WO2005014208A1 - Durch ein thermisches spritzverfahren abgeschiedene freitragende dreidimensionale bauteile - Google Patents

Durch ein thermisches spritzverfahren abgeschiedene freitragende dreidimensionale bauteile Download PDF

Info

Publication number
WO2005014208A1
WO2005014208A1 PCT/DE2004/001457 DE2004001457W WO2005014208A1 WO 2005014208 A1 WO2005014208 A1 WO 2005014208A1 DE 2004001457 W DE2004001457 W DE 2004001457W WO 2005014208 A1 WO2005014208 A1 WO 2005014208A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
metal
components
disperse phase
composite
alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2004/001457
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Grau
Tilman Haug
Alexander Sagel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of WO2005014208A1 publication Critical patent/WO2005014208A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/115—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by spraying molten metal, i.e. spray sintering, spray casting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/131—Wire arc spraying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/18—After-treatment
    • C23C4/185—Separation of the coating from the substrate

Definitions

  • the invention relates to self-supporting three-dimensional components, in particular semi-finished products for the automotive industry, made of a metal / metal composite (IMC) or a metal / ceramic composite (cermet) and their production by means of a thermal spraying process, in particular by means of arc wire spraying.
  • IMC metal / metal composite
  • cermet metal / ceramic composite
  • the properties of known metals or alloys are often no longer sufficient for the highest thermal and tribological applications. This can often be remedied by providing metallic components at the particularly exposed points with thermal or tribological protective layers made of metal / metal composite (IMC) or a metal / ceramic composite (cermet).
  • IMC metal / metal composite
  • ceramic metal / ceramic composite
  • the disperse phase made of metal or ceramic has a significantly higher thermal and / or mechanical resistance than the metal matrix.
  • the approach is followed to integrate lubricants or lubricants (self-lubricating substances) as a disperse phase in the metal matrix.
  • This massive three-dimensional body plays a homogeneous one compared to the quasi two-dimensional layers Phase distribution and an even structure build an important role.
  • the composite materials known from the layer systems sometimes have very complex chemical or structural compositions which are not represented by conventional metal-processing manufacturing processes
  • EP 090115 A1 shows a process for producing semi-finished products or products made from an Fe- or Ni-based alloy with small additions of Ti.
  • the problem of segregation or uneven homogenization is solved in that the liquid metal melt is atomized by means of a gas stream and the intermediate step is directly deposited as a homogeneous solid on a substrate. If necessary, the substrate is continuously moved away from the nozzle, so that an elongated semi-finished product is produced.
  • the process is very similar to metal powder production.
  • the process has the disadvantage for the production of composite materials that the components for the disperse phase of the composite material are exposed to the metallic melt for a long time, which can lead to chemical conversions and in particular segregation between the components of the disperse phase and the melt is not excluded is, so that corresponding inhomogeneities form in the composite material.
  • a method is known from DE 40 06 410 C2 to obtain semi-finished products made of copper or a copper alloy with dispersed carbon particles.
  • the spray compacting method is preferably used.
  • a melt is broken down into droplets by a gas jet in a suitable nozzle and the drops are collected again on a base to form a solid body.
  • Dispersion particles can be introduced into the melt droplet jet and in this way solid bolts and slabs with dispersed particles can be produced.
  • a protective gas or gas mixture protecting against oxidation is preferably used to atomize the melt. For example, soot or graphite particles are introduced into a melt droplet jet of carbon-free copper with an auxiliary gas jet.
  • the method presented is restricted to narrow areas in terms of the quantity ratios of the main jet to the auxiliary jet, which leads to a restriction of the volume ratios of matrix and disperse phase in the composite material.
  • the complete and homogeneous mixing of the different material jets proves to be difficult.
  • the object is achieved by a self-supporting three-dimensional component with the features of claim 1 and a method with the features of claim 12 solved.
  • the component is constructed from a thermally sprayed composite material composed of a metallic matrix and a metallic or ceramic disperse phase.
  • the disperse phase is homogeneously distributed over the volume of the component, with an even structure.
  • the particle size in the disperse phase is, according to the invention, 1 to 200 ⁇ m and preferably 5 to 75 ⁇ m.
  • the components according to the invention also include gradient materials in which the composition of the composite material changes continuously along one of its spatial directions.
  • gradient materials in which the composition of the composite material changes continuously along one of its spatial directions.
  • the outer dimensions of the component differ fundamentally from the known thermally deposited layers in that they are three-dimensionally constructed compared to the quasi two-dimensional layers. While the layers typically have only microscopic dimensions in the thickness direction, the external dimensions of the bodies according to the invention or components are in the macroscopic range. The external dimensions of the components are typically above 0.5 cm and preferably above 1 cm. In addition to small parts, semi-finished or finished parts with dimensions of several meters are also among the self-supporting components according to the invention.
  • An essential feature of the components according to the invention is that they have a homogeneous structure and are essentially crack-free. Crack-free is understood to mean the almost complete exclusion of macroscopic or material-weakening cracks.
  • the material may have microcracks, which are typically in the vicinity of the phase boundaries between the matrix and the disperse phase.
  • the crack length of the microcracks in contrast to the macrocracks, which are detected by the printout without cracks, is in the order of magnitude of the particle or grain size of the disperse phase, typically below approx. 100-200 ⁇ m.
  • a homogeneous structure means that the structure and the phase distribution do not change abruptly over the volume of the component.
  • the cohesive structural areas of the bodies or components according to the invention that are free of cracks or free of macro cracks are generally above 1 to several cm.
  • the entire component particularly preferably has no macroscopic cracks.
  • the thermally deposited component consists of a composite material with a metallic matrix and a very high content of metallic or ceramic disperse phase.
  • the content of the disperse phase is typically above 25% by volume, based on the material composite.
  • the volume fraction of the disperse phase is preferably above 30 vol% and particularly preferably in the range from 30 to 50 vol%.
  • the composite materials of the components according to the invention have a chemical phase distribution that can hardly be set by alternative production methods, in particular melt or powder metallurgical methods.
