DD300691A5

DD300691A5 - Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Alpha-Al[ind2]O[ind3]-Kompositschichten

Info

Publication number: DD300691A5
Application number: DD337576A
Authority: DD
Inventors: Guenter Pursche
Original assignee: Karl Marx Stadt Tech Hochschul
Priority date: 1990-02-05
Filing date: 1990-02-05
Publication date: 1992-07-02
Also published as: DE4102590A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium- a -Al ind 2 O ind 3-Kompositschichten und findet vorzugsweise im Maschinen- und Fahrzeugbau Anwendung. Das Verfahren gestattet die aufwandsarme Herstellung von Schutzschichten. Die Aufgabe besteht darin, hoch verschleißbeständige Lagerwerkstoffe, hochtemperaturkorrosionsbeständige Werkstoffe und dergleichen aus Aluminium als Basiswerkstoff herzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mittels Vakuum-Plasmaspritzens gleichzeitig und unabhängig voneinander Aluminium und a -Al ind 2 O ind 3-Partikel so aufgespritzt werden, daß die a -Al ind 2 O ind 3-Partikel unter Beibehaltung ihres Ausgangszustandes (Korund) in die Metallmatrix eingebettet werden.

Description

Korundphase bleibt vollständig erhalten. Der Korundanteil ist je nach konkretem Einsatzfall variabel einstellbar und die Kompositschicht Verfahrensbedingt auch auf kompliziert geformten Bauteilen gut aufzubringen.

[λ)mit sind verschleiß- und hochtemperaturkorroslonsbeständige Reibpaarungen bzw. Bauteile aus Aluminiumwerkstoffen hurstellbar.

Ausführungsbelsplel Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Auf ein Metallsubstrat wird mit einer Vakuum-Plasmaspritzanlage eine Aluminium-a-A^Oj-Kompositschicht aufgospritzt. Die Spritzwerkstoffe Al 99,5 (Korngröße 20 bis 60pm) und 0-AI₂O₃ (Korngröße 5 bis 22μηι) werden mittels Zweifachinjektion

zugeführt und aufgespritzt. Als Trägergas dient Argon. Die Tellerdrehzahlen im Pulverfördersvstem werden als variable

Einstellgrößen zur Realisierung unterschiedlicher Hartstoffanteile geregelt. Der Spritzabstand wurde mit ca.300mm bei einem Plasmastrom von 750 A gewählt. Der Rezipientendruck betrug 30mbar. Als Plasmagas kam wiederum Argon zur Anwondung Metallographisch wurde der Nachweis erbracht, daß eine gleichmäßige Verteilung der Hartstoffphase Ci-AI₂O₃ in der Metallmatrix vorliegt, die Harstoffteilchen waren vollständig mit Metall umhüllt. Durch röntgenographisohe Phasenanalyse wurde nachgewiesen, daß das Aluminiumoxid vollständig als 0-AI₂O₃ in der Schicht

erhalten blieb.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Aluminium-a-A^Oa-Kompositschichten durch Vakuum-Plasma-Spritzen unter Mehrfachinjektion, gekennzeichnet dadurch, daß die Aluminium- und die 0.-AI₂O₃-Partikel gleichzeitig und unabhängig voneinander unter abgestimmten Plasmaspritzparametern so aufgespritzt werden, daß die a-AI₂O₃-Partikel unter Beibehaltung ihres Ausgangszustandes in die Metallmatrix als Dispersat eingebettet (dispergiert) werden.

