DE3242543C2 - Layer material with a functional layer made of a metallic suspension alloy applied to a metallic carrier layer and a method for its production - Google Patents

Layer material with a functional layer made of a metallic suspension alloy applied to a metallic carrier layer and a method for its production

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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.-%.When producing layer material with a functional layer applied to a carrier layer, which is composed of at least two different substances, the functional layer being applied by plasma spraying a powdery mixture of the substances forming the functional layer or a material containing the functional layer, for example a wire-shaped composite material , the composition of the functional layer is reproducibly and precisely varied in that the functional layer is applied by successive plasma spray passes with different compositions of the powdery mixture or the composite material containing the substances forming the functional layer. One substance can be sprayed on starting from a maximum proportion, for example 100%, with decreasing proportions up to a minimum proportion and the second substance or a second group of substances with a minimum initial proportion and increasing proportions up to a maximum proportion. Preferred example, application of a sliding layer made of aluminum-lead suspension alloy with an initial aluminum content of 100% and a final lead content of 15 to 40% by weight, preferably 20% by weight.

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.The invention relates to layer material, in particular for sliding or friction elements, with a metallic one Support layer applied functional layer or sliding or friction layer, made of metallic suspension alloy, such as aluminum-lead suspension alloy, with the ratio of the alloy components varied over the thickness of the functional layer. The invention also relates to a method for producing such a layer material.

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 schwerereFrom GB-PS 10 83 003 it is known to store materials, d. H. Layered materials by hot spraying of materials forming the functional layer onto one Manufacture carrier body. When the functional layer is built up from metals with very different specificities Weight, such as aluminum and lead, should be such components with separate spray devices Injected into overlapping or at least overlapping areas of the carrier body surface will. You can according to this when spraying on a moved past the spray devices, band-shaped carrier the spraying areas for the various metals spraying spray devices arrange so that in a first surface area in the direction of travel only metal with less specific weight, for example aluminum, is sprayed on. In an essential part of the overall area occupying middle surface area overlap the spraying area for the easier Material and the heavier material, i.e. for aluminum and lead. In a small last one in the walking direction Area then only becomes the heavier one

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, beispielsweiseb5 metal, for example lead, sprayed on. This results in that the functional layer is in its surface the thickness area adjacent to the carrier body is essentially made of the lighter metal, for example

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.Aluminum, while being close to the free, is made up of However, there is a noticeably increased content of heavier metal, for example lead, on the surface no pure lead layer should be formed.

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. This well-known way of working leaves only a certain amount Vary the composition in the two outer thickness ranges of the functional layer. Within the The actual functional layer has a composition that is practically constant over the entire thickness.

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.Numerous other layer materials and processes for their production have also become known which metal together with other material to form a functional layer on a carrier material is sprayed This is done with the help of known spraying methods, such as. B. flame, plasma or arc spraying. So it is for example from DE-OS 28 50 210 and DE-OS 28 50 288 the application of a Heat protection layer made of oxide mixtures on a base layer made of nickel-chromium alloy is known Both layers should be applied one after the other and separately from one another with the help of plasma spraying processes but no composition variation is envisaged within these two layers From US-PS 30 20 182 is also known a seal by spraying molten metal in a gradually increasing proportion and molten ceramic material in a gradually reduced proportion to train. From US-PS 30 91 548 the application of a high temperature protective layer is known in which several layers with different levels of resistance on high-temperature-resistant component attached one on top of the other will. Finally, from US-PS 33 40 084 the spraying of an aluminum and graphite particles formed layer known, but with regard to the graphite are not generated by plasma spraying can.

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. In all of these made of metal together with other material, in particular ceramic material or Graphite, built-up functional layers is a heterogeneous structure inside the functional layer.

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.In contrast, it is the object of the invention to provide a layer material with a functional layer made of metallic Suspension alloy with such a layer structure which is adapted to the intended application of the coating material over the thickness of the functional layer provided variation of the composition over the whole Layer thickness should extend. The layer material should be precisely reproducible in a manner that is easy to understand manufactured can throw.

