DE4413306C1

DE4413306C1 - Reinforcing a construction component

Info

Publication number: DE4413306C1
Application number: DE4413306A
Authority: DE
Inventors: Heinz Huber; Karl-Heinz Suess; Rainer Rauh; Ursula Koch
Original assignee: Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1994-04-16
Filing date: 1994-04-16
Publication date: 1995-10-19
Anticipated expiration: 2014-04-17

Abstract

Reinforcing a component comprises applying a reinforcing layer having a thickness of at least 1 mm and a degree of density at least 99.5% and containing reinforcing particles by high velocity flame spraying of reinforcing particles mixed with a metal alloy powder. The reinforcing particles used are not coated and the powder particles hitting the component are maintained at a temperature 200-400 deg C above the melting temperature of the metal alloy.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verstärkung eines Bauteils und die Anwendung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for Reinforcing a component and applying it Procedure.

Steigender Kraftstoffverbrauch und zunehmendes Umweltbewußtsein machen im Automobilbau Leichtbaukonzepte notwendig. So bestehen die Bremsscheiben der Scheibenbremsen eines Kraftfahrzeuges im allgemeinen aus Gußeisen oder Stahl und besitzen damit ein erhebliches Gewicht. Dies hat zur Entwicklung von Leichtbaubremsscheiben auf Aluminumbasis geführt.Increasing fuel consumption and increasing Making environmental awareness in automotive engineering lightweight construction concepts necessary. So are the brake discs of the Disc brakes of a motor vehicle in general Cast iron or steel and therefore have a considerable Weight. This has led to the development of Lightweight brake discs based on aluminum.

So ist es bekannt, Bremsscheiben aus einer Mischung aus einem Aluminiumpulver und keramischen Partikeln pulvermetallurgisch herzustellen. Das Verfahren ist teuer und für Großserien unwirtschaftlich. Ferner ist es bekannt, Bremsscheiben durch Sprühkompaktieren herzustellen, also einem metallischen Sprühverfahren, in dem die Verstärkungspartikel dem Sprühstrahl aus der Aluminiumschmelze beigefügt werden. Nach einem anderen Verfahren werden die Verstärkungspartikel direkt in die Aluminiumschmelze eingerührt. Bei diesem Verfahren sind nur Verstärkungspartikel einsetzbar, die von der Aluminiumschmelze nicht angegriffen oder aufgelöst werden.So it is known to mix brake discs an aluminum powder and ceramic particles to manufacture by powder metallurgy. The process is expensive and uneconomical for large series. It is also known To manufacture brake discs by spray compacting, so a metallic spray process in which the Reinforcement particles from the spray jet Aluminum melt can be added. After another The reinforcement particles are directly into the process Aluminum melt stirred in. With this procedure are only Reinforcement particles can be used by the Aluminum melt cannot be attacked or dissolved.

Mit den geschilderten Verfahren werden Aluminiumbremsscheiben aus einem Metall-Matrix-Verbund werkstoff mit eingebetteten Verstärkungspartikeln erzeugt, d. h., die über ihre gesamte Dicke Verstärkungspartikel enthalten. Ein Vollwerkstoff aus mit Verstärkungspartikeln durchsetztem Aluminium ist jedoch spröde. Die Gefahr eines Bruchs einer solchen Bremsscheibe ist daher groß. Für die Bearbeitung der verstärkten Bereiche sind Diamantwerkzeuge notwendig. Für eine vollverstärkte Scheibe ist der Aufwand damit sehr hoch.With the procedures outlined Aluminum brake discs made of a metal-matrix composite material with embedded reinforcement particles generated, d. that is, over their entire thickness Reinforcement particles included. A solid material made from Reinforced aluminum is interspersed with brittle. The risk of such a brake disc breaking is therefore great. For machining the reinforced Areas require diamond tools. For one fully reinforced pane, the effort is very high.

Der obere Temperaturbereich, den eine Aluminium-Brems scheibe erreicht, liegt bei ca. 430°C, der einer Bremsscheibe aus Grauguß bei ca. 550°C. Bei gleicher mechanischer Reibbelastung treten damit bei einer Aluminium-Bremsscheibe im oberen Temperaturbereich um 100-150°C geringere Temperaturen auf, weil Aluminium eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist.The upper temperature range that an aluminum brake disc reached, is around 430 ° C, one Cast iron brake disc at approx. 550 ° C. At the same mechanical friction load occur with a Aluminum brake disc in the upper temperature range 100-150 ° C lower temperatures because aluminum is one has significantly higher thermal conductivity.

