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DE3242543C2 - Schichtwerkstoff mit einer auf einer metallischen Trägerschicht aufgebrachten Funktionsschicht aus metallischer Suspensionslegierung und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Schichtwerkstoff mit einer auf einer metallischen Trägerschicht aufgebrachten Funktionsschicht aus metallischer Suspensionslegierung und Verfahren zu seiner Herstellung

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DE3242543C2
DE3242543C2 DE3242543A DE3242543A DE3242543C2 DE 3242543 C2 DE3242543 C2 DE 3242543C2 DE 3242543 A DE3242543 A DE 3242543A DE 3242543 A DE3242543 A DE 3242543A DE 3242543 C2 DE3242543 C2 DE 3242543C2
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DE
Germany
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layer
functional layer
substances
lead
aluminum
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Expired
Application number
DE3242543A
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English (en)
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DE3242543A1 (de
Inventor
Erich Dipl.-Chem. Dr. 6365 Rosbach Hodes
Walter Ing.(grad.) 6330 Wetzlar Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Glyco AG
Original Assignee
Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH filed Critical Glyco Metall Werke Daelen und Loos GmbH
Priority to DE3242543A priority Critical patent/DE3242543C2/de
Priority to JP58154235A priority patent/JPS5996945A/ja
Priority to GB08326428A priority patent/GB2130250B/en
Priority to BR8305987A priority patent/BR8305987A/pt
Priority to FR8318451A priority patent/FR2536309B1/fr
Publication of DE3242543A1 publication Critical patent/DE3242543A1/de
Application granted granted Critical
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Abstract

Beim Herstellen von Schichtwerkstoff mit einer auf einer Trägerschicht aufgebrachten Funktionsschicht, die aus mindestens zwei verschiedenen Stoffen aufgebaut ist, wobei die Funktionsschicht durch Plasma-Spritzen eines pulverförmigen Gemisches der die Funktionsschicht bildenden Stoffe oder eines die Funktionsschicht bildenden Stoffe enthaltenden, beispielsweise drahtförmigen Verbundmaterials, aufgebracht wird, erfolgt ein reproduzierbar genaues Variieren der Zusammensetzung der Funktionsschicht dadurch, daß das Aufbringen der Funktionsschicht durch zeitliche Aufeinanderfolge mehrerer Plasma-Spritzgänge mit unterschiedlicher Zusammensetzung des pulverförmigen Gemisches bzw. des die Funktionsschicht bildenden Stoffe enthaltenden Verbundmaterials ausgeführt wird. Dabei kann der eine Stoff ausgehend von einem Maximalanteil, beispielsweise 100%, mit abnehmenden Anteilen bis zu einem Minimalanteil und der zweite Stoff bzw. eine zweite Gruppe von Stoffen mit minimalem Anfangsanteil und sich erhöhenden Anteilen bis zu einem Maximalanteil aufgespritzt werden. Bevorzugtes Beispiel, Aufbringen einer Gleitschicht aus Aluminium-Blei-Suspensionslegierung mit Aluminium-Anfangsanteil 100% und Blei-Endanteil bei 15 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 20 Gew.-%.

Description

Die Erfindung betrifft Schichtwerkstoff, insbesondere für Gleit- oder Reibelemente, mit einer auf einer metallischen Trägerschicht aufgebrachten Funktionsschicht bzw. Gleit- oder Reibschicht, aus metallischer Suspensionslegierung, wie AIuminium-Blei-Suspensionslegierung, mit über die Dicke der Funktionsschicht variiertem Verhältnis der Legierungsbestandteile. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von solchem Schichtwerkstoff.
