DE2161453C3

DE2161453C3 - Verfahren zur Herstellung eines Reibhelages auf Unterlagen, wie Bremsen oder Kupplungen mittels Plasmastrahl

Info

Publication number: DE2161453C3
Application number: DE2161453A
Authority: DE
Inventors: Jean Francis Paris Guyonnet
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 1967-10-11
Filing date: 1971-12-10
Publication date: 1980-03-06
Also published as: DE2161453A1; DE2166949C3; DE2166949B2; DE2166949A1; DE2161453B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages auf Unterlagen, wie Bremsen, Kupplungen oder dergleichen, gemäß dem Teilchen eines den Belag bildenden Materials in einen auf die Unterlage gerichteten Plasmastrahl eingeführt werden, der Einführungsbereich der Teilchen in dem Plasmastrahl in Abhängigkeit von ihrem Schmelzpunkt bestimmt und die Austrittsgeschwindigkeit des Plasmastrahls so geregelt wird, daß unter Berücksichtigung der Art des Plasmagascs und der Leistung des Generators die eingeführten Teilchen während der Flugdauer in dem Plasmastrahl vollständig geschmolzen werden.

Aus der Zeitschrift »Metall«, 24. )ahrgang, 1970, Heft 8, S. 823 bis 825 und 827, ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, demgemäß die Teilchen während des Verweilens im Plasmastrahl geschmolzen werden, wobei das Schmelzen von der Art des Gases und der elektrischen Leistung abhängig ist. Aus der Zeitschrift »Metallkunde«, Band 59, 1968, Heft 1. S. 13 und 14, ist es bekannt, die Eingabe der Teilchen entsprechend dem Schmelzverhalten bzw. in Abhängigkeit des Schmelzpunktes zu variieren, da nämlich die Flugdauer für das Aufschmelzen der Teilchen im Plasmastrahl von Bedeutung ist. Durch die Regelung der Äustrittsgeschwindigkeit des Plasmastrahls unter Beliicksichtigung der Art des Plasmagases und der Leistung des Generators läßt sich ein Großteil der Teilchen eines den Belag bildenden Materials aufschmelzen. Jedoch ist es nach wie vor schwierig sicherzustellen, daß alle Teilchen, die auf die Unterlage zur Bildung eines Reibbelages auftreffen, tatsächlich vollständig bis zum Kern geschmolzen sind. Insbesondere befinden sich an der Außenzone des Plasmastrahls

ίο Teilchen, die durch den Plasmastrahl tangential mitgenommen worden sind, die jedoch nicht ins Innere des Plasmastrahls eingedrungen sind und somit vor dem Auftreffen auf die Unterlage nicht vollständig aufgeschmolzen sind. Hierdurch entstehen Inhomogenitäten bei dem Reibbelag auf der Unterlage.

In der DE-OS 18 02 377 sind Reibbeläge für Unterlagen beschrieben, deren Oberflächen gegeneinander gepreßt werden. Die Unterlagen sind beispielsweise für elektromagnetische Bremsen und.Kupplungen od. dgl. bestimmt. Hierbei werden mit Hilfe eines Plasmastrahles Teilchen aus Metall, einer Legierung oder Mischungen dieser Metalle und deren Verbindungen, wie Oxide und Carbide, die eine hexagonale Kristallstruktur aufweisen, aufgebracht. Der aufgebrachte Belag ist als Reibmaterial gut geeignet, wenn die Teilchen des den Belag bildenden Materials eine hexagonale Kristallstruktur aufweisen, deren Vernet-