Durch Flammspritzen mit einem Metall, wie Nickel oder Cobalt, und Teilchen aus einem keramischen Material, z. B. Wolfram- oder Chromcarbid, ist es möglich, eine Verschleißschutzschicht auf metallische Bauteile aufzubringen, beispielsweise auf die Oberfläche von Walzen, Turbinenschaufeln oder Kolbenstangen. Damit die Wolfram- bzw. Chromcarbidteilchen durch die hohe thermische Belastung beim Flammspritzen sich nicht verändern oder geschädigt werden, werden sie mit dem Metall umhüllt. Zur Erzielung einer hohen Verschleißfestigkeit wird das Verhältnis zwischen dem keramischen Material und dem Metall so eingestellt, daß der Volumenanteil des keramischen Materials überwiegt. Die gebildeten Schichten weisen eine Porosität bis zu 10% und mehr auf. Sie besitzen daher nur eine geringe Festigkeit und aus diesem Grunde können sie auch nur mit einer Dicke von beispielsweise 100 bis 200 µm aufgetragen werden, weil sie sonst vom Grundwerkstoff abplatzen.By flame spraying with a metal such as nickel or Cobalt, and particles of a ceramic material, e.g. B. Tungsten or chromium carbide, it is possible to use one Wear protection layer on metallic components to apply, for example to the surface of rollers, Turbine blades or piston rods. So that the tungsten or Chromium carbide particles due to the high thermal Flame spray exposure does not change or are damaged, they are covered with the metal. For It will achieve high wear resistance Relationship between the ceramic material and the metal set so that the volume fraction of the ceramic Materials predominate. The layers formed have one Porosity up to 10% and more. You therefore only own low strength and because of this they can even with a thickness of, for example, 100 to 200 µm be applied, because otherwise they are from the base material flake off.

Zum Korrosionsschutz von Stahl durch Flammspritzen ist ein Aluminiumdraht erhältlich, der einen geringen Anteil von etwa 10 Vol.-% an Aluminiumoxid enthält. Damit wird jedoch nur ein mäßiger Verschleißschutz erreicht. Auch weist die mit diesem Draht herstellbare Schicht nur eine geringe Festigkeit auf und ist daher nur in dünner Schicht auftragbar.For corrosion protection of steel by flame spraying is a Aluminum wire available, which is a small proportion of contains about 10 vol .-% of aluminum oxide. With that, however only moderate wear protection achieved. Also points out only a small layer that can be produced with this wire Strength and is therefore only in a thin layer applyable.

Gegenüber der normalen Flammspritzpistole weist beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (englisch: High Velocity Oxygen Fuel oder HVOF) die Spritzpistole eine Laval-Düse auf, mit der der Spritzstrahl beschleunigt wird.Compared to the normal flame spray gun, the High speed flame spraying (English: High Velocity Oxygen Fuel or HVOF) the spray gun of a Laval nozzle with which the spray jet is accelerated.

Dabei wird beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen nach dem Stand der Technik das Pulver auf eine Temperatur von etwa 3000°C erhitzt ("Oberfläche + JOT" 1986, Seiten 12 bis 17) Diese Temperatur wird als erforderlich angesehen, um die Partikel aufzuschmelzen, damit sie in flüssigem Zustand auf das Bauteil auftreffen und damit eine Schacht hoher Dichte erzeugen, desgleichen eine innige Verbindung der Schicht mit dem Bauteil. Aufgrund dieser hohen Temperatur wird beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen entweder auf Verstärkungspartikel ganz verzichtet, oder, wenn Verstärkungspartikel eingesetzt werden, werden diese ummantelt.High-speed flame spraying is used after State of the art the powder to a temperature of about 3000 ° C heated ("Surface + JOT" 1986, pages 12 to 17) This temperature is considered necessary to achieve the Melt particles to keep them in a liquid state hit the component and thus a shaft of high density generate, as well as an intimate connection of the layer with the component. Because of this high temperature High speed flame spraying on either Reinforcement particles completely dispensed with, or if Reinforcement particles are used, these will be encased.

