DE10246454A1

DE10246454A1 - Herstellung beschichteter geschäumter Bauteile und Bauteile mit keramischer oder Hartstoffbeschichtung

Info

Publication number: DE10246454A1
Application number: DE2002146454
Authority: DE
Inventors: Matthias Dipl.-Ing. Maurer; Erich Prof. Dr.-Techn. Lugscheider
Original assignee: Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Current assignee: Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2004-04-15
Also published as: WO2004033746A3; WO2004033746A2; AU2003271671A1; AU2003271671A8

Abstract

Offenbart wird ein Verfahren zur Herstellung von geschäumten Bauteilen mit einer Dichte von 0,1 bis 8 g/cm·3·, vorzugsweise 0,3 bis 5 g/cm·3·, die auf wenigstens einer ihrer Oberflächen eine Beschichtung aufweisen und die erhältlich sind durch eine Oberflächenbehandlung des ggf. geformten aufschäumbaren Halbzeugs, eine thermische Beschichtung eines aufschäumbaren Halbzeugs mit einem metallisch und/oder anorganisch aufgebrachten Beschichtungsmittel, gefolgt von einer Profilgebung zum Bauteil, bei der das beschichtete Halbzeug thermisch aufgeschäumt wird, Bauteile mit einer metallurgischen Bindung D zwischen Beschichtung B und Schaumschicht A sowie deren Verwendung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft speziell beschichtete geschäumte Bauteile sowie ein Verfahren zur Herstellung beschichteter geschäumter Bauteile, wie im folgenden detailliert erläutert.
Unter einem Bauteil im Sinne der vorliegenden Erfindung versteht man sowohl konventionelle Bauteile wie Blöcke, Platten, Rohre als auch speziell geformte Bauteile.
Bauteile in Leichtbauweise aus zellularen Strukturen, Schäumen, Schwämmen od. dgl. sind bekannt. Da solche Bauteile aber eine poröse Oberfläche aufweisen, wurde es notwendig, diese Bauteile sowie ihre Eigenschaften zu verbessern.
Blöcke oder Platten aus Metallschaum werden nach WO 91 /01387 bzw. WO 91 /03578 durch das Einbringen von Stickstoff od. dgl. Gas oder durch ein Treibmittel in eine Metallschmelze erzeugt; auf dieser entsteht eine Schaumschicht, die abgezogen wird und dann erstarrt. Bei bestimmten Anwendungen solcher Blöcke oder Platten wird auf deren poröse Oberfläche eine – sich bei etwa 120 °C ablösende – Deckschicht aufgeklebt, was die Einsatzfähigkeit solcher Bauteile mindert und deren Gestehungszeit erhöht.
Die DE 43 21 393 A1 offenbart ein Verfahren, dank dessen auf ein Verkleben einer Metallschicht bei einem Metallschaumsubstrat verzichtet werden kann; auf dieses wird die Metallschicht durch thermisches Spritzen aufgebracht, wobei ein hoher Anteil des Spritzwerkstoffes in die Poren der Schaumstruktur eindringt. Die Menge des verbrauchten Spritzwerkstoffes – und die Höhe des durch diesen entstehenden Zusatzgewichtes – hängt dabei von der nicht exakt vorher bestimmbaren Porengröße ab, die sich reziprok zur Dichte des Metallschaumsubstrates verhält. Dessen Gewicht nimmt also durch den Werkstoff der aufgespritzten Metallschicht bei abnehmender Dichte – also zunehmender Porenweite – unerwünschtermaßen zu.
Durch die DE 195 26 057 C1 wird vorgeschlagen, die Oberfläche des Metallschaums zu erwärmen, durch Druck zu verdichten sowie auf diese dichte Oberfläche durch thermisches Spritzen eine gesonderte Schicht aufzutragen.
Gegenüber den oben erwähnten aufgeklebten – oder aufplattierten -, die mechanische Festigkeit der Metallschaumstruktur mehrenden Schichten, welche nur für einfache Oberflächenstrukturen geeignet sind, gestattet ein Einsatz thermischer Beschichtungsverfahren, insbesondere Spritzverfahren das Herstellen von Metallschaumverbunden fast beliebiger Kontur.