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.According to the invention, this object is achieved in that the proportion increase in at least one of the alloy components of the suspension alloy with increasing distance from the carrier layer within the Functional layer runs continuously up to a predetermined maximum proportion.

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 verspanntThis ensures that the functional layer has a uniform metal structure on its binding side to the substrate has, with which optimal binding conditions can be achieved. Within the functional layer the continuous course of the increase in the proportion of one of the alloy constituents results in a continuous one Variation in the composition of the suspension alloy. without any noticeable stratification within the Functional layer can occur. The alloy constituents of the suspension alloy are therefore in all Areas of the functional layer with each other with optimal adhesion mechanisms for the respective suspension alloy bound and mechanically clamped and braced together

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 a preferred embodiment of the invention, the functional layer is a sliding layer made of aluminum-lead suspension alloy, which consists of pure aluminum in the vicinity of the carrier layer and at as the distance from the carrier layer increases, the proportion of lead from the carrier layer increases remote side 15 to 40 wt .-%, preferably at 20 wt .-%, contains lead according to the invention The sliding layer made up of an aluminum-lead suspension alloy has advantageous tribological properties on, as they did with previously known sliding layers made of comparable aluminum-lead suspension alloy were not available.

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.In another embodiment of the invention, the functional layer is a corrosion protection layer in the vicinity of the carrier layer is formed solely from pure aluminum and at a distance of of the carrier layer increasing lead content on the side remote from the carrier layer into one made solely of lead formed surface layer passes.

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. The production method of the functional layer of the layer material according to the invention can be based on a fixed Plasma spraying device is carried out on prepared workpieces that are also fixed in place will. For this purpose, the composition can be adjusted by means of suitably controlled charging devices of the added alloy components continuously change during the build-up of the functional layer.

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.However, a material according to the invention is preferred for the production of the layer material according to the invention To use a method in which it is also assumed that the functional layer is produced by plasma spraying a powdery mixture of the substances forming the functional layer or one of the functional layer Forming substances containing, for example wire-shaped, composite material applied will. According to the invention, in this method the application of the functional layer is carried out in a chronological sequence several plasma spray coats with one of the desired composition variations Varying the composition of the plasma spraying corresponding to the thickness of the functional layer supplied powdery mixture of the substances forming the functional layer or under the respective desired composition variation over the thickness of the functional layer according to use of the substances forming the functional layer in modified compositions Executed composite material.

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 magj5 The chronological sequence of several plasma spray coats appears to be complex at first. However, the method according to the invention allows the application the functional layer in continuous passing a plurality of plasma spray devices carry out. The layer structure achieved by the method according to the invention is particularly notable high evenness with continuous transition between zones of different composition the suspension alloy. This likes

b5 darauf zurückzuführen sein, daß beim Plasmaspritzen mit geschmolzenen Teilchen der die metallische Suspensionslegierung bildenden Bestandteile mit solcher Wucht in die aufzubauende Funktionsschicht getragenb5 can be attributed to the fact that during plasma spraying with molten particles of the constituents constituting the metallic suspension alloy with such Impact carried into the functional layer to be built up

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.that when the alloy composition is changed Particles are partially shot into a certain depth of the already built up layer part, and thereby blurring the transition to the order from the previous plasma fungus duct, i.e. continuous Transitions and somil overall a structure of the functional layer made of metallic suspension alloy makes achievable, in which the increase of an alloying component can be viewed as continuous.

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. A particular advantage of the process according to the invention is that it is suitable for the production of Layer material with functional layers made of suspension alloy of various types can be used. The inventive Process also offers a wide range of variation. For example, the one substance or the a group of the substances forming the suspension alloy with a high initial content and in later plasma spray processes be provided with lower proportions, while a second substance or a second group of Substances of the suspension alloy with a lower initial proportion and in later plasma spray processes with increased proportions is supplied. You can also add a third substance or a third group of in the Functional layers to be introduced with all plasma spray coats Add in practically the same proportions. One substance or one group of Substances can be reduced to zero for the last plasma spray pass or the last plasma spray pass reduce in the mixture. On the other hand, the second substance or the second group of substances for the last Plasma spray coats or the last plasma spray coats with an initial proportion of zero can be provided.