Aus GB-PS 10 83 003 ist es bekannt, Lagermaterialien, d. h. Schichtwerkstoffe durch heißes Aufspritzen von die Funktionsschicht bildenden Materialien auf einen Trägerkörper herzustellen. Bei Aufbau der Funktionsschicht aus Metallen mit stark verschiedenem spezifischem Gewicht, beispielsweise Aluminium und Blei, sollen solche Bestandteile mit getrennten Spritzvorrichtungen in sich überdeckende oder zumindest überschneidende Bereiche der Trägerkörper-Oberfläche gespritzt werden. Dabei kann man gemäß dieser beim Aufspritzen auf einen an den Spritzvorrichtungen vorbeibewegten, bandförmigen Träger die Spritzbereiche für die verschiedenen Metalle aufspritzenden Spritzvorrichtungen so anordnen, daß in einem in Wanderrichtung ersten Flächenbereich nur Metall mit geringerem spezifischen Gewicht, beispielsweise Aluminium, aufgespritzt wird. In einem den wesentlichen Teil des Gesamtbereiches einnehmenden mittleren Flächenbereich überschneiden sich der Aufspritzbereich für das leichtere Material und das schwerere Material, also für Aluminium und Blei. In einem kleinen in Wanderrichtung letzten Flächenbereich wird dann nur noch das schwerere
b5 Metall, beispielsweise Blei, aufgespritzt. Hierdurch ergibt sich, daß die Funktionsschicht in ihrem der Oberfläche des Trägerkörpers benachbarten Dickenbereich im wesentlichen aus dem leichteren Metall, beispielsweise
Aluminium, besteht, während in der Nähe der freien Oberfläche ein merklich erhöhter Gehalt an schwererem Metall, beispielsweise Blei, vorhanden ist Allerdings soll keine reine Bleischicht gebildet werden.
Diese bekannte Arbeitsweise läßt nur ein gewisses Variieren der Zusammensetzung in den beiden äußeren Dickenbereichen der Funktionsschicht zu. Innerhalb der eigentlichen Funktionsschicht ist eine über die gesamte Dicke praktisch gleichbleibende Zusammensetzung gegeben.
Es sind auch zahlreiche andere Schichtwerkstoffe und Verfahren zu deren Herstellung bekanntgeworden, bei denen Metall zusammen mit sonstigem Material zur Bildung einer Funktionsschicht auf einen Trägerwerkstoff gespritzt ist Dies geschieht mit Hilfe von bekannten Spritzmethoden, wie z. B. Flamm-, Plasma- oder Lichtbogenspritzen. So ist es beispielsweise aus DE-OS 28 50 210 und DE-OS 28 50 288 das Aufbringen einer Wärmeschutzschicht aus Oxidgemischen auf einer Grundschicht aus Nickel-Chrom-Legierung bekannt Beide Schichten sollen nacheinander und voneinander getrennt mit Hilfe von Plasmaspritzverfahren aufgebracht werden, wobei jedoch innerhalb dieser beiden Schichten keine Zusammensetzungs-Variation vorgesehen ist Aus US-PS 30 20 182 ist ferner bekannt, eine Dichtung durch Aufspritzen von geschmolzenem Metall in graduell zunehmendem Verhältnis und geschmolzenem Keramikmaterial in graduell reduziertem Verhältnis auszubilden. Aus US-PS 30 91 548 ist das Aufbringen einer Hochtemperatur-Schutzschicht bekannt, bei dem mehrere Schichten mit unterschiedlichem Gehtlt an hochtemperaturfestem Bestandteil übereinander angebracht werden. Schließlich ist aus US-PS 33 40 084 das Aufspritzen einer aus Aluminium und Graphitteilchen gebildeten Schicht bekannt, die aber im Hinblick auf das Graphit nicht durch Plasmaspritzen erzeugt werden kann.
Bei allen diesen aus Metall zusammen mit sonstigem Material, insbesondere keramischem Material oder Graphit, aufgebauten Funktionsschichten handelt es sich um heterogenen Aufbau im Inneren der Funktionsschicht.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, Schichtwerkstoff mit Funktionsschicht aus metallischer Suspensionslegierung mit einem solchen Schichtaufbau zu versehen, bei dem sich eine in Anpassung an die jeweils beabsichtigte Anwendung des Schichtwerkstoffs über die Dicke der Funktionsschicht vorgesehene Variation der Zusammensetzung über die gesamte Schichtdicke erstrecken soll. Dabei soll der Schichtwerkstoff in gut beher'schbarer Weise genau reproduzierbar hergestellt werfen können.