So wird nach der DE-OS 42 29 006 zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen ein Werkstoff verwendet, der entweder aus einer Legierung gebildet ist oder aus Metallkarbiden mit umgebender Metallmatrix aufgebaut ist. Nach EP-OS 459 693 wird zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen ein Gemisch aus einer Nickellegierung und einem Molybdänmetallpulver eingesetzt. Verstärkungspartikel werden nicht verwendet. Nach EP-OS 375 931 werden zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen zwar Verstärkungspartikel verwendet, diese sind jedoch mit einem Metall ummantelt.Thus, according to DE-OS 42 29 006 High speed flame spraying uses a material which is either formed from an alloy or from Metal carbides with a surrounding metal matrix is built up. According to EP-OS 459 693 High speed flame spraying a mixture of one Nickel alloy and a molybdenum metal powder used. Reinforcement particles are not used. According to EP-OS 375 931 become high-speed flame spraying Reinforcement particles are used, but these are with a Metal coated.

Bei der hohen Temperatur von mehreren Tausend Grad sollen die Verstärkungspartikel durch den Metallüberzug vor einem Anschmelzen ihrer Oberfläche geschützt werden. Dadurch sollen die Partikel ihre kantige Struktur behalten, die für eine Verankerung in der Schicht notwendig ist. Beispielsweise würden bei einer Bremsscheibe durch die Reibungskraft die Verstärkungspartikel herausbrechen, wenn sie nicht fest verankert sind, wodurch die Verschleißfestigkeit zu wünschen übrig ließe, die durch die Partikel in die Schicht eingebracht werden soll. Auch würde der Reibungskoeffizient bei abgerundeten Verstärkungspartikeln wesentlich niedriger sein. Ferner wird eine Zersetzung der Verstärkungspartikel durch den Schutzüberzug verhindert, insbesondere der Metallkarbide. Darüberhinaus verhindert eine solche Schutzhülle aus Metall, daß sich durch Anschmelzen der Verstärkungspartikel keine Legierung bilden kann, die die Eigenschaften der Metallegierung beeinträchtigen würde, z. B. durch Erhöhung der Sprödigkeit, Inhomogenitäten usw.At the high temperature of several thousand degrees the reinforcement particles through the metal coating in front of you Melt their surface to be protected. Thereby the particles should keep their angular structure, which is important for anchoring in the layer is necessary. For example, with a brake disc Frictional force break out the reinforcement particles when they are not firmly anchored, causing the Wear resistance left something to be desired by the Particles should be introduced into the layer. Also would the coefficient of friction with rounded Reinforcement particles can be significantly lower. Further is a decomposition of the reinforcement particles by the Protective coating prevents, especially the metal carbide. In addition, such a protective cover prevents Metal that is formed by melting the reinforcement particles cannot form an alloy that has the properties of Metal alloy would affect, e.g. B. by increasing brittleness, inhomogeneities, etc.

Neben der aufwendigeren Herstellung der Verstärkungspartikel hat die Metallhülle jedoch einen entscheidenden Nachteil. Dadurch wird nämlich die Größe der Verstärkungspartikel begrenzt. Um die Metallhülle aufzuschmelzen, darf diese nämlich nicht zu groß sein. D.h., bei Verstärkungspartikeln mit einer größeren Korngröße wird der Durchmesser der Metallhülle und damit die Masse der Metallhülle so groß, daß die Energie, die während der extrem kurzen Flugzeit beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen auf die Metallhülle übertragen wird, nicht mehr ausreicht, um diese aufzuschmelzen.In addition to the more complex production of the The metal shell, however, has a reinforcing particle crucial disadvantage. This is because the size of the Reinforcement particles limited. Around the metal shell to melt, it must not be too large. That is, for reinforcement particles with a larger grain size becomes the diameter of the metal shell and thus the mass The metal shell is so large that the energy generated during the extremely short flight time at High speed flame spraying on the metal shell transferred, is no longer sufficient to this to melt.

So beträgt nach der DE-OS 42 29 006 die Korngröße der Partikel maximal 50 µm oder nach EP-OS 375 931 53 µm, und zwar die Korngröße der ummantelten Partikel, d. h. die Korngröße der Verstärkungspartikel, also der Kerne, ist noch wesentlich kleiner.According to DE-OS 42 29 006, the grain size is Particles maximum 50 µm or according to EP-OS 375 931 53 µm, and the grain size of the coated particles, d. H. the Grain size of the reinforcement particles, i.e. the cores even much smaller.