zungsverhältnis - in der Nähe von 1,533 liegt, wobei mit

jo a der Abstand zwischen benachbarten Atomen in der gleichen Hcxagonalebene und mit c der Abstand zwischen zwei benachbarten Atomen in zwei benachbarten Hexagonalebenen bezeichnet ist. Die zur Bildung des Reibbelages auf der Unterlage aufgebrachten r> Materialien besitzen zusätzlich magnetische Eigenschaften, so daß derartige Beläge insbesondere für elektromagnetische Bremsen und Kupplungen geeignet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sicherzustellen, daß alle in den Plasmastrahl eingeführten Teilchen vor dem Auftreffen auf der Unterlage zur Bildung eines Reibbelages vollständig aufgeschmolzen werdet!. Insbesondere sollen die auf der Unterlage aufgebrachten Reibbeläge die ursprünglichen kristallographischen Eigenschaften des aufgebrachten teilchenförmigen Materials aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gase des Plasmastrahls und die tangential durch diesen mitgenommenen, nicht ins Innere des Plasnia-Strahls eingedrungenen und nicht vollständig aufgeschmolzenen Teilchen durch eine Gasbarrierc ausreichender Intensität, die quer zum Plasmaslrahl und zu der Bahn der Teilchen zwischen dem Austritt des Generators und der Unterlage angeordnet ist, vom Strahl der vollständig aufgeschmolzenen Teilchen getrennt werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht aufgrund der Erzeugung einer Gasbarriere, daß die Gase des Plasmastrahls und die tangential durch den Plasmastrahl mitgenommenen, nicht ins Innere desselben eingedrungenen und nicht vollständig aufgeschmolzenen Teilchen vom Plasmaslrahl, in dem vollständig aufgeschmolzene Teilchen enthalten sind, abgetrennt werden. Diese tangential durch den Plasmastrahl mitgenommenen Teilchen in der Außenzone besitzen keine ausreichende kinetische Energie zum Druchdringen der Gasbarricrc, so daß nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wirksam verhindert ist, duß nur teilweise

aufgeschmolzene Teilchen auf die Unterlage zur Tabelle Bildung eines Reibbelages gelangen. Ferner ist die Material

Intensität der Gasbarriere so bestimmt, daß der

Plasmastrahl mit den vollständig aufgeschmolzenen Teilchen ohne nennenswerte Ablenkung die Gasbarriere durchdringen k2nn. Der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung auf der Unterlage hesgestellte Reibbelag bildet sich also nur aus Teilchen, die im Plasmastrahl vollständig aufgeschmolzen sind. Somit wird durch das Verfahren gemäß der Erfindung gewährleistet, daß die auf der Unterlage aufgebrachten Reibbeläge in sich homogen und demzufolge frei von Stellen sind, die aufgrund von Inhomogenitäten unterschiedlche Verschleißeigenschaften aufweisen.

Vorzugsweise wird die Unterlage in einem Abstand von dem Austritt des Generators angeordnet, der größer als die Länge der Spitze des Plasmastrahls ist, und die Gasbarriere wird etwa in Höhe des Endes der Spitze des Plasmastrahles vorgesehen.

Insbesondere enthält das teilchenförmige, den Belag bildende, in den Plasmastrahl eingeführte Material Bestandteile, die bei der Aufschmelzung in dem Plasmastrahl Zusammensetzungen oder Legierungen mit einem hexagonalen Kristallsystem bilden. Hierdurch wird ermöglicht, daß bei relativ zueinander sich bewegenden Reibbelägen der Verschleiß an den beiden Oberflächen der Reibbeläge, die gegeneinander zu liegen kommen, wesentlich reduziert werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Jo

F i g. 1 ist eine schematische Ansicht in teil veise geschnittener Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung;

F i g. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Bauteils der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung; r>

Fig.3 ist eine vergrößerte Vorderansicht eines Ausschnitts der Vorrichtung gemäß F i g. 1;

F i g. 4 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme einzelner Teilchen des den Belag bildenden Materials;

F i g. 5 bis 7 sind elektronenmikroskopische Aufnahmen der Teilchen des den Belag bildenden Materials nach deren Einführung in den Plasmastrahl und einer anschließenden Abschreckung in einer Flüssigkeit;

F i g. 8 bis 11 sind elektronenmikroskopische Aufnahmen von Teilchen des den Belag bildenden Materials, 4^r> nachdem diese auf der Unterlage aufgebracht worden sind;

Fig. 12 und 13 sind Elektroncndiffraktionsbilder, die von den Kristallen des gebildeten Reibbeiages vor der Aussetzung einer Reibbeabspruchung erstellt sind;

Fig. 14 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen dem Vernetzungsverhältnis und dem Reibungskoeffizienten einer bestimmten Anzahl von Materialien mit hexagonalen Kristallstrukturen aufzeigt; τ,

Fig. 15 ist ein Diagramm, in dem die Veränderung des Reibiingskoffizienten in Abhängigkeit von der Temperatur der entsprechenden, den Belag bildenden Materialien aufgezeigt ist.