  • the components of the disperse phase in the composite material according to the invention have a limited solubility in the melt and solid phase of the metallic matrix. This means in particular that the components of the disperse phase, at least given the quantitative ratio of the individual components given by the overall composition of the composite material, cannot completely dissolve in the components of the matrix phase. A mixture gap thus occurs in the chemical system.
  • the solubility of the disperse phase, or of the chemical elements forming it, within the matrix is preferably below 90% by weight and particularly preferably below 50% by weight.
  • the disperse phase is formed by hard materials and wear-resistant materials. They are preferably the oxides, nitrides, carbides, Bcride or silicides of at least one representative of the group B, Al, Si, Ti, Zr, Cr, Mo, W , Nb or Ta and particularly preferably ceramic particles made of A1 2 0 3 , Ti0 2 , Zr0 2 , BN, Si 3 N 4 , titanium boride, SiC, WC, TiC, chromium carbide, MoSi 2 and / or titanium silicide.
  • light metals occur as a matrix and carbides, nitrides or silicides as a disperse phase.
  • Typical combinations are, for example, Al alloy / SiC, Al alloy / BN, Al alloy / TiC, or Al alloy / BC.
  • the AI alloys include in particular the titanium aluminides.
  • a particularly preferred embodiment of a component according to the invention consists of a matrix phase comprising a Light metal alloy based on Al and / or Ti, with a proportion in the range of 40 to 60 vol% and a disperse phase made of A1 2 0 3 , MoSi 2 , BN, Si 3 N 4 and / or SiC in one proportion from 40 to 60 vol%.
  • metal alloy as the matrix and metal oxide as the disperse phase, for example the combinations (Al alloy) / A1 2 0 3 , (Cu alloy) / Ti0 2 , (Fe alloy) / (Al 2 0 3 or Zr0 2 ).
  • the disperse phase comprises lubricants (self-lubricating substances).
  • lubricants self-lubricating substances.
  • the preferred representatives of these lubricants include MoS 2 , hex-BN, Ti0 2 , MgO, or C (graphite).
  • the sliding open can occur as the only disperse phase or together with the hard materials.
  • the volume fraction of the disperse phase formed by lubricant is preferably above 15% by volume and particularly preferably in the range from 25 to 50% by volume.
  • the inventive thermal spraying of the components of the composite material in particular prevents a long contact time between the metallic melt and the dispersed particles.
  • imbalance phases can be obtained, which are hardly obtainable, for example, by melt metallurgical production, since there is a long contact time between the components of the disperse phase and the melt of the matrix, during which the phase balance (thermodynamic equilibrium) can be established ,
  • the components are constructed from a composite material, the individual phases of which are in a large imbalance with one another.
  • These include in particular metal / metal composites, at which the disperse metal phase is at least partially soluble in the metal phase of the matrix.
  • These include, for example, the combinations matrix / disperse phase: - (steel or stainless steel) / (metal or alloy of at least one representative from the group Si, Ti, Cr, Co, Ni, Mo, W, Nb, Ta)
  • the content of the metallic disperse phase is above 5% by volume and preferably in the range from 5 to 35% by volume.
  • a particularly preferred composition of a component according to the invention is formed by a matrix phase made of an Fe alloy, in particular steel, or stainless steel with a proportion in the range from 40 to 60% by volume and a disperse phase made of metal or alloy of the elements Mo, Cr or Cu in a share of 40 to 60 vol%.
  • metallic alloys also includes the group of intermetallic compounds.
  • One of the advantageous uses of the components according to the invention are semi-finished products for motor vehicle construction.
  • the composite materials according to the invention are used in particular in the drive train of automobiles.
  • the light metals reinforced with ceramic phase are of interest for engine components.
  • the composite materials with Co-based alloy matrixes are of interest, for example, in the area of valves for motor vehicle engines.
  • Another aspect of the invention relates to the manufacturing process of the self-supporting components by means of thermal spraying processes.
  • the arc wire spraying process is one of the thermal spraying processes which are particularly preferred according to the invention for the production of cantilevered three-dimensional components made of a metal / metal composite (IMC) or a metal / ceramic composite (cermet) with a metallic matrix and a metallic or ceramic disperse phase ( LDS).
  • IMC metal / metal composite
  • ceramic metal / ceramic composite
  • LDS metallic or ceramic disperse phase
  • the outer dimensions of the thermally deposited components fundamentally differ from the known thermally deposited layers in that they are three-dimensionally constructed compared to the quasi two-dimensional layers.
  • This can be represented by the aspect ratio (A), which is defined as the ratio of the length (1) to the diameter (d) of a body.
  • A the aspect ratio
  • Diameter (d) is the maximum lateral extent in the layer plane and length (1) is given by the thickness or height J) of the deposited layer.
  • the diameter is defined in an analogous manner by the maximum lateral extent of the base layer, which is generally predetermined by the area of the substrate required for the thermal deposition.
  • the bodies according to the invention have an aspect ratio above 0.1.
  • the aspect ratio is preferably above 1.
  • the components according to the invention particularly preferably have an aspect ratio in the range from 1 to 10.
  • the method according to the invention typically leads to components with thicknesses, that is lengths (1), above 1 cm.
  • the homogeneous, crack-free, interconnected structural regions formed here are generally above 1 cm, preferably above several cm and particularly preferably in the size of (1) and / or (d).
  • the deposition of the component begins, as is customary for the layers, on a substrate.
  • the substrate is a so-called lost substrate. This is to be understood as a substrate tu which is removed after the component has been deposited. The substrate is generally destroyed.
  • the method according to the invention thus comprises the following essential method steps.
  • the components according to the invention have no base material or substrate that supports the thermally deposited material. Through the Removing the substrate creates a self-supporting three-dimensional component.
  • the lost substrate is a thermally stable material that can be easily removed from the formed component after thermal deposition. Oxide ceramics, salts, light metals or copper are particularly suitable as substrate material.
  • the lost substrate can be removed from the component by dissolving, chemical etching or by machining processes.
  • oxide ceramics are those which are known as molds for metallic investment casting, for example ceramics based on Al oxide, silicates or zircon.
