DE10111111C2 - Method of making a plate armored against shelling and splinters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer gegen Beschuss und Splitter gepanzerten, zu einem Formbauteil umformbaren Platte aus einer metallenen Trägerplatte, auf der eine Schutzschicht aus einem Haftstoff unter Anwendung von Wärme festhaftend aufgebracht wird.The invention relates to a method for producing a armored against shelling and splinters, into one Molded component formable plate from a metal Carrier plate on which a protective layer from a Adhesive adheres using heat is applied.

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. Process for making armored plates of them and also of a similar kind are known. Such records serve to cover vehicles or as portable Protective shields or the like for people. The metal carrier plate can be made of steel or a Light metal, especially titanium, exist. Titan as lightweight material is used as the carrier plate preferred because it is in the aforementioned Areas of application where light weight matters. In addition, a sheet of titanium is high Ductility has what is advantageous in terms of Impact protection insofar as it affects the high kinetic energy from projectiles or fragments at least partially by corresponding deformation of the Plate absorbed.  

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 Platte wegen der Vielzahl der einzeln zu befestigenden Hartstoffkacheln aufwendig ist.In a known method for producing a counter Shelling and splinter armored plate (EP 0322 719 A1) prefabricated hard material tiles are used, which the Shape of the support plate are adjusted. This Hard material tiles can be done in different ways be connected to the support plate, e.g. B. by gluing, Soldering, welding or by mechanical Fasteners. It is understood that the Manufacture of such an armored plate because of the Large number of hard material tiles to be fastened individually is complex.

Bei einem anderen bekannten Verfahren (US 3 804 034 A) 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.In another known method (US 3 804 034 A) various on a base plate made of pure titanium Layers applied, of which the outer layer consists exclusively of hard material, while the underlying layers of hard material and a increasing proportion consist of titanium. The production Such a layer structure takes place in such a way that on a carrier plate placed in a mold different layers of powder can be applied. Then it is placed in the mold Layer structure using heat with temperatures pressurized at over 1000 ° C (hot pressing). Because of of those adjacent to the pure titanium support plate, one lower titanium layer containing a high proportion of titanium this creates a firmly adhering connection between the Carrier plate and the hard material coating. adversely In this process, the complex manufacture is the high pressing forces and high temperatures at the same time required. Add to that for differently shaped Support plates of different shapes can be provided  have to. There are hardly any very large molded parts produced.

Schließlich ist bekannt (DE 21 62 692 A1), Formbauteile aus hochlegiertem Stahl oder einer hochfesten Aluminiumlegierung mit anorganischen Hartstoffen wie Oxide, Karbide, Nitride etc. festhaftend zu beschichten, indem diese Hartstoffe mittels eines Hochtemperatur- Spritzbeschichtungsverfahren, insbesondere mit Flammspritz-, Plasmaspritz- oder Explosionsverfahren aufgetragen werden.Finally, it is known (DE 21 62 692 A1), molded components made of high-alloy steel or a high-strength Aluminum alloy with inorganic hard materials such as Coat oxides, carbides, nitrides etc. with adhesive, by these hard materials by means of a high temperature Spray coating process, especially with Flame spraying, plasma spraying or explosion processes be applied.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer zu einem Formkörper umformbaren, 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.The invention has for its object a method for producing a formable, armored plate of the type mentioned create that with comparatively little procedural effort the application of Protective layer made of hard material on a carrier plate too allows for different shapes of the carrier plate. In addition, there should be a very good connection between the protective layer of hard material and the metal support plate result in a slight allows subsequent reshaping of the armored plate, without the protective layer flaking off.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art einer metallenen Trägerplatte aus einer Titanlegierung Ti-6Al-4 V, auf der eine Schutzschicht aus einem Hartstoff mittels eines Hochgeschwindigkeitsbeschichtungsverfahrens als erwärmte Partikel aufgebracht wird, wobei die Trägerplatte vor ihrer Beschichtung in ein Formbauteil umgeformt wird.This task is initiated in a procedure mentioned type of a metal carrier plate from a Titanium alloy Ti-6Al-4 V, on which a protective layer is made a hard material by means of a High speed coating process as heated Particle is applied, with the carrier plate in front their coating is formed into a molded component.