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. Substances with a lower evaporation temperature are preferred in the process according to the invention Introduce a larger particle size than the substances with a higher evaporation temperature into the powder mixture. For the application of aluminum-lead suspension alloys as functional layers, especially in connection with the production of a layer material for the production of sliding or friction elements can be provided in the inventive method that a mixture of aluminum powder for plasma spraying and lead powder with the functional layers between, depending on the intended structure Initial proportions and final proportions of varied mixture composition be used in which as aluminum powder with particle size <100 μm, preferably 50 to 100 μm and as lead powder with particle size > 40 μm, preferably 80 to 100 μm, are present.

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 The choice of plasma spraying when processing the low-melting materials aluminum and lead, which lead to the structure according to the invention , instead of a thermokinetic plating process such as flame spraying or arc spraying, is made clear by the fact that low-melting metals such as aluminum and lead are used during processing Plasma spraying results in extremely dense and almost pore-free layers, which has a positive effect on the strength of the sprayed layer

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. The powder supply aluminum and lead into a flame, whose temperature can be> 15 000 ° C, at an evaporation temperature of about 2060 ° C for aluminum and an evaporation temperature of 1740 0 C for lead is only useful if the dwell time is short, so that these powder particles are accelerated and, depending on the choice of the spray area, hit the substrate with high energy either in a molten state or in a doughy state. On the substrate by rapid cooling, which in addition to nical me r> Verklanimcrung tensions in Spritztcil- ".hcn occurs causing the adhesion mechanisms whereby largely be explained.

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.The strived for according to the invention layered structure is achieved in that after preheating the ίο substrate surface by the plasma flame the actual .Layer structure is applied. This takes place in the form that after the preheating of the substrate surface initially only one substance or one group of substances, for example aluminum in a specific one Amount per unit of time is conveyed to the flame. After a number of spray passes and reaching A desired layer thickness, the proportion or the amount of powder of the first substance can be reduced or be kept constant while at the same time the second substance, for example lead, in a certain Amount per unit of time is conveyed into the plasma flame. This process can take place after a Repeat any number of spray passes, whereby the proportions of the first fabric by that of the second Substance can be supplemented or added up to the layer structure or up to a final layer Achieving the total thickness, for example 80 weight parts aluminum and for storage purposes Contains 20 parts by weight of lead. A similar layer structure with a continuous transition to higher proportions of another material component is recommended is suitable for use under tribological conditions and is not based on any of the previously known processes can be produced in a similarly targeted manner with a continuous transition.

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 The alloy constituent with a proportion increasing at a distance from the carrier layer can change into a maximum proportion of practically 100% on the side of the functional layer remote from the carrier layer. In the example of the suspension alloy containing aluminum and lead, this would mean that, after initially 100% aluminum, its composition is then present with 100% lead as the top layer. Such a structure would be suitable for use as a component such. B. plain bearings, less suitable. For this purpose, the functional layer is preferably built up as a sliding layer essentially made of aluminum-lead suspension alloy in such a way that it consists of pure aluminum in the vicinity of the carrier layer and 15 to 40% by weight, preferably 20% by weight, on the side remote from the carrier layer .-% lead enihäii. Functional layers, which pass on its free surface in a top layer of 100% lead are, but then of great interest when it comes to construction parts to perform corrosion-resistant, be a technical Aufga present in the chemical industry often

Zum Erreichen des erfindungsgemäßen Schichtaufbaus ist eine Pulverfördereinrichtung von besonderem Vorteil, die wie folgt funktioniert:In order to achieve the layer structure according to the invention, a powder conveying device is particularly important Advantage that works like this:

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 GasPowder is mechanically produced by, for example, a paddle wheel through a connection to the plasma flame promoted whereby the mechanical operation is supported by a carrier gas. This carrier gas takes under certain specified gas pressure and 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 vonflow the powder particles to the flame. For each one too Processing powders, such a facility is required, so that the number of means of plasma spraying simultaneously processed powder depends on

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.the number of available funding facilities, there being a further variant of the invention Process is em powder or all to be processed Additionally mixing powder with others before processing, d. H. before filling into the Mixing conveyor. Furthermore, it is of course possible, not just powder mixtures. but also alloy powder to process. So z. B. Aluminum with the alloy components typical of aluminum be provided. The same applies to lead, which is also in if it can be alloyed.