Erfindungsgemäß wi'd diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Anteilszunahflie zumindest eines der Legierungsbestandteile der Suspensionslegierung mit zunehmendem Abstand von der Trägerschicht innerhalb der Funktionsschicht kontinuierlich bis zu einem vorher festgelegten Maximalanteil verläuft.
Hierdurch wird erreicht, daß die Funktionsschicht an ihrer Bindungsseite zum Substrat ein einheitliches Metallgefüge aufweist, mit dem optimale Bindungsbedingungen erreichbar sind. Innerhalb der Funktionsschicht ergibt der kontinuierliche Verlauf der Anteilszunahme eines der Legierungsbestandteile eine kontinuierliche Variation der Zusammensetzung der Suspensionslegierung. ohne daß eine merkliche Schichtung innerhalb der Funktionsschicht auftreten kann. Die Lcgierungsbestandteile der Suspensionslegierung sind daher in allen Bereichen der Funktionsschicht mit für die jeweilige Suspensionslegierung optimalen Haftmechanismen aneinander gebunden und miteinander mechanisch verklammert und verspannt
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Funktionsschicht eine Gleitschicht aus Aluminium-Blei-Suspensionslegierung, die in Nachbarschaft der Trägerschicht aus reinem Aluminium besteht und bei mit zunehmendem Abstand von der Trägerschicht zunehmendem Bleianteil an der von der Trägerschicht entfernten Seite 15 bis 40Gew.-%, vorzugsweise bei 20 Gew.-%, Blei enthält Die gemäß der Erfindung aus Aluminium-Blei-Suspensionslegierung aufgebaute Gleitschicht weist vorteilhafte tribologische Eigenschaften auf, wie sie mit bisher bekannten Gleitschichten aus vergleichbarer Aluminium-Blei-Suspensionslegierung nicht erreichbar waren.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Funktionsschicht eine Korrosions-Schutzschicht die in Nachbarschaft der Trägerschicht allein aus reinem Aluminium gebildet ist und bei mit dem Abstand von der Trägerschicht zunehmendem Bleianteil an der von der Trägerschicht entfernten Seite in eine allein aus Blei gebildete Oberflächenschicht übergeht.
Die Herstellungsweise der Funktionsschicht des erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffs kann mit feststehender Plasma-Spritzvorrichtung an ebenfalls feststehend angebrachten, vorbereiteten Werkstücken vorgenommen werden. Hierzu kann man mittels geeignet gesteuerter Beschickungseinrichtungen die Zusammensetzung der zugeführten Legierungsbestandteile während des Aufbaus der Funktionsschicht kontinuierlich ändern.
Bevorzugt ist aber für die Herstellung des erfindungsgemäßen Schichtwerkstoffes ein erfindungsgemäßes Verfahren einzusetzen, bei welchem ebenfalls davon ausgegangen wird, daß die Funktionsschicht durch Plasmaspritzen eines pulverförmigen Gemisches der die Funktionsschicht bildenden Stoffe oder eines die Funktionsschicht bildenden Stoffe enthaltenden, beispielsweise drahtförmigen, Verbundmaterials aufgebracht wird. Erfindungsgemäß wird in diesem Verfahren das Aufbringen der Funktionsschicht durch zeitliche Aufeinanderfolge mehrerer Plasma-Spritzgänge unter einem der gewünschten Zusummensetzungsvariation über die Dicke der Funktionsschicht entsprechenden Variieren der Zusammensetzung des dem Plasmaspritzen zugeführten pulverförmigen Gemisches aus den die Funktionsschicht bildenden Stoffen bzw. unter der jeweils gewünschten Zusammensetzungsvariation über die Dicke der Funktionsschicht entsprechender Verwendung von die Funktionsschicht bildenden Stoffen in abgewandelten Zusammensetzungen enthaltendem Verbundmaterial ausgeführt.