In Tabelle I sind Materialien, insbesondere Metalle t>o oder Metalloxide oder Carbide aufgeführt, die zur Herstellung eines Reibbehges geeignet sind. In dieser Tabelle ist auch das Vernetzungsverhältnis c/a angegeben, wobei mit c der Abstand zwischen zwei benachbarten Ebenen, die parallel zur Grundebene 0001 ns des Netzes liegen, und mit a der Abstand zwischen zwei nebeneinander in derselben F.bene liegenden Atomen bezeichnet ist.

c/a

Kobalt Magnesium

Neodym

Titan Wolfram (hexagonale Form)

Yttrium Nickel (hexagonale Form)

MoC

Mo₂C

NbC

Nb₂C

Ta₂C

WC

W₂C

V₂C

Cr₂O₃

TiO₂ 1,624

1,623

1.612

1,587

1,61

1,572

1,59

0,969

1,574

0,861

1.59

0576

1,578

139

2,761

1,246

Die Reibbeläge können aus diesen Materialien allein oder aus Mischungen der Materialien hergestellt werden. Ihnen können jedoch auch Materialien beigemengt werden, die selbst keiwe hexagonale Kristallstruktur aufweisen, und die in einem derartigen Mengenverhältnis zugegeben werden, daß die ursprüngliche hexagonale Kristallstruktur in den Phasen beibehalten bleibt. Derartige, nichthexagonale Maierialien sind beispielsweise Metalle, wie Molybdän, Chrom, Aluminium, Kupfer, Eisen, Nickel (nichthexagonal) und Niob, Carbide, wie B₄C, TaC, TiC, Cr₃C₂, VC, ZrC. oder Oxide, wie ZrO₂, Al₂O₃ usw.

Zur Herstellung von Reibbelägen mit magnetischen Eigenschaften, die insbesondere bei elektromagnetischen Bremsen und Kupplungen benötigt werden, werden bevorzugt zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften, beispielsweise von Kobalt, Neodym, Yttrium, Eisen oder Nickel in Anteilen zulegiert, so daß die so gebildeten Legierungen die ursprüngliche hexagonal Kristallstruktur des Kobalt beibehalten.

Anhand von F i g. 1 wird die Herstellung eines Reibbelages auf einer Unterlage 2 erläutert. Ein Generator 4 erzeugt einen Plasmastrahl 6. Mit Hilfe einer schematise!) mit 8 bezeichneten Einrichtung, wie z. B. einem Vibrationssieb, wird ein pulverförmiges Material, das den Reibbelag bildet, in den Plasmastrahl 6 in Höhe oder in der Nähe des Ausgangs 10 des Generators eingeführt.

Der Generator umfaßt einen Zentralblock 12, der über eine isolierende Halterung 14 die elektrische Isolierung zwischen dem Anodenbereich 16 und dem Kathodenbereich 18 bewirkt. Der Zentralblock weist einen Diffusor 20 auf, der über eine Leitung 22 mit Gas versorgt wird, wobei der Diffusor das Gas in die Bogenkammer 24 leitet. Weiterhin ist eine Anodenzuleitung 25 für die Stromleitung vorgesehen.

Der Generator umfaßt im übrigen einen hinteren Block 26, der mit dem Zentralblock 12 über Schrauben 28 aus isolierendem Material verbunden ist. Die Kathode 18, die vorzugsweise durch eine mit Thorium überzogene Wolframstange gebildet wird, ist in dem hinteren Block über ein Klemmfutter 30 und einen Futterhalteblock 32 befestigt, die eine relative Längsverschiebung der Kathode und der Anode ermöglichen. Eine Mutter 34 sichert durch Ausschaltung des Spieles in dem Gewinde einen guten elektrischen Kontakt, wenn einmal die Stcllum? der Kathode feslpeletrt ist

Schließlich nimmt der hintere Block die Kathodenleitung 36 auf.

Der Generator umfaßt schließlich einen vorderen Block, der mit dem Zentralblock über Metallschrauben 40 fest verbunden ist. Die Anode 16, die vorzugsweise aus Rotkupfer oder Kupfertellur besieht, ist in dem vorderen Block über einen Flansch 42 festgelegt.