  • the lost substrate covers at least 35% of the component surface immediately after the deposition.
  • the lost substrate preferably forms a molded shell or a molded core.
  • a procedure with a lost substrate in the form of a mold shell or mold cores has the advantage that even very complex structures, in particular complex and finely designed surface structures, of the components can be represented in a simple manner.
  • the LDS method according to the invention is preferred with high
  • LDS injection units are for the invention
  • Components preferably set deposition rates above 10 kg / h.
  • the optimal separation rate is also 20 kg / h and above.
  • deposition rates above 200 kg / h are also possible.
  • the high separation rates result in a rapid cooling of the spray particles and that the residence time of the particles forming the disperse phase in the melting phase is short. Chemical reactions and structural transformations of these particles are thus reduced to a minimum.
  • the LDS method uses at least two wires, at least one of which is a composite or cored wire.
  • the at least one composite or cored wire wire particularly preferably comprises a metal sheath or a continuous metal phase with a proportion of 20 to 80% by volume of the wire.
  • the metal sheath or the continuous metal phase typically give the wire the required mechanical stability.
  • the metal jacket or the continuous metal phase preferably encloses almost all of the essential components of the disperse phase of the material composite to be deposited.
  • the jacket or the continuous metal phase are preferably essentially built up from the components that form the later matrix of the composite material.
  • Prefers the jacket or the continuous metal phase is made of metal or alloy of one of the elements Al, Ti, Cr, Fe, Co, Mo, W, Nb, Ta, Cu and / or Sn; particularly preferably made of Al alloy, steel, stainless steel, Co-based alloy, Cu alloy, brass or bronze.
  • the components of the disperse phase are typically formed by particles or powder, which are enclosed by the sheath of the cored wire or the matrix of the composite wire.
  • the components of the disperse phase are preferably formed from particles of the oxides, nitrides, carbides, borides or silicides of a representative of the group B, Al, Si, Ti, Zr, Cr, Mo, W, Nb, Ta. Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiC, TiC, B 4 C, WC and / or MoSi 2 are particularly preferred.
  • the components of the disperse phase are essentially composed of a metal or an alloy of at least one representative from the group Ti, Cr, Co, Mo, W, Nb, Ta, Cu and / or Sn.
  • the components of the disperse phase contain molybdenum sulfide, hexagonal boron nitride, magnesium oxide and or graphite.
  • the powder particles used typically have sizes in the range from 0.5 to 100 ⁇ m.
  • a preferred '' Method "which for the erfi 'build suitable ⁇ dungssiee LDS method cored wire, is of metal foils, or metal strips made. The metal band is applied to the powdery components, rolled parallel to the longitudinal axis, and umgekrimmt In the same way, metal pipes can be filled with the other components and pulled out to form wires.
  • Another variant provides for the filled tubes to be rolled out into strips and to be cut into more or less flattened wires. For example, this process results in the composite wires being run.
  • At least one spray nozzle is operated with a composite wire and a solid wire, the solid wire comprising all essential components of the metallic phase of the composite material to be formed and no components of the disperse phase.
  • the LDS method according to the invention carries self-supporting three-dimensional components which generally have no macroscopic cracks.
  • the average crack length of the components obtainable in this way is preferably no longer than 10 times the average grain size in the structure of the component.
  • FIG. 1 micrograph of an injection molded cermet bearing component

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

Freitragende dreidimensionale Bauteil aus Metall/Metall-Verbundwerkstoff (IMC), oder Metall/Keramik-Verbundwerkstoff (Cermet), die mittels einer thermischen Abscheidung hergestellt sind, wobei die metallische oder keramische disperse Phase einen Anteil oberhalb 25 Vol % aufweist und Verfahren zur Herstellung mittels Lichtbogendrahtspritzens (LDS), insbesondere mithilfe verlorener Substrate, wobei zumindest fur die Cermet-Bauteile mindestens ein Fülldraht im LDS-Verfahren Verwendung findet.

Description

Durch ein thermisches Spritzverfahren abgeschiedene freitragende dreidimensionale Bauteile
Die Erfindung betrifft freitragende dreidimensionale Bauteile, insbesondere Halbzeuge für die Automobilindustrie, aus einem Metall/Metall-Verbundwerkstoff (IMC), oder einem Metall/Keramik-Verbundwerkstoff (Cermet) und deren Herstellung mittels eines thermischen Spritzverfahrens, insbesondere mittels Lichtbogendrahtspritzens .
Für höchste thermische und tribologische Anwendungen reichen die Eigenschaften bekannter Gebrauchsmetalle oder - legierungen vielfach nicht mehr aus. Häufig lässt sich hier Abhilfe schaffen, indem metallische Bauteile an den besonders exponierten Stellen mit thermischen oder tribologischen Schutzschichten aus Metall/Metall-Verbundwerks-off (IMC), oder einem Metall/Keramik-Verbundwerkstoff (Cermet) versehen werden. Im allgemeinen besitzt hierbei die disperse Phase aus Metall oder Keramik eine gegenüber der Metallmatrix deutlich erhöhte thermische und/oder mechanische Beständigkeit. Des weiteren wird auch der Ansatz verfolgt Schmier- oder Gleitstoffe (selbstschmierende Stoffe) als disperse Phase in die Metallmatrix zu integrieren.
Für viele Anwendungsfelder sind freitragende dreidimensionale Bauteile mit der aus diesen Schichten bekannten hohen thermischen und mechanischen Belastbarkeit wünschenswert. Dabei spielt für diese massiven dreidimensionalen Körper gegenüber den quasi zweidimensionalen Schichten eine homogene Phasenverteilung und ein gleichmäßiger Gefügeaufbau eine wichtige Rolle.
Die aus den Schichtsystemen bekannten Verbundwerkstoffe weisen zum Teil sehr komplexe chemische oder strukturelle Zusammensetzungen auf, die sich durch konventionelle metallverarbeitende Herstellungsverfahren nicht darstellen
So ist beispielsweise bei der schmelzmetallurgischen Herstellung der Verbundwerkstoffe häufig eine Segregation, ein chemischer Angriff oder eine Auflösung der dispersen Phase in der Schmelze zu beobachten. Ebenso kann auch die Rekristallisation der dispersen Phase wahrend der Herstellung zu unerwünschten Eigenschafüsänderunσen des Verbundwerkstoffes führen.