j5 Die zeitliche Aufeinanderfolge mehrerer Plasma-Spritzgänge erscheint zunächst aufwendig. Jedoch läßt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren das Aufbringen der Funktionsschicht in fortlaufendem Vorbeiführen an einer Mehrzahl von Plasma-Spritzvorrichtungen ausführen. Der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielte Schichtaufbau zeichnet sich durch besonders hohe Gleichmäßigkeit mit kontinuierlichem Übergang zwischen Zonen unterschiedlicher Zusammensetzung der Suspensionslegierung aus. Dies mag
b5 darauf zurückzuführen sein, daß beim Plasmaspritzen mit geschmolzenen Teilchen der die metallische Suspensionslegierung bildenden Bestandteile mit solcher Wucht in die aufzubauende Funktionsschicht getragen
werden, daß bei Änderung der Legierungszusammcnselzung Teilchen teilweise in eine gewisse Tiefe der bereits aufgebauten Schichtteiles geschossen werden, und dadurch den Übergang zu dem Auftrag aus dem vorhergehenden Plasmasprilzgang verwischen, also kontinuierliche Übergänge und somil insgesamt einen Aufbau der Funktionsschieht aus metallischer Suspensionslegierung erreichbar macht, bei dem die Zunahme eines Lcgierungsbestandteiles als kontinuierlich angesehen werden kann.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch, daß es sich für die Herstellung von Schichtwerkstoff mit Funktionsschieht aus Suspensionslegierung verschiedenster Art anwenden läßt. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet auch eine große Variationsbreite. Beispielsweise kann der eine Stoff oder die eine Gruppe der die Suspensionslegierung bildenden Stoffe mit hohem Anfangsanteil und in späteren Plasma-Spritzgängen mit geringeren Anteilen vorgesehen sein, während ein zweiter Stoff bzw. eine zweite Gruppe von Stoffen der Suspensionslegierung mit geringerem Anfangsanteil und in späteren Plasma-Spritzgängen mit erhöhten Anteilen zugeführt wird. Man kann dabei auch einen dritten Stoff oder eine dritte Gruppe von in die Funktionsschichi einzuführenden Stoffen bei allen Plasma-Spritzgängen in praktisch gleichen Mischungsanteilen zuführen. Der eine Stoff bzw. die eine Gruppe von Stoffen kann man für den letzten Plasma-Spritzgang oder die letzten Plasma-Spritzgänge auf den Anteil Null im Gemisch reduzieren. Andererseits kann der zweite Stoff bzw. die zweite Gruppe von Stoffen für den letzten Plasma-Spritzgang oder die letzten Plasma-Spritzgänge mit einem Anfangsanteil Null vorgesehen werden.
Stoffe mit niedrigerer Verdampfungstemperatur wird man im erfindungsgemaßen Verfahren bevorzugt in größerer Teilchengröße als die Stoffe mit höherer Verdampfungstemperatur in das Pulvergemisch einführen. Für das Aufbringen von Aluminium-Blei-Suspensionslegierungen als Funktionsschieht, insbesondere im Zusammenhang mit der Erzeugung eines Schichtwerkstoffs für die Herstellung von Gleit- oder Reibelementen kann im erfindungsgemaßen Verfahren vorgesehen werden, daß zum Plasma-Spritzen Gemisch von Aluminium-Pulver und Blei-Pulver mit entsprechend dem jeweils beabsichtigten Aufbau der Funktionsschieht zwischen Anfangsanteilen und Endanteilen variierter Mischungszusammeiisetzung benutzt werden, bei welchen als Aluminiumpulver mit Teilchengröße < 100 μηι, vorzugsweise 50 bis 100 μΐη und als Bleipulver mit Teilchengröße > 40 μίτι, vorzugsweise 80 bis 100 μπι, vorliegen.