Ein Kühlkreislauf 44, der über eine in der anodischen Leitung 25 enthaltene Leitung versorgt wird, ermöglicht eine Zirkulation von Wasser in Berührung mit der Anode 16, wobei das Wasser anschließend den Zentralblock und dann den hinteren Block durchströmt, wo es die Kathode kühlt, bevor es über eine Leitung in der kathodischen Leitung 36 abgezogen wird.

Die Anode 16 bildet vorzugsweise zugleich die Düse für das Piasma und weist auf an sich bekannte Art ein inneres Profil auf, das abhängig ist von der Art des Plasmas, das verwendet werden soll, und den Geschwindigkeiten und Temperaturen, die erreicht werden sollen. Eine oder mehrere Einlaufdüsen 46 der Pulvereinführungsleitung 8 münden in den Plasmastrahl in der Nähe des Ausgangs der Düse, d. h. in dieser oder außerhalb dieser, wobei das Pulver in der oder den Einlaufdüsen mit Hilfe eines austretenden Gases mitgenommen wird, das vorzugsweise dieselbe Zusammensetzung wie das Plasmagas aufweist. Die durch die Düse oder Düsen 46 in den Plasmastrahl eingeführten pulverförmigen Materialteilchen werden sodann durch den Plasmastrahl in Austrittsrichtung des Plasmastrahles mitgenommen.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Unterlage 2 ein Kupplungs- oder Bremsorgan mit ringförmigem Belag 48. Während des Auftragens wird der Belag um eine Achse 50 gedreht. Die Teile der Unterlage, die im Normalfall nicht durch das Überzugsmaterial bedeckt werden sollen, können während des Ablagerungsvorganges durch eine Abdeckung 51 abgedeckt werden, die schematisch in strichpunktierter Linie dargestellt ist.

Die Unterlage 2 wird vor dem Aufbringen des geschmolzenen Materials sandgestrahlt oder entsprechend behandelt, damit sie eine rauhe Oberfläche erhält, die die mechanische Verankerung des Reibbelages auf der Oberfläche erleichtert.

Die Austrittsgeschwindigkeit des Plasmastrahles 6 wird unter Berücksichtigung der Art des Plasmagases und der Leistung des Generators derart geregelt, daß die eingeführten Teilchen während der Flugdauer bis zur Spitze des Plasmastrahles vollständig geschmolzen werden. Eine Gasbarriere 52 ist quer zum Plasmastrahl und zu der Bahn der Teilchen zwischen dem Ausgang 10 des Generators und der Unterlage 2 angeordnet Die Intensität der Gasbarriere 52 ist derart bestimmt, daß die warmen Gase des Plasmastrahles, der die noch nicht völlig aufgeschmolzenen Teilchen des Materials mitführt, abgelenkt werden.

Vorzugsweise wird diese Gasbarriere etwa in Höhe des Endes 54 der Spitze des Plasmastrahles und senkrecht zur Richtung des Plasmastrahles vorgesehen.

Die Einrichtungen 56 zur Erzeugung dieser Gasbarriere können durch eine Blasdüse gebildet werden, die einen Gasblasspalt 56a aufweist Diese Blasdüse kann beispielsweise entsprechend Fi g. 2 ausgebildet sein und durch ein rohrförmiges Element mit Längsschlitz 56a gebildet werden, das durch eine nicht gezeigte Gasquelle, insbesondere mit Druckluft, versorgt wird. Die Wirkung dieser Gasbarriere besteht darin, daß das Gas des Plasmastrahles abgetrennt und das warme Gas abgelenkt wird, so daß die Erwärmung der Unterlage 2 während der Belagbildung verringert wird. Die Gasbarriere lenkt dabei die nicht geschmolzenen Teilchen ab, die in der Randzone des Plasmastrahls mitgenommen werden und eine relativ geringe kinetische Energie aufweisen. Im Gegensat/ dazu haben die völlig abgeschmolzenen Teilchen eine beträchtliche kinetische Energie und durchlaufen die Gasbarriere praktisch ohne Ablenkung.