In der EP 090115 AI wird ein Verfahren aufgezeigt, um Halbzeuge oder Produkte aus einer Fe- oder Ni-basierten Legierung mit geringen Zusätzen an Ti herzustellen. Das Problem der Segregation bzw. der ungleichmäßigen Homogenisierung wird dadurch gelöst, dass die flüssige Metallschmelze mittels eines Gasstromes verdüst und direkt chne Zwischenschritt als homogener Feststoff auf einem Substrat abgeschieden wird. Gegebenenfalls wird das Substrat kontinuierlich von der Düse wegbewegt, sodass ein längliches Halbzeug entsteht. Das Verfahren ähnelt sehr der Metallpulver-Produktion .
Das Verfahren hat für die Herstellung von Verbundwerkstoffen den Nachteil, dass die Komponenten für die disperse Phase des Verbundwerkstoffs für längere Zeit der metallischen Schmelze ausgesetzt sind, was zu chemischen Umwandlungen führen kann und insbesondere eine Segregation zwischen den Komponenten der dispersen Phase und der Schmelze nicht ausgeschlossen ist, so dass sich entsprechende Inhomogenitäten im Verbundwerkstoff bilden.
Aus der DE 40 06 410 C2 ist ein Verfahren bekannt zu Halbzeugen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit dispergierten Kohlenstoffteilchen zu gelangen. Dabei wird vorzugsweise das Verfahren der Sprühkompaktierung eingesetzt. Bei dieser Methode wird eine Schmelze durch einen Gasstrahl in einer geeigneten Düse in Tröpfchen zerlegt und die Tropfen werden auf einer Unterlage wieder zu einem massiven Körper gesammelt. In den Schmelztröpfchenstrahl lassen sich Dispersionspartikel einbringen und auf diese Weise massive Bolzen und Brammen mit dispergierten Teilchen erzeugen. Zur Zerstäubung der Schmelze wird dabei vorzugsweise ein vor Oxidation schützendes Schutzgas oder Gasgemisch verwendet. So werden beispielsweise in einen Schmelztröpfchenstrahl aus kohlenstofffreiem Kupfer mit einem Hilfsgasstrahl Ruß- oder Graphitpartikel eingebracht.
Das vorgestellte Verfahren ist hinsichtlich der Mengenverhältnisse von Hauptstrahl zu Hilfsstrahl auf enge Bereiche eingeschränkt, was zu einer Beschränkung der Volumenverhältnisse von Matrix und disperser Phase im Verbundwerkstoff führt. Die vollständige und homogene Durchmischung der unterschiedlichen Materialstrahlen erweist sich als schwierig.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Bauteile mit hoher thermischer und mechanischer Belastbarkeit aus Verbundwerkstoffen mit homogener Phasenverteilung und gleichmäßigem Gefügeaufbau bereitzustellen und ein geeignetes kostengünstiges Verfahren zu deren Herstellung aufzuzeigen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein freitragendes dreidimensionales Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst .
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Bauteil aus thermisch gespritztem Verbundwerkstoff aus metallischer Matrix und metallischer oder keramischer disperser Phase aufgebaut ist. Die disperse Phase ist über das Volumen des Bauteils homogen verteilt, wobei ein gleichmäßiges Gefüge vorliegt. Die Partikelgröße in der dispersen Phase beträgt erfindungsgemäß 1 bis 200 μm und bevorzugt 5 bis 75 μm.
Zu den erfindungsgemäßen Bauteilen gehören auch Gradientenwerkstoffe, bei denen sich die Zusammensetzung des Verbundwerkstoffes entlang einer seiner Raumrichtungen kontinuierlich ändert. So kann es von Vorteil sein auf einer im Bauteil vorgesehenen Funktionsfläche gezielt einen hohen Gehalt an disperser Phase zu realisieren, während deren Anteil in Richtung auf die der Funktionsfläche abgewandten Seite kontinuierlich abnimmt.
Erfindungsgemäß unterscheiden sich die äußeren Abmessungen des Bauteils grundsätzlich von den bekannten thermisch abgeschiedenen Schichten, indem sie gegenüber den quasi zweidimensionalen Schichten dreidimensional aufgebaut sind. Während die Schichten typischerweise in Dickenrichtung nur mikroskopische Abmessungen aufweisen, liegen die äußeren Dimensionen der erfindungsgemäßen Körper, beziehungsweise Bauteile im makroskopischen Bereich. Typischerweise liegen die äußeren Abmessungen der Bauteile oberhalb 0,5 cm und bevorzugt oberhalb 1 cm. Neben Kleinteilen, gehören auch Halbzeuge oder Fertigteile mit Abmessungen von mehreren Metern zu den erfindungsgemäßen freitragenden Bauteilen. Wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Bauteile ist, dass sie homogen aufgebaut und im wesentlichen rissfrei sind. Unter rissfrei ist der nahezu vollständige Ausschluss von makroskopischen, oder den Werkstoff schwächenden Rissen zu verstehen. Dagegen kann der Werkstoff durchaus Mikrorisse aufweisen, die sich typischerweise im Umgebungsbereich der Phasengrenzen zwischen Matrix und disperser Phase befinden. Die Risslänge der Mikrorisse liegt dabei im Gegensatz zu den Makrorissen, die durch den Ausdruck rissfrei erfasst werden, im Größenordnungsbereich der Partikel- oder Korngröße der dispersen Phase, typischerweise unterhalb ca. 100-200 μm. Unter homogenem Aufbau ist zu verstehen, dass sich der Gefügeaufbau und die Phasenverteilung nicht sprunghaft über das Volumen des Bauteils ändern.
Die rissfrei, beziehungsweise frei von Makrorissen, zusammenhängenden Gefügebereiche der erfindungsgemäßen Körper oder Bauteile liegt in der Regel oberhalb 1 bis mehrerer cm. Besonders bevorzugt weist das gesamte Bauteil keir-e makroskopischen Risse auf.