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.The particle shape of the mixture to be used for thermokinetic plating in the context of the invention or the alloy or powder should preferably be spherical. Such a spherical particle shape is to give preference to spattered or club-shaped particle shape.

Als Piasmagas für den thermischen Spritzvorgang kann sowohl Stickstoff als auch Argon verwendet werden, wobei als Sekundärgas jeweils Wasserstoff Verwendung findet.Both nitrogen and argon can be used as piasmagas for the thermal spray process, hydrogen being used as the secondary gas in each case.

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.The spray distance between the nozzle and the substrate to be coated should be 100 to 150 mm, preferably 125 ± 5 mm. Even slight differences in distance - with otherwise constant parameters - influence the layer quality to a considerable extent. With the method according to the invention is an optimal bond of the sprayed layer on the selected carrier material with a continuous Transition to the desired composition of the final layer d. H. the surface layer of the functional layer achieved.

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.The continuous coating process of the substrate takes place in such a way that the plasma flame is fed with the predetermined amount of powder of each powder and the preheated substrate to be coated is coated by the plasma flame moving past the substrate. Moreover, it is equally feasible to attach the plasma flame stationary and the substrate to the plasma flame BY- move w.

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). The sequence of movements is such that the entire substrate surface that is to be coated is traversed by the plasma flame in a traverse shape, at a constant vertical and horizontal speed of 500 mm / s. As many spray passes, ie cycles, can take place here until the desired spray layer thickness is achieved. After each transition, the composition of the spray layer can be varied by changing the amount of powder that is fed into the plasma flame. The coating material produced in this way does not have to be subjected to any additional compaction after the coating process, since the sprayed layer obtained by means of [plasma flame spraying process is almost pore-free <5% pore volume).

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. A modification of the method according to the invention can be made in that the powder to be introduced into the plasma flame is compressed into a solid body after its Ver isch and introduced into the plasma flame as an erbundmaterial in the form of a pressed solid Kör , for example a wire-shaped body.

Ein Ausfuhrungsbeispiel für einen gemäß der Erfindung hergestellten Schichtwerkstoff wird im folgendenAn exemplary embodiment of a layer material produced according to the invention is shown below hand der Zeichnung näher erläutert.hand of the drawing explained in more detail.

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. The drawing is an enlarged sectional view of a layer material according to the invention with Stahlkör by as a carrier layer and a functional layer made of Al-Pb suspension alloy, the transition from aluminum to Al-Pb suspension alloy of the desired composition being carried out continuously.

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.A steel strip 1 has been pretreated on its surface 2 to be coated by blasting in order to To be applied functional layer to offer a surface free of contamination, which due to their Shape partially offers the possibility of mechanical bracing.

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.A coating 3 has been applied by a plurality of plasma spray passes, which essentially is formed from aluminum component 4 and lead component 5. A steel was used as the carrier material DIN 1623 of 1.5 mm thickness used. The base spray layer 6 consists of Al 99.5. The other on it spray coating 7 which builds up has a continuously increasing proportion of lead up to a ratio of 80% by weight aluminum and 20% by weight lead.

Beispiel 1example 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. The aluminum powder used had a predominantly spherical particle shape with one grain size of 100%> 40 μΐη. The grain size range of the used Lead was 100%> 50 μΐη, also with one preferred spherical design of the powder particles.

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.The primary gas used was nitrogen at a pressure of 3.5 bar and a gas flow of 150 l / min. as Secondary gas was hydrogen at a pressure of 3.5 bar and a flow of 10. The performance the plasma system was kept constant at 30 kW. It was at the beginning of the injection process with 40 g / min. Aluminum worked. This amount of powder was not changed until the last spray pass. After expiration of the third spray pass, lead and aluminum were conveyed separately to the plasma flame until after when the desired thickness had been reached, the proportion of lead had risen to 20% by weight.

