DE2161453B2

DE2161453B2 - Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages auf Unterlagen, wie Bremsen oder Kupplungen mittels Plasmastrahl

Info

Publication number: DE2161453B2
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: 1979-06-13
Also published as: DE2166949A1; DE2166949C3; DE2166949B2; DE2161453A1; DE2161453C3

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 Plasmagases und der Leistung des Generators die eingeführten Teilchen während der Flugdauer in dem Plasmastrahl vollständig geschmolzen werden.

Aus der Zeitschrift »Metall«, 24. Jahrgang, 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 I, 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 Ausirittsgeschwindigkeit des Plasmastrahls unter Berücksichtigung 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 *iich an der Außenzone des Plasraastrahls

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.

/n 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 Vernetzungsverhältnis - in dt,- Nähe von 1,633 liegt, wobei mit

a der Abstand zwischen benachbarten Atomen in der gleichen Hexagonalebene und mit c der Abstand zwischen zwei benachbarten Atomen in zwei benachbarten Hexagonalebenen bezeichnet ist Die zur Bildung des Reibbelages auf der Unterlage aufgebrachten

y, 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 werden. Insbesondere sollen die auf der Unterlage aufgebrachten Reibbeläge die ursprünglichen kristallo-

Vt graphischen Eigenschaften des aufgebrachten teilchenförmigen Materialsaufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gase des Plasmastrahls und die tangential durch diesen mitgenommenen, nicht ins Innere des Plasma-

)0 Strahls eingedrungene/i und nicht vollständig aufgeschmolzenen Teilchen durch eine Gasbarriere ausreichender Intensität, die quer zum Plasmastrahl und zu der Bahn der Teilchen /wischen dem Austritt des Generators und der Unterlage angeordnet ist, vom

v-, Strahl der vollständig aufgeschmolzenen Teilchen getrennt werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht aufgrund der Erzeugung einer Gasbarricre, daß die Gase des Plasmastrahls und die tangential durch den Plasmastrahl mitgenommenen, nichi ins Innere desselben eingedrungenen und nicht vollständig aufgeschmolzenen Teilchen vom Plasmastrahl, 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 Gasbarricre, so daß nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wirksam verhindert ist, daß nur teilweise

aufgeschmolzene Teilchen auf die Unterlage zur Tabelle I 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 kann. Der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung auf der Unterlage hergestellte Reibbelag bildet sich also nur aus Teilchen, die im Plasmastrahl vollständig aufgeschmolzen sind. Somit wird durch das Verfahren gemäß der Erfindung gewährleistet, dfJß 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 Legir-ungen 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 so

F i g. I ist eine schematische Ansicht in teilweise 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; J5

Fig. 3 ist eine vergrößerte Vorderansicht eines Ausschnitts der Vorrichtung gemäß Fig. I;

Fig.4 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme einzelner Teilchen des den Belag bildenden Materials;

F i g. 5 bis 7 sind elektronenmikroskopische Aufnah- -to men 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, Vt nachdem diese auf der Unterlage aufgebracht worden sind;

Fig. 12 und 13 sind Elektronendiffraktionsbilder, die von den Kristallen des gebildeten Reibbelages 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; «

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

In Tabelle I sind Materialien, insbesondere Metalle m> oder Metalloxide oder Carbide aufgeführt, die zur Herstellung eines Reibbelages 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 des Netzes liegen, und mit a der Abstand zwischen zwei nebeneinander in derselben Ebene 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

0,976

1,578

1,59

2,761

1,246

Die Reibbeläge können aus diesen Materialien aHein oder aus Mischungen der Materialien hergestellt werden. Ihnen können jedoch auch Materialien beigemengt werden, die selbst keine hexagonale Kristallstruktur aufweisen, und die in einem derartigen Mengenverhältnis zugegeben werden, daß die ursprüngliche hexagonale Kristallstruktur in den Phasen beibehalten bleibt. Derartige, nichthexagonale Materialien sind beispielsweise Metalle, wie Molybdän, Chrom, Aluminium, Kupfer, Eisen, Nickel (nichthexagonal) und Niob, Carbide, wie B<C, TaC, TiC, Cr₃C₂, VC, ZrC, oder Oxide, wie ZrO₂, A I₂Oj 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.