In einer der bevorzugten erfinderischen Ausgestaltungen besteht das thermisch abgeschiedene Bauteil aus einem Materialverbund mit metallischer Matrix und einem sehr hohen Gehalt an metallischer oder keramischer disperser Phase. Der Gehalt der dispersen Phase liegt typischerweise oberhalb 25 Vol%, bezogen auf den Materialverbund. Bevorzugt liegt der Volumenanteil der dispersen Phase oberhalb 30 Vol% und besonders bevorzugt im Bereich von 30 bis 50 Vol%.
Insbesondere weisen die erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffe der Bauteile eine chemische Phasenverteilung auf, die durch alternative Herstellungsverfahren, insbesondere schmelz-, oder pulvermetallurgische Verfahren, kaum einstellbar ist. Die Komponenten der dispersen Phase besitzen im erfindungsgemäßen Materialverbund eine begrenzte Löslichkeit in der Schmelz- und Festphase der metallischen Matrix. Dies bedeutet insbesondere, dass sich die Komponenten der dispersen Phase, zumindest bei dem durch die Gesamt-Zusammenserzung des Verbundwerkstoffs gegebenen Mengenverhältnis der einzelnen Komponenten nicht vollständig in den Komponenten der Matrixphase lösen können. Im chemischen System tritt somit eine Mischungslücke auf.
Bevorzugt liegt die Löslichkeit der dispersen Phase, beziehungsweise der sie bildenden chemischen Elemente, innerhalb der Matrix unterhalb 90 Gew% und besonders bevorzugt unterhalb 50 Gew% .
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird die disperse Phase durch Hartstoffe und verschleißfeste Stoffe gebildet, Sie sind bevorzugt die Oxide, Nitride, Carbide, Bcride oder Silizide mindestens eines Vertreters der Gruppe B, AI, Si, Ti, Zr, Cr, Mo, W, Nb oder Ta und besonders bevorzugt keramische Partikel aus A1203, Ti02, Zr02, BN, Si3N4, Titanborid, SiC, WC, TiC, Chromcarbid, MoSi2 und/oder Titansilizid.
In einer bevorzugten Materialko binaticn des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs treten Leichtmetalle als Matrix und Carbide, Nitride oder Silizide als disperse Phase auf. Typische Kombinationen sind beispielsweise Al- Legierung/SiC, Al-Legierung/BN, Al-Legierung/TiC, oder Al- Legierung/BC. Zu den AI-Legierungen sind hierbei insbesondere auch die Titanaluminide zu zählen.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Bauteils besteht aus einer Matrixphase aus einer Leichtmetall-Legierung auf der Basis von AI und/oder Ti, mit einem Mengenanteil im Bereich von 40 bis 60 Vol% und einer dispersen Phase aus A1203, MoSi2, BN, Si3N4 und/oder SiC in einem Anteil von 40 bis 60 Vol%.
Zu den weiteren bevorzugten Materialkombinationen zählen Metalllegierung als Matrix und Metalloxid als disperse Phase, beispielsweise die Kombinationen (AI-Legierung) /A1203, (Cu- Legierung) /Ti02, (Fe-Legierung) / (Al203 oder Zr02) .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die disperse Phase Gleitstoffe (selbstschmierende Stoffe) . Zu den bevorzugten Vertretern dieser Gleitstoffe gehören MoS2, hex- BN, Ti02, MgO, oder C (Graphit) . Die Gleits offe können als einzige disperse Phase oder zusammen mit den Hartstoffen auftreten. Bevorzugt liegt der Volumenanteil der durch Gleitstoff gebildeten dispersen Phase oberhalb 15 Vol% und besonders bevorzugt im Bereich von 25 bis 50 Vol%.
Durch das erfindungsgemäße thermische Spritzen der Komponenten des Verbundwerkstoffes wird insbesondere eine lange Kontaktzeit zwischen metallischer Schmelze und dispergierten Partikeln verhindert. Hierdurch lassen sich insbesondere auch Ungleichgewichts-Phasen erhalten, wie sie beispielsweise durch eine schmelzmetallurgische Herstellung kaum erhältlich sind, da hier eine lange Kontaktzeit zwischen den Komponenten der dispersen Phase und der Schmelze der Matrix besteht, in der sich das Phasengleichgewicht (thermodynamisches Gleichgewicht) einstellen kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Bauteile aus einem Verbundwerkstoff aufgebaut, deren einzelne Phasen in starkem Ungleichgewicht zueinander stehen. Hierzu zählen insbesondere Metall/Metall-Verbundwerkstoffe, bei denen die disperse Metallphase zumindest teilweise in der Metallphase der Matrix löslich ist. Hierzu gehören beispielsweise die Kombinationen Matrix/disperse Phase: -(Stahl oder Edelstahl) / ( Metall oder Legierung mindestens eines Vertreters der Gruppe Si, Ti, Cr, Co, Ni, Mo, W, Nb, Ta)
- oder (Cu, Bronze oder Messing) / (Metall oder Legierung mindestens eines Vertreters der Gruppe Zn, Ni, Sn, Si, Ti)
- oder (Co-Basislegierung) / ( Metall oder Legierung mindestens eines Vertreters der Gruppe Ni, Mo, Cu, Cr, Mn)
- oder (AI-Legierung) / ( Metall oder Legierung mindestens eines Vertreters der Gruppe Cu, Cr, Mn) .
Der Gehalt an metallischer disperser Phase liegt hierbei erfindungsgemäß oberhalb 5 Vol% und bevorzugt im Bereich von 5 bis 35 Vol%.
Eine besonders bevorzugte Zusammensetzung eines erfindungsgemäßen Bauteils wird durch eine Matrixphase aus einer Fe- Legierung, insbesondere Stahl, oder Edelstahl mit einem Mengenanteil im Bereich von 40 bis 60 Vol% und einer dispersen Phase aus Metall- oder Legierung der Elemente Mo, Cr oder Cu in einem Anteil von 40 bis 60 Vol% gebildet.