Es hat sich gezeigt, daß das Schmelzen der Materialteilchen eine wesentliche Bedingung für die Erzielung eines Belages mit der gewünschten Kohäsion ist. Hierbei sollte insbesondere die Temperatur des Plasmagases durch die Regelung der Leistung des Generators entsprechend eingestellt werden.

Wichtig ist offenbar auch die mittlere Größe des Pulverteilchen. Wenn sie sehr klein sind, schmelzen sie und verflüchtigen sich vor dem Auftreflen auf der Unterlage 2. Wenn sie zu groß sind, können die Teilchen während der Flugdauer im Plasmastrahl nicht vollkommen geschmolzen werden.

Wenn beispielsweise ein Belag auf der Basis von Wolframkarbid W₂C, Kobalt und Eisen hergestellt werden soll (die jeweils bei 2850, 1495 und 1100⁰C schmelzen), kann man das Wolframkarbid über das Innere der Düse einführen, das Kobalt dagegen über die Düse 46a im Abstand von 1 mm und das Eisen über eine Düse 466 (F i g. 3) im Abstand von 3 mm von dem Ende der Düse.

Eine gasförmige Umhüllung 57 kann durch ein Gasstrahlsystem 58 erzeugt werden, das in der Nähe des Ausganges 10 des Generators (oder der Düse 16) vorgesehen ist.

Dieses System, das durch neutrales Gas versorgt wird, weist vorzugsweise eine ringförmige Austrittsöffnung oder eine Anzahl von Austrittsöffnungen 59 auf, die in einer ringförmigen Scheibe vorgesehen sind, die den Ausgang des Plasmastrahles umgibt

Der Schutz des Plasmastrahles wird weiterhin dadurch stark verbessert, daß eine Hülse 60 den Plasmastrahl umgibt und eine Öffnung 60a aufweist, die dem Düsenausgang gegenüberliegt wobei diese Hülse Einrichtungen zur Kühlung (schematisch unter Bezugsziffer 61 dargestellt) aufweist die insbesondere eine zwangsgesteuerte Wasserzirkulation ausnutzen.

Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform kann man in einem dichten Behälter arbeiten, den man leergepumpt und mit einem Inertgas, wie Argon, gefüllt hat Das Verfahren kann auch im Vakuum durchgeführt werden.

Die F i g. 4 bis 7 sind elektronenmikroskopische

so Aufnahmen, die die Struktur von abgeschreckten Kugelteilen 63 zeigen, die im Plasmamaterial erschmolzen werden sind.

Das Material, aus dem die in den Fig.5 bis 7 sichtbaren Kugelteilchen gebildet werden, ist Chromoxid Cr^j. Fig.4 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme der ursprünglichen Teilchen 64 dieses Chromoxids, die durch ein laniellenförmiges Aussehen gekennzeichnet sind, das auf die ursprüngliche hexagonale kristalline Struktur zurückgeht Nach dem Schmelzen im Plasmatrahl und der Verfestigung durch Abschrecken in Wasser verlieren die Teilchen, die etwa ihre mittleren Abmessungen beibehalten, das lamellenförmige Aussehen und bilden kleine Facetten 66, wenn sie richtig erschmolzen sind In Fi g. 7 ist ein Teilchen 68 dargestellt das nicht richtig erschmolzen ist Dieses Teilchen zeigt starke Brüche und Sprünge. Man erkennt insbesondere unter der Bezugsziffer 70 die Bereiche dieses Teilchens, die nicht geschmolzen sind da sie ihr

ursprüngliches lamellenförmiges Aussehen beibehalten haben. Beläge, die aus solchen Teilchen gebildet werden, ermöglichen nicht die gewünschte Kohäsion.

Die nach dem Verfahren hergestellten Beläge weisen bei richtigem Schmelzgrad der Tröpfchen ein charakteristisches Aussehen auf. Eine systematische Untersuchung hat gezeigt, daß die Oberfläche des Belags nicht körnig ist. Die Kügelchen des geschmolzenen Materials überdecken einander und fließen über die Oberfläche des Belags. Elektronenmikroskopische Aufnahmen solcher Beläge sind in den F i g. 8 bis 11 dargestellt. Die verfestigten Teilchen sind praktisch frei von Spalten und weisen die Konturen 72 auf, die im ganzen gleichmäßig sind. Die verfestigten Teilchen überlappen einander. Eine Anlyse des Belags mit Hilfe von Ultraschall zeigt keine Kohäsionsfehler auf der Fläche zwischen der Unterlage und dem Belag.