Anhnnd von Fig. I wird die Herstellung eines Reibbelages auf einer Unterlage 2 erläutert. Ein Generator 4 erzeugt einen Plasmastrahl 6. Mit Hilfe einer schematisch mit 8 bezeichneter Hinrichtung, 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 dun Anodenbereich 16 und dem Kathodenbereich 18 bewirkt. Der Zentralblock weu; einen Diffusor 20 auf. der ÜDer eine Leitung 22 mil Gas versorgt wird, wobei der Diffusor das Gas in die Bogenkammer 24 leitet. Weiterhin ist eine Anodenzulei tung 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 ν.ηά einen Futterhalteblock 32 befestigt, die eine relative Längsverschiebung der Kathode und der Anode ermöglichen. Eine Mutter 34 sichert ('urch Ausschaltung des Spieles in dem Gewinde einen guten elektrischen Kontakt, wenn einmal die Stellune der Kathode festpeleut ist

Schließlich nimmt der hintere Block die Kathodcnlci-Uing36auf.

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 besteht, ist in dem vorderen Block über einen Flansch 42 festgelegt.

Fin 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 Plasma 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 Geschwin·

Eine oder mehrere Einlaufdüsen 46 der Pulvcrcinführungsleitung 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 Einlaufdiisen 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 pulvcrförmigen 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 Plasrnasirahles 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 Gijbarriere 52 ist derart bestimmt, daß die warmen Gase des Plasmastrahles, der die noch nicht völlig aufgeschmolzenen Teilchen des Materials mitfuhrt, abgelenkt werden.

Vorzugsweise wird diese Gasbarriere etwa in Höhe des Endes 54 der Spitze des Plasmastrahies 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 F i 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 Plasmastrahies abgetrennt und das warme Gas abgelenkt wird, so daß die Erwärmung der Unterlage 2 während der Belagbildung verringert wird. Die Gasbarricre lenkt dabei die nicht geschmolzenen Teilchen ab. die in der Randzone des Plasmastrahls mitgenommen werden und eine relativ geringe kinetische Energie aufweisen. Im Gegensatz dazu haben die völlig abgeschmolzcnen Teilchen eine beträchtliche kinetische Energie und durchlaufen die Gasbarriere praktisch ohne Ablenkung.

Es hat sich gezeigt, daß das Schmelzen der Materialteilchcn eine wesentliche Bedingung für die

ίο 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

r> Pulverteilchen. Wenn sie sehr klein sind, schmelzen sie und verflüchtigen sich vor dem Auftreffen 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 H(XTC schmelzen), kann man das Wolframkarbid über das Innere der Düse einführen, das Kobalt dagegen über die

2^r> Düse 46a im Abstand von I mm und das Eisen über eine Düse 46b (F i g. 3) im Absland von 3 mm von dem Ende der Düse.

Eirr.. gasförmige Umhüllung 57 kann durch ein Gasstrahlsystcm 58 erzeugt werden, das in der Nähe des

jo 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

i", einer ringförmigen Scheibe vorgesehen sind, die den Ausgang des Plasmastrahies 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 Wasserzirkuiation 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 Fig.4 bis 7 sind elektronenmikroskopische Aufnahmen, die die Struktur von abgeschreckten Kugelteilen 63 zeigen, die im Plasmamaterial ers<_nmolzen worden sind.

Das Material, aus dem die in den F i g. 5 bis 7 sichtbaren Kugelteilchen gebildet werden, ist Chromoxid Cr2O3. Fig.4 ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme der ursprünglichen Teilchen 64 dieses Chromoxids, die durch ein lamellenförmiges 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 beibehaltea das lamellenförmige Aussehen und bilden kleine Facetten 66, wenn sie richtig erschmolzen sind. In F i 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 lamcllcnförmigcs Aussehen beibehalten haben. Beläge, die aus solchen Teilchen gebildet werden, ermöglichen nicht die gewünschte Kohäsion.