Aus der WO 00/3883863 ist die Herstellung eines aus Metallschaum und Metallblech bestehenden Profilteils bekannt, bei dem das Metallblech mit einem aufschäumbaren Metallpulver versehen wird, wobei anschließend die Profilgebung des Metall-Verbundblechs mittels Hochdruckumformens in einem Gesenk vollzogen wird und das aufschäumbare Metallpulver gleichzeitig oder nachfolgend direkt im Gesenk thermisch mittels eines Treibmittels aufgeschäumt wird. Dieser Stand der Technik mit einen Metallblech als zwingendem Bestandteil unterscheidet sich bereits gattungsmäßig von der vorliegenden Erfindung und eine Verarbeitung durch Hochdruckumformen in einem Gesenk ist technisch sehr aufwendig.
Aus der DE 100 52 405 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Verbundstruktur mit einem aus einem Metallschaumteil gebildeten zellularen Werkstück sowie wenigstens einer auf dieses durch thermisches Spritzen aufgebrachten Deckschicht bekannt, wobei der auf die Eigenschaften des Werkstückes aus einer zellularen Struktur abgestimmte Werkstoff für die Deckschicht auf die unverdichtet erhaltene Oberfläche des Werkstückes thermisch aufgespritzt wird. Dieses Verfahren ist insofern nachteilig, dass durch die Verfahrensfolge dieses Standes der Technik eine nur unzureichende Haftfestigkeit zwischen der geschäumten Schicht und der Beschichtung selbst erhalten wird, wie sich im folgenden aus den Ausführungsbeispielen ergibt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Herstellverfahren für beschichtete geschäumte Bauteile bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine spezielle Verfahrensschrittfolge und Einsatz spezieller Materialien gelöst.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung von geschäumten Bauteilen mit einer Dichte von 0,1 bis 8 g/cm³. vorzugsweise 0,3 bis 5 g/cm³, die auf wenigstens einer Ihrer Oberflächen eine Beschichtung aufweisen und die erhältlich sind durch

– eine Oberflächenbehandlung des ggf. geformten aufschäumbaren Halbzeugs,
– eine thermische Beschichtung eines aufschäumbaren Halbzeugs mit einem metallischen und / oder anorganischen aufgebrachten Beschichtungsmittel,
– gefolgt von einer Profilgebung zum Bauteil, bei der das beschichtete Halbzeug thermisch aufgeschäumt wird.

Gegenüber der vorgenannten deutschen Offenlegungsschrift 100 52 405ergeben sich insbesondere folgende Vorteile:

1. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine sehr einfache Probenvorbereitung erfolgen, da die sonst übliche Problematik der Reinigung und Oberflächenaktivierung der Schäume entfällt;
2. erhält man mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem vorgenannten Verfahren schon ohne eine weitere Nachbearbeitung eine deutlich höhere Oberflächengüte, da die Rauheit und Oberflächenwelligkeit der beschichteten Halbzeuge wesentlich geringer ist, als die der beschichteten Schäume und sie im Gegensatz zu den Schaumbauteilen keine offenen Poren enthalten, womit entsprechende Zwischenbehandlungsschritte wie ein Verfüllen oder Verspachteln entfallen können.
3. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt es zu einer metallurgischen Anbindung der Schicht an das geschäumte Material, d.h. zu einer vollständigen Benetzung und damit einer metallurgischen Bindung oder Lötgüte. Die Haftfestigkeit der so hergestellten Schichten übertrifft die der herkömmlich hergestellten Produkte um ein Vielfaches.
4. Gemäß Stand der Technik enthalten thermisch gespritzte Schichten vielfach aufgrund ihrer Herstellung eine Vielzahl von Mikrorissen und -defekten, welche sich nachteilig auf die mechanischen Eigenschaften auswirken können. Während des Schäumprozesses nach dem erfindungsgemäßen Verfahren heilen diese Mikrodefekte in Folge der Glühbehandlung aus und die mechanischen Eigenschaften der Schichten und Verbünde werden signifikant verbessert.
5. Durch die Beschichtung des schäumbaren Materials, die eine höhere Erweichungstemperatur aufweist, als das schäumbare Material selbst, sind je nach Anzahl der Oberflächen bereits ein bis zwei Dimensionen des späteren Bauteils definiert. Das Schäumen selbst dient lediglich dem Steigern der Bauteilsteifigkeit. Somit können einfache Schäumformen verwendet werden bzw. ganz entfallen.
6. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten geschäumten beschichteten Bauteile weisen eine sehr hohe Reproduzierbarkeit auf, so dass eine einfache Umsetzung auf industriellem Niveau, beispielsweise in der Automobilindustrie oder der Bauindustrie, möglich ist.
7. Der erfindungsgemäß als letzter Verfahrensschritt eingesetzte Aufschmelzschritt kann auch induktiv vorgenommen werden, wodurch ebenfalls eine Serienherstellung möglich ist und eine bessere Schaumqualität ermöglicht wird, als beim konventionellen Aufheizen in Öfen. In diesem Zusammenhang kann das Aufschäumen, beispielsweise das Aufschäumen von auf der Mantelfläche beschichteten Rohrstrangpressprofilen induktiv erfolgen und dadurch sowohl die technischen Schritte in der Herstellung signifikant gesenkt werden, der Schaum wird durch die sehr kurze Schäumungsphase deutlich homogener, also auch qualitativ kann ein hochwertigeres Produkt hergestellt werden. Die Einbindung von Induktionsöfen in die Prozesskette ist problemlos und führt wiederum zu einer vollen Automatisierbarkeit für die Serienproduktion.
8. Über ein thermisches Spritzen können auch nichtmetallische Schichten, beispielsweise Keramiken, aufgebracht werden. Eine Benetzung dieser keramischen Schichten ist durch Zugabe von Reaktivelementen ebenfalls möglich.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als erster Verfahrensschritt die Oberflächenbehandlung der zu beschichtenden Oberfläche über ein mechanisches, chemisches oder physikalischen Verfahren erfolgen. Diese Oberflächenbehandlung geschieht insbesondere über ein Feinschleifen, ein Mikrostrahlen, ein konventionelles Strahlen, ein Kryostrahlen, durch einen Flüssigstickstoffstrahl; ein chemisches Abbeizen und / oder eine Laserstrahlbehandlung. So wird beispielsweise das Feinschleifen mit Schleifpapier, Mikrostrahlen durch Strahlen mit (geringem) Druck und nicht zu hartem Strahlgut, Kryostrahlen mit Trockeneis, Strahlen mit Flüssigstickstoff, Abbeizen mit chemischen Lösungen und Scannen der Oberfläche mit einem Laser durchgeführt.
Hierbei hat es sich bei speziellen Kombinationen von Beschichtung zu aufschäumbarem Material als vorteilhaft erwiesen, dass das Halbzeug vor der thermischen Beschichtung zur Verbesserung der Haftung vorgewärmt wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt als zweiter Verfahrensschritt die thermische Beschichtung durch ein Verfahren, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lichtbogendrahtspritzerfahren, Flammspritzverfahren, Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahren (HVOF), Plasmaspritzverfahren, Kaltgasspritzen, Vakuumplasmaspritzverfahren und / oder Hochleistungsplasmaspritzverfahren. Ein Übersicht über diese Spritzverfahren findet man beispielsweise in Römpp Lexikon Chemie, 10. Aufl., Stichwort Metallspritzverfahren und der dort zitierten Literatur oder in der Übersicht Hipercoat, Hochleistungsbeschichtungs- und -entschichtungstechnologie des Forschungsverbunds DACH.
Die mechanischen Eigenschaften verspritzter Werkstoffe sind nicht identisch mit den Eigenschaften des Vollmaterials, da sich der Gefügeaufbau maßgeblich unterscheidet: Spritzschichten verhalten sich anisotrop, da sie ein durch das Herstellungsverfahren begründetes lamellenartiges Gefüge besitzen. Der E-Modul der Schicht ist maximal in Schichtrichtung und minimal senkrecht dazu. Die sehr schnelle Abkühlung auf- bzw. angeschmolzener Spritzpartikel auf dem Substrat führt zu starken Eigenspannungen, welche sich in – zum Teil auch translamellaren – Mikrorissen äußern. Interlamellare Poren entstehen infolge der Abkühlschrumpfungen bzw. durch Oberflächenrauheit, welche von den Spritzpartikeln nicht vollständig aufgefüllt werden. Die Haftung zwischen einzelnen Spritzlamellen kann durch Eigenspannungen oder Oxidlagen soweit reduziert sein, dass es unter Belastung zum Abgleiten der Lamellen kommen kann. Scharfkantige Poren und Einlagerungen – beispielsweise Strahlreste – können zu einer Kerbwirkung führen und Sprödphasen (z. B. Oxide) die Festigkeit weiter reduzieren. Diese liegt in der Regel unterhalb der Festigkeit des intrinsischen Vollmaterials. Durch geeignete Verfahren und Prozessparameter lassen sich die mechanischen Eigenschaften jedoch maßgeblich verbessern; ein Vorwärmen des Substrats mindert die Abkühlgeschwindigkeit und somit die Schrumpfspannungen. Der Anteil an Sprödphasen lässt sich durch eine geeignete Prozessführung einschränken, z. B. indem statt Druckluft ein Inertgas als Zerstäubergas verwendet wird.