Fig. 12 zeigt insbesondere ein elektronisches Diffraktionsbild, das von einem Kristall aus der Oberfläche eines erfindungsgemäßen Belages vor dem Reibeingriff erstellt worden ist. Die Verteilung der Lichtpunkte bei der Aufnahme entsprechend regelmäßigen Sechsecken zeigt die Orientierung dieses Kristalles entsprechend seiner 0001-Grundebene. Fig. 13 zeigt ein elektronisches Diffraktionsbild, das von demselben Kristall nach einer bestimmten Anzahl von Reibbeanspruchungen erstellt ist. Dieses letztere Bild läßt eine der Pyramidenebenen der Kristallstruktur erkennen. Unter der Reibwirkung ist der Kristall einer plastischen Verformung unterworfen worden, die an die Stelle der ursprünglichen Gleitebene 0001 eine Pyramiden-Gleitebene gesetzt hat. Das Abtragen von Oberflächen-Mikrofragme^ten des Belages stellt nur eine letzte Stufe des Verschleißprozesses dar, die nur eintritt, wenn der Belag zu hart geworden ist. Diese plastischen Verformungen finden nur auf der Oberfläche statt.

Es hat sich gezeigt, daß wenigstens in erster Näherung bei hexagonalen Materialien eine Beziehung zwischen ihrem Vernetzungsverhältnis c/a und ihrem Reibungskoeffizienten besteht. Diese Beziehung ist in F i g. 14 aufgezeigt, in der die Werte der Reibungskoeffizienten F (Ordinate) der verschiedenen hexagonalen Materialien in Abhängigkeit von ihrem Vernetzungsverhältnis (Abszisse) dargestellt sind.

Die Messungen erfolgten im Hochvakuum (10-" Torr) mit Hilfe von zwei belegten Scheiben, die unter einer Drucklast von 5 kg/cm² und bei einer relativen Geschwindigkeit von 1 m/s miteinander in Reibschluß standen. Aus dieser Fig. 14 geht hervor, daß die Materialien mit einem Vernetzungsverhältnis c/a um 1,61 bis 1,63 einen besonders niedrigen Reibungskoeffizienten aufweisen, aus dem sich ein minimales Risiko eines Fressens im Laufe der Reibung der entsprechenden Belange gegeneinander ergibt.

Als Beispiel diene eine Zusammensetzung aus

Chromoxid Cr₂O₃ (^= 2,761), Kobalt (^= 1,624) und Wolframkarbid W₂C (^= 1,578)

mit den in der folgenden Tabelle II angegebenen Mengenverhältnissen, die ein Verhältnis - von etwa

1,633 aufweist Im übrigen erhöht in dieser Zusammensetzung das Chromoxid, das hart ist, die Berührungsfestigkeit, während das weichere Kobalt die Vibrationen ausgleicht und die Rolle eines Schmiermittels übernimmt

In der nachstehenden Tabelle sind bevorzugte Materialien zur Bildung eines Belages angegeben. In den Spalten sind die jeweiligen Prozentsätze der Zusammensetzung angegeben, die sich in den Zeilen zu der Gesamtzusammensetzung addieren.

Tabelle	10	75	II	Cr₂O₃	Cr₃C₂	Mo	Ni
Co	is 65	CW₂	%	(oder Cr)	%	%
75	(oder C W)			25
15
70	35		25
70			15
20 45	70		15
50	15		17	13
6				29	35
14			20	10	20
10		70
24	30
56	50
40

Vorzugsweise weisen die belagbildenden Materialien einen ausreichend hohen Umwandlungspunkt des Kristallgefüges auf, damit nicht während des Reibungsvorganges eine Umwandlung erfolgt.