Der Begriff der metallischen Legierungen bezieht insbesondere auch die Gruppe der intermetallischen Verbindungen mit ein.
Eine der vorteilhaften Verwendungen der erfindungsgemäßen Bauteile sind Halbzeuge für den Kraftfahrzeugbau. Die erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffe finden insbesondere im Antriebsstrang von Automobilen Verwendung. Beispielsweise sind die mit keramischer Phase verstärken Leichtmetalle für Motorkomponenten von Interesse. Die Verbundwerkstoffe mit Matrix aus Co-Basislegierungen sind beispielsweise im Bereich der Ventile von Kfz-Motoren von Interesse.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf das Herstellungsverfahren der freitragenden Bauteile mittels thermischer Spritzverfahren.
Im Prinzip sind als thermische Spritzverfahren viele der bekannten Verfahren zum thermischen Abscheiden von Schichtmaterialien aus Composite-Werkstoffen geeignet. Wesentlich ist hierbei jedoch, dass das Verfahren hohe Abscheideraten und eine große Materialvielfalt zulässt, wobei sehr homogene Schichten gebildet werden.
Zu den erfindungsgemäß besonders bevorzugten thermischen Spritzverfahren zur Herstellung von freitragenden dreidimensionalen Bauteilen aus einem Metall/Metall- Verbundwerkstoff (IMC) , oder einem Metall/Keramik- Verbundwerkstoff (Cermet) mit metallischer Matrix und einer metallischen oder keramischen dispersen Phase zählt das Lichtbogendraht-Spritzverfahren (LDS) . Durch dieses Verfahren sind eine hohe Abscheiderate und eine sehr große Materialvielfalt gewährleistet. Insbesondere werden hierbei sehr homogene Schichten gebildet, die sich je nach Materialauswahl auch rissfrei bis zu nahezu beliebige Schichtdicke abscheiden lassen.
Erfindungsgemäß unterscheiden sich die äußeren Abmessungen der thermisch abgeschiedenen Bauteile, insbesondere der mittels LDS abgeschiedenen Bauteile, grundsätzlich von den bekannten thermisch abgeschiedenen Schichten, indem sie gegenüber den quasi zweidimensionalen Schichten dreidimensional aufgebaut sind. Dies lässt sich durch das Aspektverhältnis (A) darstellen, das als Verhältnis von der Länge (1) zum Durchmesser (d) eines Körpers definiert ist. Bei den thermisch abgeschiedenen .. Schichten ist der Durchmesser (d) dabei die maximale laterale Ausdehnung in der Schichtebene und die Länge (1) ist durch die Dicke oder Höhe J ) der abgeschiedenen Schicht gegeben. Für die dreidimensionalen Körper wird der Durchmesser in analoger, Weise durch die maximale laterale Ausdehnung der Grundschicht definiert, die in der Regel durch die Fläche des zur thermischen Abscheidung benötigten Substrates vorgegeben ist.
Die erfindungsgemäßen Körper weisen ein Aspektverhältnis, oberhalb 0,1 auf. Bevorzugt liegt das Aspektverhältnis oberhalb 1. Besonders bevorzugt weisen die erfindungsgemäßen Bauteile ein Aspektverhältnis im Bereich von 1 bis 10 auf. Das erfindungsgemäße Verfahren führt typischerweise zu Bauteilen mit Dicken, das heißt Längen (1) , oberhalb 1 cm. Die hierbei gebildeten homogenen, sowie rissfrei zusammenhängenden Gefügebereiche liegen dabei im allgemeinen oberhalb 1 cm, bevorzugt oberhalb mehrerer cm und besonders bevorzugt in der Größe von (1) und/oder (d) .
Die Abscheidung des Bauteils beginnt ebenso wie dies für die Schichten üblich ist auf einem Substrat. Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Substrat um ein sogenanntes verlorenes Substrat. Hierunter ist ein Substrat tu verstehen, das nach dem Abscheidevorgang des Bauteils entfernt wird. Das Substrat wird hierbei im allgemeinen zerstört.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst somit die folgenden wesentlichen Verfahrensschritte .
- Abscheidung eines Materialverbundes aus mindestens einer Spritzdüse auf oder in einem verlorenen Substrat
- Entfernen des verlorenen Substrates.
Im Gegensatz zu den Schichten weisen die erfindungsgemäßen Bauteile keinen das thermisch abgeschiedene Material stützenden Grundwerkstoff oder Substrat auf. Durch die Entfernung des Substrates entsteht ein freitragendes dreidimensionales Bauteil.
3ei dem verlorenen Substrat handelt es sich um ein thermisch beständiges Material, das sich nach der thermischen Abscheidung in einfacher Weise vom gebildeten Bauteil ablösen lässt. Insbesondere sind als Substratmaterial Oxidkeramik, Salze, Leichtmetalle oder Kupfer geeignet.
Je nach chemischer Zusammensetzung von Substrat und oder Bauteilen kann das verlorene Substrat durch Auflösen, chemisches Ätzen oder durch spanabhebende Verfahren vom Bauteil entfernt werden. Unter den Oxidkeramiken sind diejenigen bevorzugt, welche als Gussformen für den metallischen Feinguss bekannt sind, beispielsweise Keramiken auf der Basis von Al-Oxid, Silikaten oder Zirkon.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, bedeckt das verlorene Substrat direkt nach der Abscheidung mindestens 35% der Bauteiloberfläche.
In einer weiteren Ausgestaltung sind mindestens 65% der
Oberfläche des verlorenen Substrats vom Bauteil umschlossen.
Bei diesen Ausgestaltungen bildet das verlorene Substrat bevorzugt eine Formschale oder einen Formkern. Die
Vorgehensweise mit verlorenem Substrat in Form von Formschale oder Formkerne hat den Vorteil, dass sich in einfacher Weise auch sehr komplexe Strukturen, insbesondere komplex und fein ausgestaltete Oberflächenstrukturen, der Bauteile darstellen lassen.
Das erfindungsgemäße LDS-Verfahren wird bevorzugt mit hohen
Auftragsraten und hohen Sprühstrahlgeschwindigkeiten durchgeführt.