Generell erreicht man mit hochenergetischen Spritzverfahren – beispielsweise dem Hochgeschwindigkeitsflammspritz-verfahren (HVOF) – aufgrund höherer Partikelgeschwindigkeiten eine bessere Verklammerung der Spritzteilchen am Substrat und eine sehr geringe Schichtporosität, so dass Eigenschaften ähnlich der geschmiedeter Werkstoffe erzielt zu werden vermögen.
Die Dichten der Schaumstruktur und der Deckschicht sowie deren Elastizitätsmodule sind essentiell für die Herstellung eines auf spezifische Steifheit optimierten Verbundes. Wird auf spezifische Festigkeit optimiert, gilt es, verschiedenen Versagensmechanismen vorzubeugen; darunter fallen das Überschreiten der Fliessgrenze der Deckschicht bei zu hoher relativer Schaumdichte (ρ_Schaum/ρ_solid), das Beulen der Deckschicht bei zu geringer relativer Schaumdichte – mangelnde Stützwirkung – und das Versagen des Schaums unter der Schubbelastung bei zu großem Verhältnis von Deckschichtdicke zu Bauteillänge. Ist die Adhäsion der Deckschicht an den Schaum zu gering, kommt es infolge der Schubspannung zur Delamination, d. h. zu einem Ablösen der Deckschicht durch Rissausbreitung in der Grenzschicht und damit zum Versagen des Bauteils.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessgas für die thermische Beschichtung Druckluft oder ein Inertgas, insbesondere Stickstoff, Argon oder Helium, eingesetzt wird.
Hierbei hat es sich als nützlich erwiesen, dass der Druck des Treibgases bei der thermischen Beschichtung zwischen 1 bis 30 bar, vorzugsweise 2 bis 10 bar eingestellt wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das aufschäumbare Halbzeug ein metallisches, keramisches und / oder anorganisches Material und eine wirksame Menge wenigstens eines Treibmittels enthält. Die wirksame Menge an Treibmittel wird stets so gewählt, dass durch seine Zersetzung die aufschäumbare Masse auf bis zu 1500 % seines Volumens, vorzugsweise auf das 300 bis 1000 %, insbesondere auf 400 bis 800 % aufgeschäumt werden kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das metallische, keramische und / oder anorganische Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Aluminium-Basis-Legierung, Zink oder einer Zink- Basis-Legierung, Kupfer oder einer Kupfer- Basis-Legierung, Eisen oder einer Eisen-Basis-Legierung, Nickel oder einer Nickel- Basis-Legierung, Kobalt oder einer Kobalt- Basis-Legierung, der ggf. Hartstoffe befugt worden sind.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel ausgewählt ist Metallhydriden der Haupt- und Nebengruppenmetalle, deren Zersetzungspunkt unterhalb oder nahe dem Erweichungspunktes des Halbzeugs liegt. Als Beispiel hierfür wird Titantetrahydrid oder Magnesiumdihydrid genannt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch aufgebrachte Beschichtungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminium oder einer Aluminium-Basis-Legierung, Zink oder einer Zink-Basis-Legierung, Eisen oder einer Eisen-Basis-Legierung, Kupfer oder einer Kupfer-Basis-Legierung, aus Nickel oder einer Nickel-Basis-Legierung, aus Kobalt oder einer Kobalt-Basis-Legierung, aus einem Hartstoff oder einer Hartstoffmischung, aus einem metallischen Hartstoff , einer Hartstoff-Metall-Mischung und / oder keramischen Materialien.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Aufschäumung kontinuierlich oder diskontinuierlich durch Wärmequellen oder mittels elektromagnetischer Strahlung erfolgt, vorzugsweise mittels Öfen, Induktionsöfen oder Laser.