Diese Auswirkung des Umwandlungspunktes einer Zusammensetzung auf Kobaltbasis wird durch die Kurven der Fig. 15 verdeutlicht, die die Veränderung des Reibkoeffizienten F(Ordinate) in Abhängigkeit von der Temperatur (°C, Abszisse) für die Beläge zweier in Reibeingriff stehender Scheiben wiedergeben, deren eine feststeht, wobei auf die Scheiben eine Last von 5 kg/cm² bei einer relativen Geschwindigkeit von 1 m/s unter einem Vakuum von 10-" Torr einwirkt. Die Temperatur wird mit Hilfe eines Thermoelements

•Ό gemessen, das in unmittelbarer Nähe der Reiboberfläche der feststehenden Scheibe angebracht ist.

Die Kurve A bezieht sich auf die Veränderungen des Reibungskoeffizienten unter diesen Bedingungen bei einem Belag, der aus 70 Gew.-% Kobalt und 30 Gew.-% Wolframkarbid W₂C besteht.

Die Kurve B bezieht sich auf die Reibeigenschaften eines Belages, der aus 60 Gew.-% Kobalt, 20 Gew.-% W₂C und 20 Gew.-°/o Molybdän besteht.

Diese beiden Zusammensetzungen besitzen normalerweise eine Hexagonalstruktur. Wie aus der Figur hervorgeht, unterliegt der Reibungskoeffizient einer plötzlichen Veränderung bei einer Temperatur von etwa 470⁰C für die Zusammensetzung COAV₂C (Kurve A) und bei einer Temperatur etwas oberhalb von 800⁰C

für die andere (Kurve B). Diese Veränderungen des Reibungskoeffizienten fallen mit der Umwandlung der hexagonalen Struktur in eine kubische Struktur zusammen. Die Beläge weisen nach einer Abkühlung wieder die ursprünglichen geringen Reibungskoeffizienten auf.

Die Kurven der F i g. 15 zeigen die Wirkung des Molybdäns auf den Umwandlungspunkt einer Zusammensetzung aus Kobalt und Wolframkarbid W₂C Sie verdeutlichen im übrigen, daß die Reibungskoeffizienten von Zusammensetzungen mit kubischen Strukturen wesentlich höher liegen, so daß kein gleichmäßiger und zunehmender Eingriff ohne Fressen der in Reibeingnff stehenden Oberflächen ermöglicht wird.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel angegeben. Die Unterlage wurde zuvor sandgestrahlt, und dann wurde ein Belag aufgebracht.

Die Bestandteile der Zusammensetzung werden in den Plasmastrahl auf drei Arten'eingeführt:

— Einführen einer Pulvermischung,

— getrenntes Einführen der Bestandteile,

— Einführen einer zuvor hergestellten Zusammensetzung.

Der Durchmesser der Austrittsöffnung der Anodendüse 16 des Plasmagenerators beträgt 6 bis 10 mm;
der Abstand der Unterlage vom Ende der Spitze der Piasmafiamme liegt in der Größenordnung von 5 cm;
Zusammensetzung des Plasmagases: Mischung Argon/ Wasserstoff oder Argon/Stickstoff oder Stickstoff/ Wasserstoff; beispielsweise Mischung Ar/H2 im

Verhältnis von 75 I Argon und 16 I Wasserstoff;
Durchsatz des Plasmagases:

75 l/min Ar,

16 l/min H₂;
Austrittsgeschwindigkeit der Teilchen:

100 bis 500 m/s;
Leistung:

24 bis 28 kW (z. B. 310 A bei 80 V oder 620 A bei 45 V oder 800 A bei 30 V);

mittlere Teilchengröße des in den Plasmastrah¹ eingeführten Pulvers:

stündliche Gewichtsmenge des in den Plasmastrahl eingeführten Pulvers:

500 bis 1000 g/h;

Zufuhrdruck des Gases in dem Organ 56 zur Erzeugung der Gasbarriere 52:

3 bar;
Durchsatz des Gases in der Gasbarriere:

30 bis 50 mVh;
Gas für Gasmantel 57:

Argon
Durchsatz durch die Düse 60:

5 bis 15 l/h.

Die Dauer der Bildung eines Belages schwankt zwischen einigen Sekunden und einigen Minuten, je nach der gewünschten Dicke des Belages, wobei diese Dicke zwischen einigen Hundertsteln und einigen Zehnteln eines Millimeters liegt.