Aufgabe der Erfindung ist es, ohne Beeinträchtigung seiner übrigen Eigenschaften ein Bauteil aus einer Metallegierung wesentlich zu verstärken.The object of the invention is without affecting its other properties a component made of a metal alloy to strengthen significantly.

Dies wird erfindungsgemäß mit dem im Anspruch 1 gekennzeichneten Verfahren erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.This is according to the invention with that in claim 1 marked procedure achieved. In the subclaims are advantageous embodiments of the invention reproduced.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch Hochgeschwindigkeitsflammspritzen eine Verstärkungsschicht, also eine Schicht aus einer Metallmatrix mit darin eingebetteten Verstärkungspartikeln gebildet, die einen hohen Dichtegrad von 99,5 Vol.-% oder mehr aufweist, und zwar mit einer Dicke von mindestens 1 mm bis zu mehreren, beispielsweise 5 oder gar 10 mm. D. h., die Verstärkungsschicht weist eine so hohe Festigkeit auf, daß sie, losgelöst vom Grundwerkstoff, einen freitragenden Körper bilden wurde.According to the method of the invention High speed flame spraying a reinforcing layer, So a layer of a metal matrix with it embedded reinforcement particles that form a has a high degree of density of 99.5 vol .-% or more, and with a thickness of at least 1 mm up to several, for example 5 or even 10 mm. That is, the Reinforcement layer has such a high strength that detached from the base material, it is self-supporting Body was formed.

Der Grundwerkstoff, also der Werkstoff, aus dem das Bauteil besteht, kann eine Leichtmetallegierung sein, also insbesondere eine Aluminium- oder Magnesiumlegierung. Jedoch ist auch die Verstärkung von Bauteilen aus anderen Metallen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, insbesondere von Bauteilen aus Kupfer- oder Nickellegierungen, Stahl oder Grauguß. The base material, i.e. the material from which the component is made exists, can be a light alloy, so especially an aluminum or magnesium alloy. However, the reinforcement of components from others Metals possible using the method according to the invention, in particular of components made of copper or Nickel alloys, steel or cast iron.

Der Gehalt der Verstärkungspartikel in der Verstärkungsschicht kann dabei über die gesamte Dicke der Verstärkungsschicht gleich sein oder sich graduell ändern. So kann der Gehalt der Verstärkungspartikel in dem dem Bauteil zugewandten Bereich der Verstärkungsschicht gering oder Null sein, um durch einen hohen Metallgehalt der Verstärkungsschicht eine feste Bindung mit dem Bauteil zu erreichen.The content of the reinforcement particles in the Reinforcement layer can over the entire thickness of the Reinforcement layer be the same or change gradually. So the content of the reinforcing particles in the Component-facing region of the reinforcement layer is small or be zero, due to a high metal content of the Reinforcement layer a firm bond with the component to reach.

Im allgemeinen beträgt der Gehalt der Verstärkungspartikel in der Verstärkungsschicht jedoch höchstens 50 Vol.-%, damit der hohe Dichtegrad von 99,5 Vol.-% erreicht wird. Damit eine ausreichende Verstärkung erzielt wird, sollte der Gehalt der Verstärkungspartikel in der Verstärkungsschicht jedoch nicht weniger als 10 Vol.-% und bei Aufbringen einer Verstärkungsschicht mit sich graduell änderndem Verstärkungspartikelgehalt im Mittel nicht weniger als 10 Vol.-% betragen.In general, the content of the reinforcing particles is in the reinforcement layer, however, at most 50% by volume, so that the high density of 99.5% by volume is achieved. In order for sufficient reinforcement to be achieved the content of the reinforcement particles in the Reinforcing layer, however, not less than 10% by volume and when applying a reinforcement layer gradually with itself changing reinforcement particle content on average not be less than 10% by volume.

Die Teilchengröße der Verstärkungspartikel beträgt vorzugsweise nicht mehr als 100 µm, da sonst eine zu rauhe Oberfläche auftritt. Um ein Durchschmelzen der Metallegierungspulverteilchen sicherzustellen, sollte auch die Teilchengröße der Metallegierungspulverteilchen nicht größer als 100 µm sein.The particle size of the reinforcement particles is preferably not more than 100 µm, otherwise one too rough Surface occurs. To melt through the Ensuring metal alloy powder particles should also the particle size of the metal alloy powder particles is not be larger than 100 µm.