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Aufschäumung und / oder Erwärmung des Beschichteten Halbzeugs auf Temperaturen zwischen 200 °C bis 2000 °C, vorzugsweise 500 °C bis 1500 °C erfolgt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Aufschäumung bei Normaldruck oder einem Druck von bis zu 4 bar erfolgt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Erweichungstemperatur des Beschichtungsmittels oder der Beschichtung stets so gewählt wird, dass sie mehr als 50 °C, vorzugsweise 100 °C, insbesondere 200 °C oberhalb der Erweichungstemperatur des schäumbaren Halbzeugs liegt. Dies hat den Vorteil, dass die Beschichtung selbst aufgrund ihrer höheren Erweichungstemperatur gegenüber dem schäumbaren Halbzeug sowohl in einer Dimension, aber auch in zwei Dimensionen als eingebaute Bauteilform dienen kann. So können beispielsweise aus Profilblechen, die in einer Halbschalenform profiliert worden sind und an ihrer unteren äußeren Oberfläche die Beschichtung enthalten, problemlos durch gezielte Schäumung entsprechende Halbkugeln mit definiertem Volumen erhalten werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren der vorgenannten Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Beschichtung, mechanisch, thermisch, chemisch, thermochemisch oder mittels elektromagnetischer Strahlung weiterbehandelt und / oder mit polymeren Überzügen versehen wird. Insbesondere zählen hierzu eine spanende, strahlende, reibende, schleifende, polierende Bearbeitung der Schicht, das Aufbringen weiterer Schichtsysteme durch physikalische, chemische oder thermochemische Verfahren sowie das Strukturieren der Oberfläche mittels Laser oder Elektronenstrahlen und das Aufbringen von dekorativen oder Schutzanstrichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde neuartige beschichtete geschäumte Bauteile bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch spezielle geschäumte Bauteile aus metallischen Werkstoffen gelöst, die eine Beschichtung spezieller Dicke aus einem Hartstoff, einer Hartstoffmischung, einem metallischen Hartstoff, einer Hartstoff-Metall-Mischung oder aus einem keramischen Material aufweist und so verbesserte mechanische Eigenschaften aufweist.
Die Erfindung betrifft so ein Bauteil, insbesondere erhältlich nach irgendeinem der vorgeschrieben Verfahrensschritte, welches auf wenigstens einer seiner Oberflächen eine Beschichtung von bis zu 2 cm, vorzugsweise 10 μm bis 3 000 μm aus einem Hartstoff, einer Hartstoffmischung, einem metallischen Hartstoff, einer Hartstoff-Metall-Mischung oder aus einem keramischen Material aufweist und wobei das geschäumte Bauteil im übrigen aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Aluminium, Aluminium-Basis-Legierung, Zink , Zink- Basis-Legierung, Kupfer, Kupfer- Basis-Legierung, Eisen, Eisen-Basis-Legierung, Nickel, Nickel- Basis-Legierung, Kobalt und / oder einer Kobalt- Basis-Legierungen besteht.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Bauteil dadurch gekennzeichnet, dass es eine Haftfestigkeit zwischen der inneren Schicht und der Beschichtung von 50 bis 1000 MPa, vorzugsweise 50 bis 300 MPa nach DIN EN 582 aufweist.
Nach einer weiteren bevorzugten alternativen Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Bauteil dadurch gekennzeichnet, dass es eine Keramikbeschichtung aufweist und das geschäumte Bauteil im übrigen aus einem metallischen Werkstoff besteht, eine Haftfestigkeit zwischen der inneren Schicht und der Beschichtung von 50 bis 300 MPa, vorzugsweise 60 – 300 MPa nach DIN EN 582 aufweist.
Nach einer weiteren bevorzugten alternativen Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Bauteil dadurch gekennzeichnet, dass es eine Hartstoffbeschichtung aufweist und das geschäumte Bauteil im übrigen aus einem metallischen Werkstoff besteht, eine Haftfestigkeit zwischen der inneren Schicht und der Beschichtung von 50 bis 1000 MPa, vorzugsweise 50 bis 300 MPa nach DIN EN 582 aufweist.
Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich die Verwendung der vorbeschriebenen Bauteile, die nach den vorbeschriebenen Verfahren hergestellt worden sind, für die industrielle Serienherstellung, vorzugsweise in der Automobilindustrie oder Bauindustrie.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen
1 einen Mikroschliff durch ein erfindungsgemäß hergestelltes beschichtetes geschäumtes Bauteil gemäß Beispiel,
2 einen Mikroschliff durch ein gemäß der DE 100 52 405 A1 hergestelltes beschichtetes Bauteil (Vergleichsbeispiel).