Dies äußert sich in hohen Abscheideraten. Mit den üblichen
LDS-Spritzaggregaten werden für die erfindungsgemäßen Bauteile bevorzugt Abscheideraten oberhalb 10 kg/h eingestellt. Je nach Materialauswahl, Drahtbeschaffenheit, sowie Leistung der Spritzanlage liegt die optimale Abscheiderate auch bei 20 kg/h und darüber. Mit dicken Drähten hoher Leitfähigkeit sind auch Abscheideraten oberhalb 200 kg/h möglich.
Die hohen Abscheideraten bewirken eine schnelle Abkühlung der Sprühpartikel und dass die Verweilzeit der die disperse Phase bildenden Partikel in der Schmelzphase gering ist. Somit werden chemische Reaktionen und strukturelle Umwandlungen dieser Partikel auf ein Minimum reduziert.
Zur Abscheidung können auch mehrere Spritzdüsen gleichzeitig verwendet werden.
Materialvielfalt und Homogenität der Verbundwerkstoffe der erfindungsgemäßen Bauteile werden insbesondere dadurch erreicht, dass bei dem LDS-Verfahren mindestens zwei Drähte verwendet werden, von denen mindestens einer ein Composite- oder Fülldrahtdraht ist.
Besonders bevorzugt umfasst der mindestens ein Composite- oder Fülldrahtdraht einen Metallmantel oder eine durchgängige Metallphase mit einem Anteil von 20 bis 80 Vol% des Drahtes. Der Metallmantel oder die durchgängige Metallphase (Matrix eines Compositedrahtes) geben dem Draht dabei typischerweise die benötigte mechanische Stabilität. Bevorzugt umschließt der Metallmantel oder die durchgängige Metallphase alle der wesentlichen Komponenten der dispersen Phase des abzuscheidenden Materialverbundes nahezu vollständig.
Der Mantel oder die durchgängige Metallphase sind bevorzugt im wesentlichen aus den die spätere Matrix des Verbundwerkstoffs bildenden Komponenten aufgebaut. Bevorzugt ist der Mantel oder die durchgängige Metallphase aus Metall oder Legierung eines der Elemente AI, Ti, Cr, Fe, Co, Mo, W, Nb, Ta, Cu und/oder Sn aufgebaut; besonders bevorzugt aus Al-Legierung, Stahl, Edelstahl, Co-Basislegierung, Cu- Legierung, Messing oder Bronze.
Die Komponenten der dispersen Phase werden typischerweise durch Partikel oder Pulver gebildet, die vom Mantel des Fülldrahtes oder der Matrix des Compositedrahtes umschlossen sind.
Die Komponenten der dispersen Phase werden bevorzugt aus Partikeln der Oxide, Nitride, Carbide, Boride oder Silizide eines Vertreters der Gruppe B, AI, Si, Ti, Zr, Cr, Mo, W, Nb, Ta gebildet. Besonders bevorzugt sind hierbei Al203, Zr02, SiC, TiC, B4C, WC und/oder MoSi2.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Komponenten der dispersen Phase im wesentlichen aus einem Metall oder einer Legierung mindestens eines Vertreters der Gruppe Ti, Cr, Co, Mo, W, Nb, Ta, Cu und/oder Sn aufgebaut .
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Komponenten der dispersen Phase Molybdänsulfid, hexagonales Bornitrid, Magnesiumoxid und oder Graphit.
Die verwendeten Pulverpartikel weisen typischerweise Größen im Bereich von 0,5 bis 100 μm auf.
Im Falle metallischer Komponenten der dispersen Phase kann es auch von Vorteil sein statt Pulvern Drähte zu verwenden. Eine bevorzugte' ' Methode, "die für das erfi'ήdungsgemäße LDS- Verfahren geeigneten Fülldrähte aufzubauen, geht von Metall- Folien, oder Metall-Bändern aus. Das Metall-Band wird mit den pulvrigen Komponenten beaufschlagt, parallel zur Längsachse zusammengerollt, umgekrimmt und zum Fülldraht ausgezogen. In analoger Weise lassen sich auch Metall-Rohre mit den weiteren Komponenten füllen und zu Drähten ausziehen.
Eine weitere Variante sieht vor, die gefüllten Rohre zu Bändern auszuwalzen und diese zu mehr oder weniger abgeflachten Drähten zu zerteilen. Dieses Verfahren führt beispielsweise zu den ausgeführten Compositedrähten.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird mindestens eine Spritzdüse mit einem Compositedrεht und einem Massivdraht betrieben, wobei der Massivdraht alle wesentlichen Komponenten der zu bildenden metallischen Phase des Materialverbundes und keine Komponenten der dispersen Phase umfasst.
Das erfindungsgemäße LDS Verfahren führt tu freitragenden dreidimensionalen Bauteilen, die im allgemeinen keine makroskopischen Risse aufweisen. Bevorzugt ist die mittlere Risslänge der hierdurch erhältlichen Bauteile nicht länger als das 10 fache der mittleren Korngröße im Gefüge des Bauteils .
Die prozentualen Angaben aller angegebenen Zusammensetzungen sind gleichwohl nicht auf die exakten Zahlenwerte beschränkt anzusehen, sondern umfassen auch geringe Abweichungen.
Die folgenden Abbildungen zeigen typische Ausgestaltungen der Erfindung. Dabei zeigen:
Fig. 1 Schliffbild eines gespritzten Cermet-Lagerbauteils
Fig. 2 Freitragender dreidimensionaler Körper aus einer Aluminium-Basislegierung mit keramischer disperser Phase (2) und Drehspäne des Bauteils (1)

Claims

Patentansprüche
1. Freitragendes dreidimensionales Bauteil aus einem Metall/Metall-Verbundwerkstoff (IMC) oder einem Metall/Keramik-Verbundwerkstoff (Cermet) d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Bauteil aus einem thermisch gespritzten Materialverbünd mit metallischer Matrix und einer metallischen oder keramischen dispersen Phase mit einem Anteil oberhalb 25 Vol%, bezogen auf den Materialverbund, gebildet ist, wobei die Komponenten der dispersen Phase nur teilweise in den Komponenten der metallischen Matrix löslich sind.