2. Verehren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Hartstoffanteile an 0-AI₂O₃ in der Metallmatrix beliebig bis 75 Gew.-% variabel sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Matrixmetall Aluminium und Aluminiumlegierungen, Nickel-Aluminium sowie Titan eingesetzt werden.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung kommt vorzugsweise im Maschinen- und Fahrzeugbau bei Reibpaarungen und Konstruktionselementen mit erforderlicher Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit sowie in der Medizintechnik zur Anwendung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, z. B. Nickeldispersionssr hlchten auch mit Hartstoffdispersaten durch elektrolytische oder chemisch-reduktive Abscheidung herzustellen. Diese Beschichtungsverfahren erfordern einen hohen Zeitaufwand und belasten zudem die Umwelt. Aluminiumdispersionsschichten sind dagegen chemisch-reduktiv nicht bzw. elektrolytisch nur aus aprotrischen Lösungen unter Schutzgasatmosphäre herstellbar. In der Beschichtungslösung dispergierte Partikel können jedoch den elektrolytischen Abscheidungeprozeß stören. Auch das Feueraluminiere η und das Flamm- bzw. atmosphärische Plasmaspritzen sind zur Herstellung von Aluminium-Dispersions- bzw. -Kompositschichten praktisch nicht geeignet. Die Verwendung von CVD- und PVD-Verfahren ist bedingt möglich. Diese erfordern Jedoch eine vorherige Lagefixierung der zu dispergierenden Partikel. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen sind diese Verfahren auf die Herstellung ausgesprochen dünner Schichten begrenzt. Ein Einbau bzw. Abscheiden von Hartstoffpartikeln ist dabei nur bedingt möglich, und es entstehen, wie überhaupt auch bei den anderen bekannten Verfahren mit vorher erforderlicher Lagefixierung der zu dispergierenden Partikeln infolge „Schattenwirkung" Poren. Bekannt ist es, mehrphasige, heterogene Schichten durch Vakuum-Plasmaspritzen herzustellen, einschließlich der Einlagerung von Hartstoffpartikeln und Zuführung mehrerer aufzuspritzender Stoffe durch Mehrfachinjektion. Häufig zur Anwendung kommen Chromkarbid oder-oxid (DE-OS 3513892, DE-OS 3515107, US-P5776840 u.a.). Bekannt ist es auch, Aluminium zur Herstellung von Verbundwerkstoffen aufzuspritzen (GB-PS 86277308).

Weiterhin ist es bekannt, AI₂O₃-Partikel durch Vakuum-Plasmaspritzen in eine Edelstahlspritzschicht einzulagern. Darüber hinaus kann AI₂O₃ auch auf Grauguß oder Titan (EP 0248117) aufgespritzt werden. In diesen Fällen ist jedoch eine α- -> V-AI₂O₃-Umwandlung unumgänglich.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, Aluminium-a-AljOrKompositschichten herzustellen, die es gestatten, Reibpaarurigen bzw. Bauteile mit erhöhter Verschleiß- und Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Aluminiumwerkstoffen zu erzeugen, bei geringem Herstellungsaufwand und geringster Umweltbelastung.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-a-AI₂0₃-Kompositschichton zu entwickeln, das es gestattet, Reibpaarungen bzw. Bauteile mit höherer Verschleiß· und Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit gegenüber herkömmlichen Aluminiumwerkstoffen herzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Vakuum-Plasmaspritzen unter Mehrfachinjektion dadurch gelöst, daß die Aluminium- und die a-AI₂O3-Partikel gleichzeitig und unabhängig voneinander unter abgestimmten Plasmaspritzparametern so aufgespritzt werden, daß die a-AI₂O₃-Partikel unter Beibehaltung ihres Ausgangszustandes in die Metallmatrix als Dispersat eingebettet (dispergiert) werden. An Plasmaspritzparametern sind insbesondere die Plasmastrahlenenergie, die Partikelgröße, der Spritzabstand und die Gaszufuhr abzustimmen. Nur durch das gleichzeitige Aufspritzen von 0-AI₂O₃ und Aluminium (Mehrfachinfektion) wird eine gute Bindung ohne Restporosität erreicht. Die Hartstoffanteile an 0-AI₂O₃ in der Matrix können bis 75 Gew.-% beliebig variiert werden. Größere Hartstoffanteile sind technisch und wirtschaftlich nicht sinnvoll. Neben Aluminium als Matrixmetall können auch Al-Legierungen, Nickel-Aluminium und Titan eingesetzt werden. Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, daß der Anwendungsbereich von Aluminiumwerkstoffen erweitert wird, die Aluminiummatrix bleibt weitgehend oxidfrei, so daß ein stabiler Verbund zwischen Hartstoff- und Metallphase erreicht wird und insbesondere auch eine α-γ-Umwandlung des AI₂O₃ vermieden wird. Die