In 1 erkennt man, dass das geschäumte Material A mit der Beschichtung B eine metallurgische Bindung im Grenzbereich D ausgebildet hat, was sich aus den Flecken / Wechselwirkung beider Zonen ergibt. Weiter erkennt man hier zwischen Zone A und Zone B eine deutlich geringere Rauheit / Welligkeit gegenüber 2.
In 2 sieht man demgegenüber zwischen dem geschäumten Material A und der Grundierschicht C, die zur Haftvermittlung zur Beschichtung B hinzugegeben werden muss, keine Ansätze für eine metallurgische Bindung zwischen der Schicht A und Schicht C im Sinne einer Verzahnung, Vielmehr erkennt man eine hohe Rauheit zwischen Zone A und Zone C.
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr durch Herstellbeispiele näher erläutert.
Beispiel:
Aus einer pulververmetallurgischen AlSi7-Legierung wurde durch Zusatz von ca. 1 Gew.-% Titanhydridpulver, Vermengen und uniaxialem Verpressen sowie anschließender Extrusion ein schäumbares rohrförmiges Halbzeug mit einer Oberflächenrauheit von R_a < 5 μm, R_z < 10 μm, R_max < 15 μm hergestellt. Dieses schäumbare Halbzeug wurde an seiner äußeren Oberfläche durch Korundstrahlen mit Edelkorund der Körnung F22 in einer industriell üblichen Sandstrahlkabine leicht angeraut, anschließend entstaubt und mit Alkohol entfettet zum thermischen Spritzen vorbereitet.
Die so behandelte Oberfläche wurde nun mit einer kommerziellen Lichtbogenspritzanlage (Typ G30 push/pull, OSU Maschinenbau GmbH) unter Verwendung eines thermischen Beschichtungsmittel in Form eines gefüllten Drahtes auf Basis von 65 Gew.% Eisen, 29 Gew.-% Chrom und weiteren Hartstoffanteilen als Spritzwerkstoff 0,2 bis 2 mm dick beschichtet.
Nach dem Abkühlen wurde das schäumbare beschichtete Halbzeug in einem Ofen bei etwa 700 °C aufgeschäumt.
Vergleich:
Zum Vergleich wurde aus den Materialien von erfindungsgemäß hergestellten Beispiel ein zunächst geschäumtes und dann beschichtetes Bauteil hergestellt. Ein Mikroschnitt hiervon ist in 2 wiedergegeben.

Claims

Verfahren zur Herstellung von geschäumten Bauteilen mit einer Dichte von 0,1 bis 8 g/cm³, vorzugsweise 0,3 bis 5 g/cm³, die auf wenigstens einer ihrer Oberflächen eine Beschichtung aufweisen und die erhältlich sind durch – eine Oberflächenbehandlung des ggf. geformten aufschäumbaren Halbzeugs, – eine thermische Beschichtung eines aufschäumbaren Halbzeugs mit einem metallischen und / oder anorganischen aufgebrachten Beschichtungsmittel, – gefolgt von einer Profilgebung zum Bauteil, bei der das beschichtete Halbzeug thermisch aufgeschäumt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung der zu beschichtenden Oberfläche über ein mechanisches, chemisches oder physikalischen Verfahren erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung über ein Feinschleifen, ein Mikrostrahlen, ein konventionelles Strahlen, ein Kryostrahlen, durch einen Flüssigstickstoffstrahl; ein chemisches Abbeizen und / oder eine Laserstrahlbehandlung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug vor der thermischen Beschichtung zur Verbesserung der Haftung vorgewärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Beschichtung durch ein Verfahren erfolgt, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lichtbogendrahtspritzverfahren, Flammspritzverfahren, Hochgeschwindigkeitsflammspritzvertahren (HVOF), Plasmaspritz verfahren, Kaltgasspritzen, Vakuumplasmaspritzverfahren und / oder Hochleistungsplasmaspritzverfahren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 5 , dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessgas für die thermische Beschichtung ein Druckluft oder Inertgas, insbesondere Stickstoff, Argon oder Helium, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Treibgases bei der thermischen Beschichtung zwischen 1 bis 30 bar, vorzugsweise 2 bis 10 bar bar eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aufschäumbare Halbzeug ein metallisches, keramisches und / oder anorganisches Material ist, das eine wirksame Menge wenigstens eines Treibmittels enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische, keramische und / oder anorganische Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Aluminium-Basis-Legierung, Zink oder einer Zink- Basis-Legierung, Kupfer oder einer Kupfer- Basis-Legierung, Eisen oder einer Eisen-Basis-Legierung, Nickel oder einer Nickel- Basis-Legierung, Kobalt oder einer Kobalt- Basis-Legierung, der ggf Hartstoffe befugt worden sind, und / oder keramischen Materialien.