Die Wahl des Plasma-Spritzverfahrens bei der Verarbeitung der niedrigschmelzenden Werkstoffe Aluminium und Blei, welche den erfindungsgemäßen Aufbau herbeiführen, anstelle von einem thermokinetischen Plattierverfahren, wie dem Flammspritzen oder Lichtbogenspritzen, wird durch den Umstand deutlich, daß niedrigschmelzende Metalle, wie Aluminium und Blei bei Verarbeitung mit dem Plasmaspritzen äußerst dichte und nahezu porenfreie Schichten ergeben, was sich auf die Festigkeit der Spritzschicht positiv auswirkt
Die Pulverzufuhr Aluminium und Blei in eine Flamme, deren Temperatur > 15 000° C betragen kann, bei einer Verdampfungstemperatur von ca. 2060°C bei Aluminium und einer Verdampfungstemperatur von 17400C bei Blei ist nur dann sinnvoll, wenn die Verweilzeit kurz ist, so daß diese Pulverteilchen beschleunigt werden und je nach Wahl des Spritzabslandes mit hoher Energie entweder schmelzflüssig oder in teigigem Zustand auf dem Substrat auftreffen. Auf dem Substrat erfolgt eine rasche Abkühlung, die zusätzlich zur mer> chanischen Verklanimcrung Spannungen in Spritztcil- «.hcn hervorruft, wodurch sich weitgehend die Haftmechanismen erklären lassen.
Der gemäß der Erfindung angestrebte Schichtaulbau wird dadurch erreicht, daß nach dem Vorwärmen der ίο Substratoberfläche durch die Plasmaflamme der eigentliche .Schichtaufbau aufgebracht wird. Dies geschieht in der Form, daß nach der Vorwärmung der Substratoberflächc zunächst nur der eine Stoff oder die eine Stoffgruppe, beispielsweise Aluminium in einer bestimmten Menge pro Zeiteinheit zur Flamme gefördert wird. Nach einer Anzahl von Spritzübergängen und Erreichen einer gewünschten Schichtdicke kann der Anteil bzw. die Pulvermenge des ersten Stoffes reduziert werden oder konstant gehalten werden, während gleichzeitig der zweite Stoff, beispielsweise Blei, in einer bestimmten Menge pro Zeiteinheit in die Plasmaflamme gefördert wird. Dieser Vorgang kann sich nach einer beliebigen Anzahl von Spritzübergängen wiederholen, wobei die Anteile des ersten Stoffes durch die des zweiten Stoffes ergänzt oder addiert werden, bis zu dem Schichtaufbau bzw. bis zu einer Abschlußschicht nach Erreichen der Gesamtdicke, weiche beispielsweise für Lagerzwecke 80Gew.-Anteile Aluminium und 20Gew.-Anteile Blei enthält. Ein ähnlicher Schichtenaufbau mit kontinuierlichem Übergang zu höheren Anteilen einer anderen Werkstoffkomponente empfiehlt sich für den Einsatz unter tribologischen Bedingungen und ist nach keinem der bisher bekannten Verfahren ähnlich gezielt mit einem kontinuierlichen Übergang herstellbar.