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 die Trägerplatte vor ihrer Beschichtung zum Formbauteil umgeformt. Mit der gepanzerten Platte aus der Titanlegierung Ti-6Al-4 V wird neben einem geringen Gewicht auch ein hoher Schutz gegen Beschuss und Splitter wegen der energiedissipierenden Verformbarkeit der Platte erreicht.The invention is based on the finding that it is for good adhesion of the protective layer to the carrier plate and good internal cohesion of the protective layer depends on the fact that the hard material is in particle form that it is in powder form, be it that it is in the Application is broken down into particles - under simultaneous Use of heat and high kinetic energy is applied without a high Heating the metal support plate is necessary. in the The result is a diffusion-free, full-surface positive connection between the Protective layer and the backing plate, as this on their Surface a natural, favorable for the form fit has rough microstructure. This microstructure is enough for the positive permanent connection that, too a slight deformation of the armored plate allowed without parts of the protective layer flaking off. This property also has an advantageous effect on one Multiple bombardment of one and the same area of the armored plate. Since one after the armored manufactured according to the method of the invention Plate but only a slight subsequent reshaping allowed, the carrier plate is coated before Formed component. With the armored plate from the Titanium alloy Ti-6Al-4 V is next to a small Weight also high protection against shelling and splinters because of the energy-dissipating deformability of the plate reached.

Für das Hochgeschwindigkeitsbeschichtungsverfahren eignen sich verschiedene Verfahren, insbesondere das bekannte Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) oder das Hochgeschwindigkeitsdetonationsverfahren, insbesondere das D-Gun-Verfahren. Beim 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.Suitable for the high-speed coating process different methods, especially the known one High speed flame spraying (HVOF) or that  High speed detonation methods, in particular the D-Gun process. The HVOP has that Particle temperature between approx. 400 ° C and approx. 3000 ° C and the particle impact speed between approx. 400 m / s and about 700 m / s, while in the well-known D-Gun Process between approx. 500 ° C and approx. 2500 ° C and between approx. 625 m / s and approx. 800 m / s. It goes without saying other processes with similar particle temperatures and particle speeds are suitable.

Das Dickenverhältnis zwischen der metallenen Trägerplatte und der Schutzschicht aus Hartstoff sollte im Bereich zwischen 2 : 1 bis 5 : 1 liegen.The thickness ratio between the metal carrier plate and the protective layer of hard material should be in the area are between 2: 1 to 5: 1.

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.A hard material with a hardness that varies over the thickness is preferably used for the protective layer, the hardness of the protective layer in particular being greatest on its surface and decreasing in the direction of the carrier layer. In terms of process technology, the easiest way to build up such a protective layer is if it consists of several individual layers of different hardness. Al ₂ O ₃ , TiO ₂ , TIN, TIC or mixtures thereof are preferably used as the hard material.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen einer gegen Beschuss und Splitter gepanzerten, zu einem Formbauteil umformbaren Platte aus einer metallenen Trägerplatte aus der Titanlegierung Ti-6Al-4 V, auf der eine Schutzschicht aus einem Hartstoff mittels eines Hochgeschwindigkeitsbeschichtungsverfahrens als erwärmte Partikel aufgebracht wird, wobei die Trägerplatte vor ihrer Beschichtung in ein Formbauteil umgeformt wird.1. Method of making an anti-shelling and Splinter armored, to a molded component formable plate made of a metal carrier plate made of titanium alloy Ti-6Al-4 V, on the one Protective layer made of a hard material by means of a High speed coating process as heated particles is applied, the Base plate before coating it in a Molded component is formed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochgeschwindigkeitsbeschichtungsverfahren ein Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF) ist.2. The method according to claim 1, characterized in that that the high speed coating process is a high speed flame spraying (HVOF). 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochgeschwindigkeitsbeschichtungsverfahren ein Hochgeschwindigkeitsdetonationsverfahren (z. B. das D-Gun-Verfahren) ist.3. The method according to claim 1, characterized in that the high speed coating process a high-speed detonation process (e.g. the D-Gun process). 4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der Schutzschicht an deren Oberfläche am größten ist und in Richtung Trägerschicht abnimmt.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the hardness of the Protective layer on the surface of which is greatest and decreases towards the carrier layer. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus mehreren Einzelschichten unterschiedlicher Härte aufgebaute Schutzschicht verwendet wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that one from several individual layers protective layer of different hardness is used.   6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Hartstoff Al₂O₃, TiO₂, TiN, TiC oder Mischungen daraus verwendet wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that Al ₂ O ₃ , TiO ₂ , TiN, TiC or mixtures thereof is used as the hard material.