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel ausgewählt ist Metallhydriden der Haupt- und Nebengruppenmetalle, deren Zersetzungspunkt unterhalb oder nahe des Erweichungspunktes des Halbzeugs liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch aufgebrachte Beschichtungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminium oder einer Aluminium-Basis-Legierung, Zink oder einer Zink-Basis-Legierung, Eisen oder einer Eisen-Basis-Legierung, Kupfer oder einer Kupfer-Basis-Legierung, aus Nickel oder einer Nickel-Basis-Legierung, aus Kobalt oder einer Kobalt-Basis-Legierung, aus einem Hartstoff oder einer Hartstoffmischung, aus einem metallischen Hartstoff, einer Hartstoff-Metall-Mischung und / oder keramischen Materialien.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Aufschäumung kontinuierlich oder diskontinuierlich durch Wärmequellen oder mittels elektromagnetischer Strahlung erfolgt, vorzugsweise mittels Öfen, Induktionsöfen oder Laser.
Verfahren nach Anspruch 1, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Aufschäumung und / oder Erwärmung des Beschichteten Halbzeugs auf Temperaturen zwischen 200 °C bis 2000 °C, vorzugsweise 500 °C bis 1500 °C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Aufschäumung bei Normaldruck oder einem Druck von bis zu 4 bar erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweichungstemperatur des Beschichtungsmittels oder der Beschichtung stets so gewählt wird, dass sie mehr als 50 °C, vorzugsweise 100 °C, insbesondere 200 °C oberhalb der Erweichungstemperatur des schäumbaren Halbzeugs liegt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung, mechanisch, thermisch, chemisch, thermochemisch oder mittels elektromagnetischer Strahlung weiterbehandelt und / oder mit polymeren Überzügen versehen wird.
Bauteil, insbesondere erhältlich nach irgendeinem der Anspruch 1 bis 15, welches auf wenigstens einer seiner Oberflächen eine Beschichtung von bis zu 2 cm, vorzugsweise 10 μm bis 3 000 μm aus einem Hartstoff, einer Hartstoffmischung, einem metallischen Hartstoff, einer Hartstoff-Metall-Mischung oder aus einem keramischen Material aufweist und wobei das geschäumte Bauteil im übrigen aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Aluminium, Aluminium-Basis-Legierung, Zink , Zink- Basis- Legierung, Kupfer, Kupfer- Basis-Legierung, Eisen, Eisen-Basis-Legierung, Nickel_; Nickel- Basis-Legierung, Kobalt und / oder einer Kobalt- Basis-Legierungen besteht.
Bauteil nach Anspruch 17 , dadurch gekennzeichnet, dass es eine Haftfestigkeit zwischen der inneren Schicht und der Beschichtung von 50 bis 1000 MPa, vorzugsweise 50 bis 300 MPa nach DIN EN 582 aufweist.
Bauteil nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Keramikbeschichtung aufweist und das geschäumte Bauteil im übrigen aus einem metallischen Werkstoff besteht, eine Haftfestigkeit zwischen der inneren Schicht und der Beschichtung von 50 bis 300 MPa, vorzugsweise 60-300 MPa nach DIN EN 582 aufweist.
Bauteil nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Hartstoffbeschichtung aufweist und das geschäumte Bauteil im übrigen aus einem metallischen Werkstoff besteht, eine Haftfestigkeit zwischen der inneren Schicht und der Beschichtung von 50 bis 1000 MPa, vorzugsweise 50 bis 100 MPa nach DIN EN 582 aufweist.
Verwendung der Bauteile nach Ansprüchen 17 bis 20 oder erhalten nach Ansprüchen 1 bis 16 für die industrielle Serienherstellung, vorzugsweise in der Automobilindustrie oder Bauindustrie.