EP3818188A1 - Verfahren zur herstellung eines metallischen halbzeugs oder fertigteils als werkstoffverbund mit funktionalisierter oberfläche und derartiges halbzeug oder fertigteil - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines metallischen halbzeugs oder fertigteils als werkstoffverbund mit funktionalisierter oberfläche und derartiges halbzeug oder fertigteil

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EP3818188A1
EP3818188A1 EP19758888.2A EP19758888A EP3818188A1 EP 3818188 A1 EP3818188 A1 EP 3818188A1 EP 19758888 A EP19758888 A EP 19758888A EP 3818188 A1 EP3818188 A1 EP 3818188A1
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    • C23C4/134—Plasma spraying

Definitions

  • the invention relates to methods for producing a metallic semi-finished product or finished part as a composite with a functionalized surface, and to such semi-finished products or finished parts.
  • Refractory metals which is provided with a protective layer, and a method for its production.
  • the protective layer is a firmly adhering oxidation protection layer and / or thermal insulation layer which ensures deformability.
  • the protective layer can be applied by thermal spraying, arc spraying, plasma spraying or flame spraying.
  • the protective layer is limited to this layer itself.
  • the document DE 10 2009 026 655 B3 describes a method for
  • Electromechanical components or components or heat sinks with a metal matrix having at least one metal component and at least one reinforcing component arranged in the metal matrix are known.
  • at least one component is replaced by a thermal one
  • Spraying method sprayed onto a substrate.
  • the object of the invention specified in patent claims 1 and 9 is to produce a surface or layer provided with particles and to provide it as a semi-finished or finished part.
  • Semi-finished or finished parts are characterized in particular by the fact that a surface or layer provided with particles can be produced and provided as a semi-finished or finished part.
  • a metallic substrate as part of the semi-finished or finished part with at least one metallic layer, applying particles to the metallic layer and shaping the substrate with the metallic layer and the particles at a temperature lower than the melting temperature of the metallic substrate metallic layer and the particle.
  • a semi-finished or finished part is a composite of materials with at least one deposited metallic layer and with particles that are molded into the surface of the layer and / or into the layer by force, form and / or material fit by application and shaping.
  • MMC composite metal matrix composite
  • the metallic layer can or can after further training
  • Claim 3 by cladding, selective laser melting, selective laser sintering, electron beam melting, flame spraying,
  • Laser spraying, arc spraying, plasma spraying and / or cold gas spraying are applied.
  • the substrate with the metallic layer and the particles is formed according to the development of claim 4 by tensile, tensile, tensile, bending or shear deformation. For example, by rolling,
  • the substrate with the metallic layer and the particles is formed into a semi-finished or finished part according to the development of claim 5.
  • the particles are molded into the surface of the layer and / or into the layer in a force-fitting, form-fitting and / or cohesive manner.
  • the particles that change the tribology are advantageously molded into the surface of the layer and / or into the layer.
  • the particles which change the corrosion resistance are advantageously molded into the surface of the layer and / or into the layer.
  • the particles are, according to the further development of patent claim 10, force-fitting, form-fitting and / or cohesively molded into the surface of the layer and / or into the layer.
  • An embodiment of the invention is described in more detail below.
  • a metallic semi-finished or finished part as a composite is made by
  • a semifinished product or finished part is thus realized as a material composite with at least one deposited metallic layer and with particles that are molded into the surface of the layer and / or integrally into the surface of the layer and / or into the layer by application and reshaping.
  • a substrate consisting of magnesium is coated with aluminum by cold gas spraying, to which particles of tungsten carbide-cobalt hard metal have also been applied.
  • particles of tungsten carbide-cobalt hard metal have also been applied.
  • forging the particles are molded into the surface of the aluminum at a temperature lower than (aluminum 933.35 K; magnesium 923 K) 923 K. So that's a

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines metallischen Halbzeugs oder Fertigteils als Werkstoffverbund mit funktionalisierter Oberfläche und derartige Halbzeuge oder Fertigteile. Die Verfahren und die derartigen Halbzeuge oder Fertigteile zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass eine mit Partikeln versehene Oberfläche oder Schicht herstellbar und als Halbzeug oder Fertigteil bereitstellbar ist. Dazu erfolgt ein Beschichten eines metallischen Substrats als Bestandteil des Halbzeugs oder Fertigteils mit einer metallischen Schicht, ein Aufbringen von Partikeln auf die metallische Schicht und ein Umformen des Substrats mit der metallischen Schicht und den Partikeln bei einer Temperatur kleiner der Schmelztemperaturen des metallischen Substrats, der metallischen Schicht und der Partikel. Ein Halbzeug oder Fertigteil ist dazu ein Werkstoffverbund mit einer abgeschiedenen metallischen Schicht und mit durch Aufbringen und Umformen in die Oberfläche der Schicht und/oder in die Schicht eingeformten Partikeln.