Das Metallegierungspulver besteht vorzugsweise aus einer Leichtmetallegierung, insbesondere einer Aluminium-, Magnesium- oder Titanlegierung.The metal alloy powder preferably consists of a Light metal alloy, especially an aluminum, Magnesium or titanium alloy.

Die Verstärkungspartikel können aus einem keramischen Material bestehen, wie Siliciumcarbid (SiC), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Borcarbid (B₄C), Magnesiumoxid (MgO), Titanborid (TiB₂) oder Gemischen davon. Siliciumcarbid und Aluminiumoxid werden wegen ihrer großen Härte und ihres geringen spezifischen Gewichts bevorzugt. Es können jedoch auch andere Hartstoffe eingesetzt werden, also Stoffe, die eine Mohssche Härte von wenigstens 8 aufweisen.The reinforcement particles can be made of a ceramic Material consist of such as silicon carbide (SiC), aluminum oxide (Al₂O₃), boron carbide (B₄C), magnesium oxide (MgO), titanium boride (TiB₂) or mixtures thereof. Silicon carbide and Aluminum oxide are because of their great hardness and their low specific weight preferred. However, it can other hard materials are also used, i.e. substances that have a Mohs hardness of at least 8.

Weiterhin sind als Verstärkungspartikel metallische Partikel, z. B. aus Titan, Nickel oder Wolfram, einsetzbar, desgleichen Partikel aus Silicium-Metall.Furthermore, metallic reinforcement particles Particles, e.g. B. made of titanium, nickel or tungsten, likewise particles made of silicon metal.

Ferner können Gleitstoffpartikel zugesetzt werden, beispielsweise Bornitrid (BN) oder Graphit.Lubricant particles can also be added for example boron nitride (BN) or graphite.

Die Verstärkungspartikel werden dabei vorzugsweise im gemahlenen Zustand ohne Nachbehandlung, d. h. mit einer freien Oberfläche eingesetzt, also insbesondere nicht mit einer Metallschicht bedeckt, wie die Hartstoffpartikel, die sonst zum Flammspritzen verwendet werden. Wenn die keramischen Partikel, also z. B. SiC- oder WC-Partikel, mit einer Metallschicht bedeckt werden, wird nämlich das Metall durch die Wärmeleitung des keramischen Materials nicht durchgeschmolzen, so daß der erfindungsgemäße hohe Dichtegrad von mindestens 99,5 Vol.-% nicht erreichbar ist.The reinforcement particles are preferably in the ground condition without post-treatment, d. H. with a free surface used, in particular not with covered with a metal layer, like the hard particles that otherwise be used for flame spraying. If the ceramic particles, e.g. B. SiC or WC particles with a metal layer will be covered, namely the metal due to the heat conduction of the ceramic material melted so that the high according to the invention Density of at least 99.5 vol .-% is not attainable.

Um andererseits die unbedeckten Verstärkungspartikel nicht zu schädigen, erfolgt erfindungsgemäß das Hochgeschwindigkeitsflammspritzen mit einer relativ niedrigen Temperatur, so daß die Teilchen beim Auftreffen auf das zu beschichtende Bauteil eine Temperatur aufweisen, die um lediglich 200 bis 400°C über dem Schmelzpunkt des Metallegierungspulvers liegt, bei Verwendung einer Aluminiumlegierung als Metallegierung, also beispielsweise bei 800 bis 950°C. Die Auftrefftemperatur kann mit einem Hochgeschwindigkeitspyrometer bestimmt werden. Zugleich verhindert die hohe Geschwindigkeit der Partikel beim Auftreffen von ca. 400 bis 900 m/s und damit deren extrem kurze Flugzeit eine Beeinträchtigung der Verstärkungspartikel. Andererseits führen die mit hoher Geschwindigkeit auftreffenden Verstärkungspartikel zu einer Verdichtung der geschmolzenen, vorher auf die Oberfläche der Verstärkungsschicht aufgetroffenen Metallegierungströpfchen und damit zu einem hohen Dichtegrad.On the other hand, the uncovered reinforcement particles not to damage, this is done according to the invention High speed flame spraying with a relative low temperature so that the particles on impact have a temperature on the component to be coated, which are only 200 to 400 ° C above Melting point of the metal alloy powder is Use of an aluminum alloy as a metal alloy, for example at 800 to 950 ° C. The Impact temperature with a High-speed pyrometer can be determined. At the same time prevents the high speed of the particles when Impact of approx. 400 to 900 m / s and thus their extreme short flight time an impairment of Reinforcing particles. On the other hand, they lead with high Reinforcement particles impacting at a speed Compaction of the melted, previously on the surface of the reinforcement layer Metal alloy droplets and thus to a high Density.

Zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Gemisch aus einem Pulver der Verstärkungspartikel sowie dem Metallegierungspulver verwendet.For high speed flame spraying, after inventive method a mixture of a powder the reinforcement particles and the metal alloy powder used.

Es ist jedoch auch möglich, die Verstärkungspartikel durch in situ Reaktion zu bilden. Damit können z. B. Verstärkungspartikel aus Titancarbid (TiC), Tantalcarbid (TaC), Borcarbid (B₄C), Siliciumcarbid (SiC), Siliciumnitrid (Si₃N₄) oder Bornitrid (Bn) gebildet werden. Bei der in situ Bildung werden im allgemeinen die das keramische Verstärkungsmaterial bildenden Elemente in der Metallschmelze umgesetzt, wodurch es sich als fein verteilte Dispersion in der Metallmatrix ausscheidet.However, it is also possible to pass through the reinforcement particles to form in situ reaction. So z. B. Reinforcement particles made of titanium carbide (TiC), tantalum carbide (TaC), boron carbide (B₄C), silicon carbide (SiC), Silicon nitride (Si₃N₄) or boron nitride (Bn) are formed. In in-situ education they are generally the ceramic reinforcing material forming elements in the Metal melt implemented, making it look fine distributed dispersion in the metal matrix.

So kann zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen beispielsweise ein Gemisch aus einem Aluminiumpulver, Titanpulver und Kohlenstoffpulver verwendet werden, um TiC-Verstärkungspartikel zu bilden. Wenn statt dem Titanpulver ein Tantal-, Bor- oder Siliciumpulver zugegeben wird, entstehen TaC-, B₄C- oder SiC-Verstärkungspartikel. Statt der Metallpulver bzw. reinem Bor- oder Siliciumpulver können auch Metallegierungen bzw. Bor- oder Siliciumlegierungen eingesetzt werden, um die Verstärkungspartikel in situ zu bilden. Die Verstärkungspartikel können in situ durch Fest/Fest-, Gasförmig/Fest-, Flüssig/Flüssig-, Gasförmig/Flüssig-Re aktionen entstehen.So for high speed flame spraying for example a mixture of an aluminum powder, Titanium powder and carbon powder are used to To form TiC reinforcement particles. If instead of the titanium powder a tantalum, boron or silicon powder is added, TaC, B₄C or SiC reinforcement particles are formed. Instead of the metal powder or pure boron or silicon powder can also metal alloys or boron or Silicon alloys are used to make the To form reinforcement particles in situ. The Reinforcement particles can be Gaseous / Solid, Liquid / Liquid, Gaseous / Liquid Re actions arise.

Weiterhin kann durch Einlagerung bestimmter Partikel in das Bauteil dessen Dämpfungsverhalten gezielt beeinflußt werden. So können z. B. Partikel aus Polymeren, beispielsweise Fluorkohlenstoff-Polymeren, wie Polytetrafluorethylen, eingesetzt werden. Alle Partikel, die sich vom E-Modul von der Matrixlegierung unterscheiden, wie Siliciumcarbid oder Aluminiumoxid, verändern den E-Modul der Verbundschicht und damit das Eigenresonanzverhalten. Damit wird direkt das Dämpfungsverhalten verändert bzw. verbessert. Auch ist die Einlagerung feinste Aluminiumoxid- oder Aluminiumnitrid-Par tikel möglich, z. B. aus Pulvern, die durch mechanisches Legieren hergestellt werden.Furthermore, by storing certain particles in the Component whose damping behavior is specifically influenced become. So z. B. particles of polymers, for example fluorocarbon polymers such as Polytetrafluoroethylene, can be used. All particles, which differ from the modulus of elasticity from the matrix alloy, such as silicon carbide or aluminum oxide, change the E-module of the composite layer and thus that Self-resonance behavior. This will directly Damping behavior changed or improved. That too is Storage of the finest aluminum oxide or aluminum nitride par article possible, e.g. B. from powders by mechanical Alloys.