Der Legierungsbestandteil mit in Abstand von der Trägerschicht zunehmendem Anteil kann dabei in einen Maximalanteil von praktisch 100% an der der Trägerschicht entfernten Seite der Funktionsschieht übergehen. Dies würde im Beispiel der Aluminium und Blei enthaltenden Suspensionslegierung bedeuten, daß ihre Zusammensetzung nach anfänglich 100% Aluminium abschließend mit 100% Blei als Deckschicht vorliegt. Ein solcher Aufbau wäre für den Einsatz als Bauelement, wie z. B. Gleitlager, weniger geeignet. Hierfür wird man bevorzugt die Funktionsschieht als eine Gleitschicht im wesentlichen aus Aluminium-Blei-Suspensionslegierung derart aufbauen, daß sie in Nachbarschaft der Trägerschicht aus reinem Aluminium besteht und an der von der Trägerschicht entfernten Seite 15 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise bei 20 Gew.-% Blei enihäii. Funktionsschichten, die an ihrer freien Oberfläche in eine Deckschicht aus 100% Blei übergehen, sind jedoch dann von großem Interesse, wenn es darum geht Bau teile korrosionsfest auszuführen, eine technische Aufga be, die in der chemischen Industrie oft vorliegt
Zum Erreichen des erfindungsgemäßen Schichtaufbaus ist eine Pulverfördereinrichtung von besonderem Vorteil, die wie folgt funktioniert:
Pulver wird mechanisch durch beispielsweise ein Schaufelrad durch eine Verbindung zur Plasmaflamme gefördert wobei die mechanische Arbeitsweise durch ein Trägergas unterstützt wird. Dieses Trägergas nimmt unter bestimmtem vorzugebendem Gasdruck und Gas fluß die Pulverteilchen mit zur Flamme. Für jedes zu bearbeitende Pulver ist eine solche Einrichtung erforderlich, so daß die Anzahl der mittels Plasmaspritzen gleichzeitig zu verarbeitenden Pulver abhängig ist von
der Anzahl der zur Verfugung stehenden Fördereinrichtungen, wobei es eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, em Pulver oder alle zu verarbeitenden Pulver zusätzlich mit anderen vor ihrer Verarbeitung zu vermischen, d. h. vor dem Einfüllen in die Fördereinrichtung zu mischen. Weiterhin ist es natürlich möglich, nicht nur Pulvennischungen. sondern auch Legierungspulver zu verarbeiten. So kann z. B. Aluminium mit den für Aluminium typischen Legierungsbestandteilen versehen sein. Gleiches gilt für Blei, welches eben- in falls legiert sein kann.
Die Teilchenform des im Rahmen der Erfindung zum thermokinetischen Plattieren zu verwendenden Gemenges oder der Legierung bzw. Pulver sollte bevorzugt kugelig sein. Solcher kugeliger Teilchenform ist gegenüber spratzigcr oder keulenförmiger Teilchenform der Vorzug zu geben.
Als Piasmagas für den thermischen Spritzvorgang kann sowohl Stickstoff als auch Argon verwendet werden, wobei als Sekundärgas jeweils Wasserstoff Verwendung findet.
Der Spritzabstand zwischen der Düse und dem zu beschichtenden Substrat sollte 100 bis 150 mm, bevorzugt 125 ± 5 mm betragen. Bereits geringfügige Abstandsabweichungen — bei ansonst konstanten Parametern — beeinflussen die Schichtqualität in erheblichem Maße. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine optimale Bindung der Spritzschicht auf dem gewählten Trägerwerkstoff mit einem kontinuierlichen Übergang bis hin zur gewünschten Zusammensetzung der Endschicht d. h. der Oberflächenschicht der Funktionsschicht erreicht.
Der kontinuierliche Beschichtungsvorgang des Substrats erfolgt in der Weise, daß die Plasmaflamme gespeist wird mit der vorgegebenen Pulvermenge jeden Pulvers und das vorgewärmte zu beschichtende Substrat durch die sich am Substrat vorbeibewegende Plasmaflamme beschichtet wird. Darüber hinaus ist es ebenso durchführbar, die Plasmaflamme stillstehend anzubringen und das Substrat an der Plasmaflamme vorbei- w zubewegen.
Der Bewegungsablauf erfolgt so, daß die gesamte Substratoberfläche, die beschichtet werden soll, von der Plasmaflamme traversenförmig abgefahren wird, bei einer konstanten Vertikal- und Horizontalgeschwindigkeit von 500 mm/s. Hierbei können so viele Spritzübergänge, d. h. Zyklen erfolgen, bis die gewünschte Spritzschichtdicke erreicht ist. Nach jedem Übergang kann die Zusammensetzung der Spritzschicht durch Änderung der Pulvermenge, die in die Plasmaflamme gefördert wird, variiert werden. Der auf diese Weise hergestellte Schichtwerkstoff muß nach erfolgtem Beschichtungsvorgang keinen zusätzlichen Verdichtungen unterzogen werden, da die erzielte Spritzschicht mittels [Plasmaflammspritzverfahren nahezu porenfrei ist <5% Porenvolumen).
Eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahens kann dahingehend getroffen werden, daß die in lasmaflamme einzuführenden Pulver nach ihrem Ver ischen zu einem Festkörper zusammengepreßt und als erbundmaterial in Form eines gepreßten festen Körlers, beispielsweise drahtförmigen Körpers in die Plaslaflamme eingeführt werden.
Ein Ausfuhrungsbeispiel für einen gemäß der Erfindung hergestellten Schichtwerkstoff wird im folgenden hand der Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung ist ein vergrößertes Schnittbild eines chichtwerkstoffes gemäß der Erfindung mit Stahlkörper als Trägerschicht und einer Funktionsschicht aus AIPb Suspensionslegierung, wobei der Übergang von Aluminium zu Al-Pb-Suspensionslegierung der gewünschten Zusammensetzung kontinuierlich vollzogen ist.
Ein Stahlband 1 ist an seiner zu beschichtenden Oberfläche 2 durch Strahlen vorbehandelt worden, um der aufzubringenden Funktionsschicht eine von Verschmutzung freie Oberfläche zu bieten, welche aufgrund ihrer Gestalt teilweise die Möglichkeit einer mechanischen Verklammerung bietet.
Durch eine Mehrzahl von Plasma-Spritzgängen ist eine Beschichtung 3 aufgebracht worden, die im wesentlichen aus Aluminiumbestandteil 4 und Bleibestandteil 5 gebildet ist. Als Trägerwerkstoff wurde ein Stahl nach DIN 1623 von 1,5 mm Dicke verwendet. Die Grundspritzschicht 6 besteht aus Al 99,5. Die weitere darauf aufbauende Spritzschicht 7 besitzt einen kontinuierlich zunehmenden Blei-Anteil bis zu einem Verhältnis von 80 Gew.-% Aluminium und 20 Gew.-% Blei.
Beispiel 1
Das verwendete Aluminiumpulver hatte eine überwiegend kugelige Teilchenform bei einer Korngröße von 100% > 40 μΐη. Der Korngrößenbereich des verwendeten Bleis lag zu 100% > 50 μΐη, bei einer ebenfalls bevorzugten kugeligen Ausbildung der Pulverteilchen.
Als Primärgas wurde Stickstoff mit einem Druck von 3,5 bar und einem Gasfluß von 150 l/min verwendet. Als Sekundärgas wurde Wasserstoff mit einem Druck von 3,5 bar und einem Fluß von 10 eingesetzt. Die Leistung der Plasmaanlage wurde mit 30 kW konstant gehalten. Es wurde zu Beginn des Spritzvorganges mit 40 g/min. Aluminium gearbeitet. Diese Pulvermenge wurde bis zum letzten Spritzübergang nicht verändert. Nach Ablauf des dritten Spritzüberganges wurde Blei neben Aluminium zur Plasmaflamme getrennt gefördert, bis nach dem Erreichen der gewünschten Dicke der Anteil von Blei auf 20 Gew.-% angestiegen war.
Beispiel 2
Das Verfahren wurde wie im Beispiel 1 durchgeführt, jedoch wurde Argon als Plasmagas, d. h. als Primärgas verwendet. Der Primärgasdruck betrug 6,9 bar. Der Gasfluß 150. Als Sekundärgas wurde Wasserstoff verwendet mit einem Druck von 3,5 bar bei einem Gasfluß von 5 l/min.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1. Schichtwerkstoff, insbesondere für Gleit- oder Reibelemente, mit einer auf einer metallischen Trägerschicht aufgebrachten Funktionsschicht bzw. Gleit- oder Reibschicht, aus metallischer Suspensionslegierung, wie Aluminium-Blei-Suspensionslegierung, mit über die Dicke der Funktionsschicht variiertem Verhältnis der Legierungsbestandteile, dadurch gekennzeichnet, daß die Anteilszunahme zumindest eines der Legierungsbestandteile mit zunehmendem Abstand von der Trägerschicht (1) innerhalb der Funktionsschicht (3) kontinuierlich bis zu einem vorher festgelegten Maximalanteil verläuft
    2. Schichtwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsschicht (3) eine Gleitschicht aus Aluminium-Blei-Suspensionslegierung ist, die in Nachbarschaft der Trägerschicht (1) aus reinem Aluminium besteht und bei mit zunehmendem Abstand von der Trägerschicht (1) zunehmendem Bietanteil an der von der Trägerschicht (1) entfernten Seite 15 bis 40 Gew.-°/o, vorzugsweise bei 20 Gew.-%, Blei enthält.