Description

Verfahren zur Herstellung eines metallischen Halbzeugs oder Fertigteils als Werkstoffverbund mit funktionalisierter Oberfläche und derartiges Halbzeug oder Fertigteil
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines metallischen Halbzeugs oder Fertigteils als Werkstoffverbund mit funktionalisierter Oberfläche und derartige Halbzeuge oder Fertigteile.
Die Druckschrift DE 10 2007 016 411 A1 offenbart ein Halbzeug aus
Refraktärmetallen, welches mit einer Schutzschicht versehen ist, und eine Verfahren zu dessen Herstellung. Die Schutzschicht ist dazu eine fest haftende und eine Umformbarkeit gewährleistende Oxidationsschutzschicht und/oder Wärmedämmschicht. Die Schutzschicht kann durch thermisches Spritzen, Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen oder Flammspritzen aufgebracht sein. Die Schutzschicht ist auf diese Schicht an sich eingeschränkt.
Durch die Druckschrift DE 10 2009 026 655 B3 ist ein Verfahren zur
Herstellung eines Metallmatrix-Verbundwerkstoffs für Leiterbahnen,
elektromechanische Bauelemente oder Komponenten oder Kühlkörper mit einer mindestens eine Metallkomponente aufweisenden Metallmatrix und zumindest einer in der Metallmatrix angeordneten Verstärkungskomponente bekannt. Dazu wird zumindest eine Komponente durch ein thermisches
Spritzverfahren auf ein Substrat gespritzt.
Der in den Patentansprüchen 1 und 9 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit Partikeln versehene Oberfläche oder versehene Schicht herzustellen und als Halbfabrikat oder Fertigteil bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1 und 9 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Die Verfahren zur Herstellung eines metallischen Halbzeugs oder Fertigteils als Werkstoffverbund mit funktionalisierter Oberfläche und die derartigen Halbzeuge oder Fertigteile zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass eine mit Partikeln versehene Oberfläche oder Schicht herstellbar und als Halbzeug oder Fertigteil bereitstellbar ist.
Dazu erfolgt ein Beschichten eines metallischen Substrats als Bestandteil des Halbzeugs oder Fertigteils mit wenigstens einer metallischen Schicht, ein Aufbringen von Partikeln auf die metallische Schicht und ein Umformen des Substrats mit der metallischen Schicht und den Partikeln bei einer Temperatur kleiner der Schmelztemperaturen des metallischen Substrats, der metallischen Schicht und der Partikel.
Ein Halbzeug oder Fertigteil ist dazu ein Werkstoffverbund mit wenigstens einer abgeschiedenen metallischen Schicht und mit durch Aufbringen und Umformen kraft-, form- und/oder stoffschlüssig in die Oberfläche der Schicht und/oder in die Schicht eingeformten Partikeln.
Das Verfahren und das Halbzeug oder das Fertigteil stellt damit eine
Kombination zweier Fertigungsverfahren mit dem Ziel dar, einen fest haftenden Werkstoffverbund zwischen einem metallischen Substrat und wenigstens einer abgeschiedenen Schicht zu erzeugen. Weiterhin erfolgt eine oberflächennahe Einformung von beliebig wählbaren Partikeln und/oder Partikelphasen, welche unter Ausnutzung der typischen Rauheitsprofile abgeschiedener Schichten dem Werkstoffverbund vor der Umformung aufgegeben und als Folge der
nachgelagerten Umformung kraft-, form- und/oder stoffschlüssig in der
Schichtoberfläche und/oder der Schicht verbleiben. So wird eine durch
Beschichten und nachträglichem Umformen partikelverstärkte Oberfläche und/oder ein MMC-Verbundwerkstoff (Metal-Matrix-Composite) realisiert. Damit können beispielsweise die Festigkeit, die Tribologie, die
Verschleißbeständigkeit, die Korrosionsbeständigkeit und/oder die thermische Stabilitäten gegenüber unverstärkten Werkstoffverbunden verbessert werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 8 und 10 angegeben. Die metallische Schicht wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 mit einem generativen Fertigungsverfahren aufgebracht.
Die metallische Schicht kann oder können nach der Weiterbildung des
Patentanspruchs 3 durch Auftragschweißen, selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern, Elektronenstrahlschmelzen, Flammspritzen,
Laserspritzen, Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen und/oder Kaltgasspritzen aufgebracht werden.
Das Substrat mit der metallischen Schicht und den Partikeln wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 durch Zug-, Zugdruck-, Zug-, Biege- oder Schubumformung umgeformt. Das kann beispielsweise durch Walzen,
Schmieden, Pressen oder Tiefziehen erfolgen.
Das Substrat mit der metallischen Schicht und den Partikeln wird nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 in ein Halbzeug oder ein Fertigteil umgeformt.