Als Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole wird vorzugsweise eine Spritzpistole verwendet, bei der Luft zugeführt wird, um einen Kühlluftmantel zwischen dem Spritzstrahl und der Innenwand der Laval-Düse und des Expansionsrohres zu erzeugen. Damit wird verhindert, daß die geschmolzene Metallegierung sich an der Innenwand der Laval-Düse bzw. des sich daran anschließenden Expansionsrohres ansammelt, das zu diesem Zweck vorzugsweise sehr kurz ausgebildet wird.As a high speed flame spray gun preferably a spray gun used in the air is supplied to a cooling air jacket between the Spray jet and the inner wall of the Laval nozzle and the To produce expansion tube. This prevents the molten metal alloy is on the inner wall of the Laval nozzle or the one connected to it Expansion tube accumulates for this purpose is preferably very short.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vielseitig anwendbar. Es kann zur Herstellung von Reibbelägen, z. B. von Kupplungsscheiben, zur Versteifung von Lagerschalen, z. B. von Gleitlagern, zur Versteifung der Ringnuten für Kolbenringe, zur Versteifung von Kolbenböden, also um die zylindrische Geometrie des Kolbens zu erhalten, zur Beschichtung von Zylinderlaufflächen, zur Beschichtung von Fahrzeugeinstiegen, also der Fahrzeugtürschwelle oder zur Herstellung anderer Trittbeläge sowie zur Verstärkung von Wellen eingesetzt werden.The method according to the invention can be used in many ways. It can be used to produce friction linings, e.g. B. from Clutch plates, for stiffening bearing shells, e.g. B. of plain bearings, for stiffening the ring grooves for Piston rings, for stiffening piston crowns, i.e. around the to obtain cylindrical geometry of the piston Coating of cylinder surfaces, for coating Vehicle entrances, i.e. the vehicle door sill or to Manufacture of other step coverings and to reinforce Shafts are used.

Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren für Bauteile in der Luft- und Raumfahrt geeignet, z. B. Treibstoffventile, Kolben, Buchsen und dgl., sowie für Bauteile für Bahnsysteme, aber auch im konventionellen Maschinenbau. Furthermore, the method according to the invention is for components suitable in the aerospace industry, e.g. B. Fuel valves, pistons, bushings and the like, as well as for Components for rail systems, but also in conventional ones Mechanical engineering.

Als besonders geeignet hat sich das erfindungsgemäße Verfahren jedoch zur Herstellung der Bremsscheiben von Scheibenbremsen erwiesen. Dies sei anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur schematisch einen Schnitt durch eine Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole zur Beschichtung einer Bremsscheibe einer Scheibenbremse zeigt.The invention has been found to be particularly suitable However, method for manufacturing the brake discs from Disc brakes proven. This is based on the attached Drawing explained in more detail, the only figure schematically a cut through a High speed flame spray gun for coating shows a brake disc of a disc brake.

Die Hochgeschwindigkeitsflammspritzpistole 1 weist eine Brennkammer 2 auf, der über einen Anschluß 3 das Brenngas und Sauerstoff zugeführt wird und über den Anschluß 4 von einer Mischkammer das Spritzpulvergemisch aus dem Verstärkungspartikelpulver, z. B. aus Siliciumcarbid oder Aluminiumoxid, und einem Leichtmetallpulver, z. B. einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung, wobei der Anteil des Siliciumcarbids bzw. des Aluminiumoxids an dem Spritzpulvergemisch 20 bis 40 Vol.-% betragen kann.The high-velocity flame spray gun 1 has a combustion chamber 2, which the fuel gas and oxygen is supplied through a terminal 3 and the terminal 4 of a mixing chamber, the spraying powder mixture of the reinforcing particulate powder such. B. of silicon carbide or aluminum oxide, and a light metal powder, for. B. an aluminum or magnesium alloy, wherein the proportion of silicon carbide or aluminum oxide in the wettable powder mixture can be 20 to 40 vol .-%.