Das zuvor beschriebene Beispiel ist vor allem auf die Herstellung von Überzügen aus Materialien mit hexagonaler Kristallstruktur gerichtet. Das Verfahren ist jedoch auch auf die Herstellung von Belägen aus beliebigen anderen Materialien anwendbar. Es ist auch besonders vorteilhaft auf die Herstellung von Belägen aus mehreren Schichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung oder von Belägen, deren Zusammensetzung sich ändert, anwendbar. Die Beläge können insbesondere leicht hergestellt werden, wenn mehrere Pulverdüsen 46, 46a, 466 usw. mit regelbaren Zufuhrdurchsätzen verwendet werden, die alternativ oder zusammen eingesetzt werden können, wobei die Zufuhr bei einigen unter ihnen im Laufe des Vorganges eingeschaltet oder unterbrochen werden kann.

Das Verfahren ist insbesondere vorteilhaft, wenn es darum geht, Reibungsoberflächen insbesondere auf Zusatzankern für elektromagnetische Kupplungen oder Bremsen vorzusehen, wobei diese Reibungsoberflächen einerseits möglichst günstige Reibungseigenschaften beim Eingriefen des Zusatzankers aufweisen müssen, andererseits zur Schließung des magnetischen Kreises beitragen sollen.

Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, daß die Beläge eine hohe Verschleißfestigkeit im Vergleich zu den bekannten organisch-metallischen Materialien bieten und daß sie unter sehr hohen Temperaturen ohne eine Gefahr der Zerstörung eingesetzt werden können.

JO Die Reibungsbeläge können ebenfalls ohne Zerstörung in korrodierender Atmosphäre und in fetthaltigen Atmosphären, z. B. in Öldunst, arbeiten. Die Verringerungen des Reibungskoeffizienten, die im letzteren Falle gelegentlich beobachtet werden können, sind nur zeitlich begrenzt und geringfügig. Die Erwärmung der Belagoberflächen während dieser verringerten Kupplungswirkung führt zu einem Zerplatzen der ölblasen zwischen den Reibflächen und damit zu einer schnellen Rückkehr der ursprünglichen Klemm- oder Bremswirkung. Die Reibbeläge der vorliegenden Erfindung werden daher nicht durchtränkt.

Allgemein ist die Erfindung auf Motorbremsen und elektromagnetische Kupplungen und Bremsen, auf drehende, trockene oder geschmierte Reibverbindungen, auf die Segmente und Statoren von Drehsystemen (Rotations-Verbrennungsmotoren, Kompressoren, Vakuumpumpen usw.), Reibungs-Ausgleichskupplungen, Fahrzeugbremsen, auf Reibbeläge für Hochvakuumteile usw. anwendbar.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages auf Unterlagen, wie Bremsen, Kupplungen od. dgl, gemäß dem Teilchen eines den Belag bildenden Materials in einen auf die Unterlage gerichteten Plasmastrahl eingeführt werden, der Einführungsbereich der Teilchen in den Plasmastrahl in Abhängigkeit von ihrem Schmelzpunkt bestimmt und die Austrittsgeschwindigkeit des Plasmastrahles so geregelt wird, daß unter Berücksichtigung der Art des Plasmagases und der Leistung des Generators die eingeführten Teilchen während der Flugdauer in dem Plasmastrahl vollständig geschmolzen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase des Plasmastrahles und die tangential durch den Plasm&ätrahl mitgenommenen, nicht ins Innere des Plasmastrahles eingedrungenen und nicht vollständig aufgeschmolzenen Teilchen durch eine Gasbarriere ausreichender Intensität, die quer zum Plasmastrahl und zu der Bahn der Teilchen zwischen dem Austritt des Generators und der Unterlage angeordnet ist, vom Strahl der vollständig aufgeschmolzenen Teilchen gelrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage in einem Abstand von dem Austritt des Generators angeordnet wird, der größer als die Länge der Spitze des Plasmastrahles ist, und daß die Gasbarriere etwa in Höhe des Endes der Spitze des Plasmastrahles vorgesehen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Plasmastrahl eingeführten Teilchen des den Belag bildenden Materials Bestandteile enthalten, die bei der Verschmelzung mittels des Plasmastrahls Zusammensetzungen mit einem hexagonalen Kristallsystem bilden.