Die Partikel werden nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 mit der Umformung kraft-, form- und/oder stoffschlüssig in die Oberfläche der Schicht und/oder in die Schicht eingeformt.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 werden vorteilhafterweise die die Tribologie verändernden Partikel in die Oberfläche der Schicht und/oder in die Schicht eingeformt.
Nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 werden vorteilhafterweise die die Korrosionsbeständigkeit verändernden Partikel in die Oberfläche der Schicht und/oder in die Schicht eingeformt.
Die Partikel sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 kraft-, form- und/oder stoffschlüssig in die Oberfläche der Schicht und/oder in die Schicht eingeformte Partikel. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden näher beschrieben.
Im nachfolgenden Ausführungsbeispiel werden ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Halbzeugs oder Fertigteils als Werkstoffverbund mit funktionalisierter Oberfläche und ein derartiges Halbzeug oder Fertigteil zusammen näher beschrieben.
Ein metallisches Halbzeug oder Fertigteil als Werkstoffverbund wird durch
- Beschichten eines metallischen Substrats mit wenigstens einer metallischen Schicht,
- Aufbringen von Partikeln auf die metallische Schicht und
- Umformen des Substrats mit der metallischen Schicht und der Partikel bei einer Temperatur kleiner der Schmelztemperaturen des metallischen Halbzeugs, der metallischen Schicht und der Partikel
hergestellt.
Damit ist ein Halbzeug oder Fertigteil als Werkstoffverbund mit wenigstens einer abgeschiedenen metallischen Schicht und mit durch Aufbringen und Umformen kraft-, form- und/oder stoffschlüssig in die Oberfläche der Schicht und/oder in die Schicht eingeformten Partikeln realisiert.
In einer Ausführungsform ist ein aus Magnesium bestehendes Substrat durch Kaltgasspritzen mit Aluminium beschichtet, auf die weiterhin Partikel aus Wolframcarbid-Kobalt-Hartmetall aufgebracht wurden. Durch Schmieden sind die Partikel bei einer Temperatur kleiner als (Aluminium 933,35 K; Magnesium 923 K) 923 K die Oberfläche des Aluminiums eingeformt. Damit ist ein
Halbzeug eines Magnesium-Aluminium-Werkstoffverbundes mit Partikeln aus Wolframcarbid-Kobalt-Hartmetall realisiert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines metallischen Halbzeugs oder Fertigteils als Werkstoffverbund mit funktionalisierter Oberfläche mit den Schritten:
- Beschichten eines metallischen Substrats als Bestandteil des Halbzeugs oder Fertigteils mit wenigstens einer metallischen Schicht,
- Aufbringen von Partikeln auf die metallische Schicht und
- Umformen des Substrats mit der metallischen Schicht und den Partikeln bei einer Temperatur kleiner der Schmelztemperaturen des metallischen Substrats, der metallischen Schicht und der Partikel.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schicht mit einem generativen Fertigungsverfahren aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schicht durch Auftragschweißen, selektives Laserschmelzen, selektives Lasersintern, Elektronenstrahlschmelzen, Flammspritzen,
Laserspritzen, Lichtbogenspritzen, Plasmaspritzen und/oder Kaltgasspritzen aufgebracht wird.
4. Verfahren nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug mit der metallischen Schicht und den Partikeln durch Zug-,
Zugdruck-, Zug-, Biege- oder Schubumformung umgeformt wird.
5. Verfahren nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit der metallischen Schicht und den Partikeln in ein Halbzeug oder ein Fertigteil umgeformt wird.
6. Verfahren nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel mit der Umformung kraft-, form- und/oder stoffschlüssig in die
Oberfläche der Schicht und/oder in die Schicht eingeformt werden.
7. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die Tribologie verändernden Partikel in die Oberfläche der Schicht und/oder in die Schicht eingeformt werden.
8. Verfahren nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die Korrosionsbeständigkeit verändernden Partikel in die Oberfläche der Schicht und/oder in die Schicht eingeformt werden.
9. Halbzeug oder Fertigteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug oder das Fertigteil ein Werkstoffverbund mit wenigstens einer abgeschiedenen metallischen Schicht und mit durch Aufbringen und Umformen in die
Oberfläche der Schicht und/oder in die Schicht eingelagerten Partikeln ist.
10. Halbzeug nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel kraft-, form- und/oder stoffschlüssig in die Oberfläche der Schicht und/oder in die Schicht eingeformte Partikel sind.
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