Der Spritzstrahl 5 wird in der Laval-Düse 6 und der Expansionsdüse 7 beschleunigt. Eine Kohlendioxidkühlung 8 ist im Bereich der Auftreffstelle 9 angeordnet. Die Bremsscheibe 10 rotiert mit einer Dreheinrichtung 11 während des Spritzvorgangs. Sie weist eine Ringnut 12 auf, die mit der Verstärkungsschicht 13 aufgefüllt wird. Die Pistole 1 wird dabei in radialer Richtung hin und her bewegt.The spray jet 5 is accelerated in the Laval nozzle 6 and the expansion nozzle 7 . A carbon dioxide cooling 8 is arranged in the area of the impact point 9 . The brake disc 10 rotates with a rotating device 11 during the spraying process. It has an annular groove 12 which is filled with the reinforcing layer 13 . The gun 1 is moved back and forth in the radial direction.

Die Bremsscheibe 10 besteht aus einer Aluminiumlegierung, also einem duktilen, warmfesten Trägerwerkstoff. Zugleich kann sie wie die herkömmlichen Bremsscheiben mit Kühlkanälen versehen sein.The brake disc 10 consists of an aluminum alloy, that is, a ductile, heat-resistant carrier material. At the same time, like the conventional brake discs, it can be provided with cooling channels.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch die lokale Einbettung der Verstärkungspartikel im Bereich der Reibfläche der Bremsscheibe 10 ein hoher Verstärkungspartikelgehalt bei einem sehr hohen Dichtegrad und damit hoher Festigkeit der Reibfläche erreicht. Wenn die gebildete Metallmatrixverbundwerkstoffschicht 13 mit einer Metallmatrix aus einer Aluminiumlegierung und Verstärkungspartikeln aus Siliciumcarbid oder Aluminiumoxid besteht, wird sowohl eine lange Lebensdauer der Bremsscheibe wie der Bremsbeläge der Scheibenbremse gewährleistet. Da nur eine lokale Verstärkung der Bremsscheibe erfolgt, ist der Kostenaufwand gering.With the method according to the invention, the local embedding of the reinforcement particles in the area of the friction surface of the brake disc 10 achieves a high reinforcement particle content with a very high degree of density and thus high strength of the friction surface. If the metal matrix composite material layer 13 formed with a metal matrix consists of an aluminum alloy and reinforcement particles made of silicon carbide or aluminum oxide, both a long service life of the brake disk and of the brake linings of the disk brake are ensured. Since there is only local reinforcement of the brake disc, the cost is low.

Claims

1. A method for reinforcing a component, characterized in that on the component by high-speed flame spraying with a powder of a metal alloy, a reinforcing layer containing reinforcing particles is applied with a density of at least 99.5 vol .-% in a thickness of at least 1 mm, with uncovered Reinforcement particles are used and the powder particles are held at a temperature which is 200 to 400 ° C. above the melting point of the metal alloy when they strike the component.

2. The method according to claim 1, characterized in that as a component a light metal, a copper, a Nickel or a steel or cast iron alloy is used.

3. The method according to claim 2, characterized in that an aluminum or aluminum alloy Magnesium alloy is used.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a decrease in salary of the reinforcement particles in the reinforcement layer for Component core is adjusted.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a content of Reinforcing particles in the reinforcing layer of a maximum of 50% by volume is set.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the particle size is Reinforcement particles between 1 and 100 microns and des Metal alloy powder 5 to 100 microns are used.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that as a metal alloy powder Light metal alloy is used.

8. The method according to claim 7, characterized in that an aluminum, magnesium or titanium alloy is used.

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that reinforcing particles a ceramic material, a metal with a higher melting point than the metal alloy powder and / or silicon can be used.

10. The method according to claim 9, characterized in that as ceramic material silicon carbide, aluminum oxide, Boron carbide, magnesium oxide and / or titanium diboride be used.

11. The method according to claim 9, characterized in that as metal titanium, nickel or tungsten can be used.

12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the powder mixture Reinforcement particles and metal alloy Lubricant particles are added.

13. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized characterized in that the reinforcement particles by in situ reaction in high speed flame spraying be formed.

14. The method according to claim 13, characterized in that the reinforcement particles made of titanium carbide, tantalum carbide, Boron carbide, silicon carbide, silicon nitride or Boron nitride can be formed in situ.

15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the impact temperature of the Spray jet 800 to 950 ° C can be set.

16. Application of the method according to one of the preceding Claims for the manufacture of a brake disc or Friction linings, for stiffening bearing shells, the Ring grooves for piston rings, the piston crown or of Shafts as well as for coating cylinder running surfaces, Valves, vehicle boarding or step coverings.