Die nach dem Verfahren hergestellten Beläge weisen bei richtigem Schmclzgrnd der Tröpfchen ein charakte· ^r> listisches Aussehen auf. F.ine systematische Untersuchung hat gezeigt, daß die Oberfläche des Belags nicht kötr.g ist. Die Kügelchcn des geschmolzenen Materials überdecken einander und fließen über die Oberfläche des Belags. FJektronenmikroskopische Aufnahmen solcher Belage sind in don I' i g. 8 bis I I dargestellt. Die verfestigten 'teilchen sind praktisch frei von Spalten und weisen die Konturen 72 auf. die itr ganzen gleichmäßig sind. Die verfestigten Teilchen i berlappen einander. Line Anlyse des Belags mit Hilfe «όπ Ultraschall zeigt r> keine Kohäsionsfehler auf der Fläche zwischen der Unterlage um¹ dem Belag

Ii μ¹. 12 zeigt insbesondere ein elektronisches DiI U iikinirrsijnu. ιί.ι·* von einem Knsiaii aus eier Oberfiaciu eines erfindungsgemaßen Belages /ordern Reibeinjirifl :■■ erstelli worden ist. Die Verteilung der Lichtpunkte bei der Aufnahme entsprechend regcl liäßigen Sechsecken zeigt die Orientierung dieses Krislalles entsprechend seiner OOOi-Grundeben, I i g. I } zeigt ein elektronisches Dilfraktionsbil 1. das von demselben Kristall nach _'■> einer bestimmten \nzahl von Reibbeanspruchungen erstellt ist. Dieses letztere Bild läßt eine der l'wamiden ebenen der Kristallstruktur erkennen. Unter der Reibwirkung ist der Kristall einer plastischen Verformung unterworfen worden, die an die Stelle tier m ursr. i'mglichen (ileitebene (if (Ol eile I'yramiden-C licitebene gesetzt hat. I),is ΛΙμπιιη'Π \on Oberflächen Mi krolr.iL'ine-iten des Belages stellt nur eine letzte Stute des Verschieil.tprozesses dar. die nur eintritt, wenn der lielag zu hart gewonlen ist. Diese plastischen Verlor- !iiiingen linden nur auf der <Iberfläcne statt.

I.s hat siei) gezeigt, daß wenigstens in erster Nahe: ,ng bei hexagonalen Materialien eine Beziehung zwiscnen ihrem V ernetzungsv erhälmis c ;i und ihrem Reihungskoeliizienien besieht. Diese Beziehung ist in μ I ig i^J aufgezeigt, in der die Werte der Reibungskoeffizienten /'(Ordinate) der verschiedenen hexagonalen Materialien in Abhängigkeit -.on ihrem Vernetziings v erhiiitnis ( Abszisse) dargesu iii simi.

')it' Messungen erfolgen \<\\ Hochvakuum (!0 i\ IwT) mit Hilfe von zwei belegten Scheiben, die unter einer Drucklas! von ~> kg en¹ und bei einer relativen Geschwindigkeit von 1 m ■■ miteinander in Reibschluß sTamien. ·\·: vlieser i ■ g. M gehl hervor, duIi die Materialien Mir. einem V erne;zungsv erhähnis c ,ι \im '■" KhI bis 1.63 einen besonders niedrigen Reibungskoeffizienten üuivveisen. aus deui sieh ein minimales Risiko eines Fressens im Laufe der Reibung der entsprechenden Belange gegeneinander ergibt.

Als Beispie! diene eine Zusammensetzung aus 5ί

Chromoxid Cr,O, (- = 2.761). Kobalt I-= 1.6241 und a a

Wolframkarbid W,C (-= 1.578) a

bO

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

1,633 aufweist. Im übrigen erhöht in dieser Zusammensetzung das Chromoxid, das hart ist, die Berührungsfe- b5 stigkeit, 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.

Vorzugsweise weisen die belagbildenden Materialien einen ausreichend hohen Umvvandlungsptinkt ties Knstallgefüges auf. damit nicht während des Reibungsvorganges eine Umwandlung erfolgt.

Diese Auswirkung des Umwandlungspunktes einer Zusammensetzung auf Kobaltbasis wird durch die Kurven der Fig. I*) verdeutlicht, die die Veränderung des Reibkoeffizienten /'(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 ■"> kg/cm^: bei einer relativen Geschwindigkeit von I m/s unter einem Vakuum von 10 " Torr einwirkt. Die Temperatur wird mit Hilfe eines Thermoelements gemessen, das in unmittelbarer Nähe der Reiboberfläehe tier feststehenden Scheibe angebracht ist.

Die Kurve Λ bezieht sich auf die Veränderungen ties Reibungskoeffizienten unter diesen Bedingungen bei einem Belag, der .ms 70 Gew.-% Kobalt und 30 Gew.-% Wolframkarbid W_;-C" besieht.