Beispiel 2Example 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.The procedure was carried out as in Example 1, but argon was used as the plasma gas, i.e. H. as primary gas used. The primary gas pressure was 6.9 bar. The gas flow 150. Hydrogen was used as the secondary gas with a pressure of 3.5 bar with a gas flow of 5 l / min.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: 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 verläuft1. Layer material, especially for sliding or Friction elements with a functional layer or a functional layer applied to a metallic carrier layer. Sliding or friction layer, made of a metallic suspension alloy, such as aluminum-lead suspension alloy, with over the thickness of the functional layer varied ratio of the alloy components, characterized in that the proportion increase of at least one of the alloy components with increasing distance from the carrier layer (1) runs continuously within the functional layer (3) up to a predetermined maximum proportion 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.2. Layer material according to claim 1, characterized in that the functional layer (3) has a The sliding layer is made of aluminum-lead suspension alloy, which is in the vicinity of the carrier layer (1) consists of pure aluminum and, with increasing distance from the carrier layer (1), the bid portion of that from the carrier layer (1) increases remote side 15 to 40% by weight, preferably at 20% by weight, contains lead. 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. 3. Layer material according to claim 1, characterized in that the functional layer (3) is a corrosion protection layer which is formed in the vicinity of the carrier layer (1) solely from pure aluminum and with increasing lead content with the distance from the carrier layer (1) the side remote from the carrier layer (1) merges into a surface layer formed solely from lead. 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 bildenden4. A method for producing layer material according to any one of claims 1 to 3, in which the functional layer is applied by plasma spraying a powdery mixture of the substances forming the functional layer or a material containing the functional layer, for example wire-shaped, composite material, characterized in that the application of the functional layer by the chronological succession of several plasma spray coats with one of the desired composition variations over the thickness of the functional layer corresponding variation of the composition of the powdery mixture fed to the plasma spraying of the substances forming the functional layer or with the respectively desired composition variation over the thickness of the functional layer corresponding use of those forming the functional layer • Stoffen in abgewandelten Zusammensetzungen enthaltendem Verbundmaterial ausgeführt wird.• Composite material containing substances in modified compositions is carried out. 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.5. The method according to claim 4, characterized in that the one substance or a group of the suspension alloy-forming substances with a high initial proportion and in later plasma spray processes is provided with lower proportions, while a second substance or a second group of substances of the suspension alloy with a lower initial proportion and in later plasma spray processes is supplied in increased proportions. 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.6. The method according to claim 5, characterized in that a third substance or a third group of substances to be introduced into the functional layer in all plasma spray coats in the same proportions is fed. 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. 7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the one substance or the group of substances for the last plasma spray or the last plasma spray is reduced to zero in the mixture. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7,8. The method according to any one of claims 5 to 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.characterized in that the second substance or the second group of substances for the first plasma spray pass or the first plasma spray passes is provided with an initial component of zero. ίο 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8,ίο 9. The method according to any one of claims 4 to 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffe mit geringerer Verdampfungstemperatur in größerer Teilchengröße als die Stoffe mit höherer Verdampfungstemperatur in das Pulvergemisch eingeführt werden.characterized in that the substances with a lower evaporation temperature are introduced into the powder mixture in a larger particle size than the substances with a higher evaporation temperature. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9,10. The method according to any one of claims 4 to 9, zur Erzeugung eines Schichtwerkstoffes mit Funktionsschicht aus Aluminium-Blei-Suspensionslegierung, insbesondere zur Erzeugung von Schichtwerkstoff für die Herstellung von Gleit- oder Reibele-for the production of a layer material with a functional layer made of aluminum-lead suspension alloy, in particular for the production of layer material for the production of sliding or friction elements 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- ments, characterized in that, for plasma spraying, mixtures of aluminum powder and lead powder with a mixture composition varied between initial and final proportions according to the intended structure of the functional layer. 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.composition can be used in which the aluminum powder with particle size <100μη \ preferably 50 to 100 μm and the lead powder with particle size > 40 μm, preferably 80 to 100 μm, are present.
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