daß dafür auch eine hohe Erwärmung der metallenen Trägerplatte nötig ist. Im Ergebnis erhält man dann eine diffusionsfreie, vollflächige formschlüssige Verbindung zwischen der Schutzschicht und der Trägerplatte, da diese an ihrer Oberfläche eine für den Formschluß günstige, natürliche rauhe Mikrostruktur hat. Diese Mikrostruktur reicht für die formschlüssige dauerhafte Verbindung aus, die auch eine geringfügige Verformung der gepanzerten Platte erlaubt, ohne daß Teile der Schutzschicht abplatzen. Diese Eigenschaft wirkt sich auch vorteilhaft bei einem Mehrfachbeschuß ein- und desselben Bereichs der gepanzerten Platte aus.

Da eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte gepanzerte Platte aber nur eine geringfügige nachträgliche Umformung erlaubt, wird in den Fällen, in denen die Platte ein Formbauteil sein soll, die Trägerplatte vor ihrer Beschichtung umgeformt.

Für das Hochgeschwindigkeitsbeschichtungsverfahren eignen sich verschiedene Verfahren, insbesondere das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) oder das Hochgeschwindigkeitsdetonationsverfahren, insbesondere das D-Gun-Verfahren. Beim bekannten HVOP liegt die Partikeltemperatur zwischen ca. 400°C und ca. 3000°C und die Partikelauftreffgeschwindigkeit zwischen ca. 400 m/s und ca. 700 m/s, während sie beim bekannten D-Gun- Verfahren zwischen ca. 500°C und ca. 2500°C und zwischen ca. 625 m/s und ca. 800 m/s liegen. Es versteht sich, auch andere Verfahren mit ähnlichen Partikeltemperaturen und Partikelgeschwindigkeiten geeignet sind.

Sofern das Einsatzgebiet der gepanzerten Platte neben einem hohen Schutz gegen Beschuß und Splitter auch ein geringes Gewicht erforderlich macht, kann die Trägerplatte, wie an sich bekannt, aus Reintitan oder einer Titanlegierung bestehen. Der Einsatz einer solchen Trägerplatte bringt dann den weiteren Vorteil mit sich, daß beim Beschuß der gepanzerten Platte diese wegen der Verformbarkeit der Trägerplatte energiedissipierend wirkt. Als Titanlegierung eignet sich insbesondere Ti- 6Al-4V.

Das Dickenverhältnis zwischen der metallenen Trägerplatte insbesondere aus Titan oder einer Titanlegierung und der Schutzschicht aus Hartstoff sollte im Bereich zwischen 2 : 1 bis 5 : 1 liegen.

Vorzugsweise wird für die Schutzschicht ein Hartstoff mit über die Dicke unterschiedlicher Härte verwendet, wobei insbesondere die Härte der Schutzschicht an deren Oberfläche am größten ist und in Richtung der Trägerschicht abnimmt. Verfahrenstechnisch am einfachsten läßt sich eine solche Schutzschicht aufbauen, wenn sie aus mehreren Einzelschichten unterschiedlicher Härte besteht. Als Hartstoff werden vorzugsweise Al₂O₃, TiO₂, TIN, TIC oder Mischungen daraus verwendet.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer gegen Beschuß und Splitter gepanzerten Platte aus einer metallenen Trägerplatte, auf der eine Schutzschicht aus einem Hartstoff unter Anwendung von Wärme festhaftend aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartstoff mittels eines Hochgeschwindigkeitsbeschichtungsverfahrens als erwärmte Partikel aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte vor ihrer Beschichtung in ein Formbauteil umgeformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochgeschwindigkeitsbeschichtungsverfahren ein Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochgeschwindigkeitsbeschichtungsverfahren ein Hochgeschwindigkeitsdetonationsverfahren (z. B. das D-Gun-Verfahren) ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte aus Reintitan oder einer Titanlegierung besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Titanlegierung Ti-6Al-4V verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hartstoff für die Schutzschicht mit über ihre Dicke unterschiedlicher Härte verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der Schutzschicht an deren Oberfläche am größten ist und in Richtung Trägerschicht abnimmt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus mehreren Einzelschichten unterschiedlicher Härte aufgebaute Schutzschicht verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Hartstoff Al₂O₃, TiO₂, TiN, TiC oder Mischungen daraus verwendet wird.

11. Verwendung eines gepanzerten Formbauteils, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, als Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug.

12. Verwendung eines gepanzerten Formbauteils, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, als tragbares Personenschutzschild.