Die Kurve B bezieht sich auf die Reibeigenschaften eines Belages, der aus 60 Gew.-⁰/» Kobalt. 20 Gew.-% W ( und 2f)Gew.-'v» Molybdän besteht.

Diese beiden Zusammensetzungen besitzen normalerweise eine Hexagonalstruktur. Wie aus der F'igur hervorgeht, unterliegt der Reibungskoeffizient einer pii.tziichen Veränderung bei einer Temperatur vor etwa 470" C für die Zusammensetzung CO/W₂C (Kurve A) und bei einer Temperatur etwas oberhalb von 800° C 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 Fig. !5 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 Reibeingriff stehenden Oberflächen ermöglicht wird.

Tabelle	II	Cr₂O,	Cr₁C₂	Mo	Ni	£
Co	CW₂	%	(oder Cr)	%	X	I
%	(oder C W)			25
75
65	35		25
75			15
15	70		15
70	15		i7	ij
70				29	35
15			20	10	20
50		70
6	24	30
14	56	50
10	40

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 Eir'ühren der Bestandteile.

— Einführen ein^r zuvor hergestellten Zusammensetzung.

Der Durchmesser der Austrittsöffnung der Anodendüse 16 des Plasmagcnerators beträgt 6 bis IO mm;
der Abstand der Unterlage vom Ende der Spitze der Plasmaflamme liegt in der Größenordnung von 5 cm;
Zusammensetzung des Plasmagases: Mischung Argon/ Wasserstoff oder Argon/Stickstoff oder Stickstoff/ Wasserstoff; beispielsweise Mischung Ar/H? im

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

75 l/min Ar,

16 l/min H₂;
Aiistrittsgeschwindigkcit 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 Plasmastrahl eingeführten Pulvers:

stündliche Gewichtsmenge des in den Piasmastrahl eingeführten Pulvers:

500 bis 1000g/h;

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

3 bar;
Durchsatz des Gases in der Gasbarriere:

30 bis 5OmVh;
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, 46.·;, 466 usw. mit regelbaren Zufuhrdiirchsätzen 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, Rcibiingsobcrflächen insbesondere auf Zusatzankern für elektromagnetische Kupplungen oder Bremsen vorzusehen, wobei diese Reibungsoberfläehen einerseits möglichst günstige Reibunaseigenst*h:ifti*n beim Eingricfen des Zusat/ankers aufweisen müssen, andererseits zur Schließung des magnetischen Kreises beitragen sollen.

Die wesentlichen Vorteile des erfindiingsgemäßen 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.

Die Reibungsbeläge können ebenfalls ohne Zerstörung in korrodierender Atmosphäre und in fetthaltigen Atmosphären, z. B. in Öldimst. arbeiten. Die Verringerungen des Reibungskoeffizienten, die im letzteren Falle gelegentlich beobachtet ν erden können, sind nur zeitlich begrenzt und geringfügig. Die Erwärmung der Belagobcrflächen während dieser verringerten Kupp-Itingswirkung führt zu einem Zerplatzen der Ölblasen /wischen 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 Motorbremse und elektromagnetische Kupplungen und Bremsen, auf drehende, trockene oder geschmierte Reibvcrbindungen, auf die Segmente und Statoren von Drehsystemen (Rotations-Verbrennungsmotoren, Kompressoren. Vakuumpumpen usw.). Reibungs-Ausgleichskiipplungen. l-ahrzcugbrernsen. auf Reibbeläge für llochvakiiiimteile usw. anwendbar.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Herstellung eines Reibbelages auf Unterlagen, wie Bremsen, Kupplungen od. dgU 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 Plasmastrahl mitgenommenen, nicht ins Innere des Plasmastrahles eingedrungenen und nicht vollständig aufgeschmolzenen Teilchen durch eine Gasb?rriere ausreichender Intensität, die quer zum Plasmastrahl ιΐλά zu der Bahn der Teilchen zwischen dem Austritt des Generators und der Unterlage angeordnet ist, vom Strahl der vollständig aufgeschmolzenen Teilchen getrennt 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 Plasmastrahle·; ist, und daß die Gasbarriere etwa in Höhe des Enden der Spitze des Plasmastrahles vorgesehen wird.

3. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Plasmastrahl eingeführten Teilchen ι'.es de- Belag bildenden Materials Bestandteile enthalten, die bei der Verschmelzung mittels des Plass istrahls Zusammensetzungen mit einem hexagonalen Kristallsystem bilden.