    3. Schichtwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsschicht (3) eine Korrosions-Schutzschicht ist, die in Nachbarschaft der Trägerschicht (1) allein aus reinem Aluminium gebildet ist und bei mit dem Abstand von der Trägerschicht (1) zunehmendem Bleiantcil an der von der Trägerschicht (1) entfernten Seite in eine allein aus Blei gebildete Oberflächenschicht übergeht.
    4. Verfahren zum Herstellen von Schichtwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in welchem die Funktionsschicht durch Plasmaspritzen eines pulverförmigen Gemisches der die Funktionsschicht bildenden Stoffe oder eines die Funktionsschicht bildenden Stoffe enthaltenden, beispielsweise drahtförmigen, Verbundmaterials aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Funktionsschicht durch zeitliche Aufeinanderfolge mehrerer Plasma-Spritzgänge unter einem der gewünschten Zusammensetzungsvariation über die Dicke der Funktionsschicht entsprechenden Variieren der Zusammensetzung des dem Plasmaspritzen zugeführten, pulverförmigen Gemisches aus dem die Funktionsschicht bildenden Stoffen bzw. unter der jeweils gewünschten Zusammensetzungsvariation über die Dicke der Funktionsschicht entsprechender Verwendung von die die Funktionsschicht bildenden
    • Stoffen in abgewandelten Zusammensetzungen enthaltendem Verbundmaterial ausgeführt wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Stoff oder die eine Gruppe der die Suspensionslegierung bildenden Stoffe mit hohem Anfangsanteil und in späteren Plasma-Spritzgängen mit geringeren Anteilen vorgesehen ist, während ein zweiter Stoff bzw. eine zweite Gruppe von Stoffen der Suspensionslegierung mit geringerem Anfangsanteil und in späteren Plasma-Spritzgängen mit erhöhten Anteilen zugeführt wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Stoff oder eine dritte Gruppe von in die Funktionsschicht einzuführenden Stoffen bei allen Plasma-Spritzgängen in gleichen Mischungsanteilen zugeführt wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Stoff bzw. die eine Gruppe von Stoffen für den letzten Plasma-Spritzgang oder die letzten Plasma-Spritzgäiige auf den Anteil Null im Gemisch reduziert wird.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stoff bzw. die zweite Gruppe von Stoffen für den ersten Plasma-Spritzgang oder die ersten Plasma-Spritzgänge mit einem Anfangsanteil Null vorgesehen wird.
    ίο 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffe mit geringerer Verdampfungstemperatur in größerer Teilchengröße als die Stoffe mit höherer Verdampfungstemperatur in das Pulvergemisch eingeführt werden.
    10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, zur Erzeugung eines Schichtwerkstoffes mit Funktionsschicht aus Aluminium-Blei-Suspensionslegierung, insbesondere zur Erzeugung von Schichtwerkstoff für die Herstellung von Gleit- oder Reibele- menten, dadurch gekennzeichnet, daß zum Plasma-Spritzen Gemische von Aluminiumpulver und Bleipulver mit entsprechend dem jeweils beabsichtigten Aufbau der Funktionsschicht zwischen Anfangsanteilen und Endanteilen variierter Mischungszusam- mensetzung benutzt werden, bei welchen das Aluminiumpulver mit Teilchengröße <100μη\ vorzugsweise 50 bis 100 μηι und das Bleipulver mit Teilchengröße >40 μΐη, vorzugsweise 80 bis 100 μιη, vorliegen.
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