2. Freitragendes dreidimensionales nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h e t , dass die disperse Phase im wesentlichen aus metallischen Partikeln aus einem Metall oder einer Legierung mindestens eines Vertreters der Gruppe Ti, Cr, Co, Mo, W, Nb, Ta, Cu oder Sn aufgebaut ist.
3. Freitragendes dreidimensionales Bauteil nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die disperse Phase im wesentlichen aus keramischen Partikeln der Oxide, Nitride, Carbide, Boride oder Silizide eines Vertreters der Gruppe B, AI, Si, Ti, Zr, Cr, Mo, W, Nb und/oder Ta aufgebaut ist. . Freitragendes dreidimensionales Bauteil nach Anspruch 3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die keramischen Partikel zum überwiegenden Teil aus
A1203, Ti02, Zr02, BN, Si3N4, Titanborid, SiC, WC, TiC, Chromcarbid, MoSi2 oder Titansilizid bestehen.
5. Freitragendes dreidimensionales Bauteil nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die disperse Phase MoS2, hex-BN, Ti02, MgO und/oder C (Graphit) enthält.
6. Freitragendes dreidimensionales Bauteil nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Matrix durch ein Metall oder eine Legierung aus der Gruppe AI, Cr, Fe, Co, Cu, Sn, Zn und/oder Ni aufgebaut ist.
7. Freitragendes dreidimensionales Bauteil nach Anspruch 6 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Legierung durch eine Al/Mg-Legierung, Stahl, Edelstahl, Messing oder Bronze gebildet wird.
8. Freitragendes dreidimensionales Bauteil nach Anspruch 1 g e k e n n z e i c h n e t , durch eine Matrixphase aus einer Fe-Legierung, Stahl, oder Edelstahl mit einem Mengenanteil im Bereich von 40 bis 60 Vol% und einer dispersen Phase aus Metall- oder Legierung der Elemente Mo, Cr oder Cu in einem Anteil von 40 bis 60 Vol%.
9. Freitragendes dreidimensionales Bauteil nach Anspruch 1 g e k e n n z e i c h n e t , durch eine Matrixphase aus einer Leichtmetall-Legierung auf der Basis von AI und/oder Ti, mit einem Mengenanteil im Bereich von 40 bis 60 Vol% und einer dispersen Phase aus A1203, MoSi2, BN, Si3N4 und/oder SiC in einem Anteil von 40 bis 60 Vol%.
10. Freitragendes dreidimensionales Bauteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Partikel der dispersen Phase eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 0,5 bis 100 μm aufweisen.
11. Freitragendes dreidimensionales Bauteil nach einem der vorangegangenen Ansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es frei von makroskopischen Rissen ist und äußere Abmessungen oberhalb 0,5 cm aufweist.
12. Verwendung von Bauteilen gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche als Halbzeuge im Kraftfahrzeugbau, insbesondere im Antriebssträng von Automobilen.
13. Verfahren zur Herstellung von freitragenden dreidimensionalen Bauteilen aus einem Metall/Metall- Verbundwerkstoff (IMC) , oder einem Metall/Keramik- Verbundwerkstoff (Cermet) mit metallischer Matrix und einer metallischen oder keramischen dispersen Phase d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Bauteil über ein Lichtbogendraht-Spritzverfahren (LDS) gefertigt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, g e k e n n z e i c h n e t durch die Schritte , - Abscheidung eines Verbundwerkstoffs aus mindestens einer Spritzdüse auf oder in einem verlorenen Substrat - Entfernen des verlorenen Substrates.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mindestens zwei Drähte, von denen mindestens einer ein Composite- oder Fülldrahtdraht ist, Verwendung finden.
16. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass für die Abscheidung eines Metall/Metall- Verbundwerkstoffs (IMC) Massivdrähte und keine Composite- oder Fülldrähte verwendet werden.
17. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen nach Anspruch 15 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der mindestens ein Composite- oder Fülldrahtdra t einen Metallmantel oder eine durchgängige Metallphase mit einem Anteil von 20 bis 80 Vol% des Drahtes umfasst, der alle wesentlichen Komponenten der dispersen Phase des abzuscheidenden Materialverbundes, zumindest nahezu vollständig, umschließt.
18. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Mantel oder die durchgängige Metallphase aus Metall oder Legierung eines der Elemente AI, Ti, Fe, Cr, Co, Mo, W, Nb, Ta, Cu oder Sn aufgebaut ist.
19. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Komponenten der dispersen Phase aus Partikeln der Oxide, Nitride, Carbide, Boride oder Silizide eines Vertreters der Gruppe B, AI, Si, Ti, Zr, Cr, Mo, W, Nb, Ta gebildet sind.
20. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Komponenten der dispersen Phase im wesentlichen aus einem Metall oder einer Legierung mindestens eines Vertreters der Gruppe Ti, Cr, Co, Mo, W, Nb, Ta, Cu und/oder Sn aufgebaut sind.
21. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das verlorene Substrat Oxidkeramik, Salz, Leichtmetall oder Kupfer umfasst.
22. Verfahren nach Anspruch 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das verlorene Substrat durch chemisches Ätzen oder durch spanabhebende Verfahren vom Bauteil entfernt wird.
23. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das verlorene Substrat nach der Abscheidung mindestens 35% der Bauteiloberfläche bedeckt, oder zu mindestens 65% seiner Oberfläche vom Bauteil umschlossen ist .
24. Verfahren zur Herstellung von Bauteilen nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das verlorene Substrat eine Formschale oder einen Formkern bildet.
PCT/DE2004/001457 2003-07-30 2004-07-07 Durch ein thermisches spritzverfahren abgeschiedene freitragende dreidimensionale bauteile Ceased WO2005014208A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10334704A DE10334704A1 (de) 2003-07-30 2003-07-30 Durch ein thermisches Spritzverfahren abgeschiedene freitragende dreidimensionale Bauteile
DE10334704.6 2003-07-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005014208A1 true WO2005014208A1 (de) 2005-02-17

Family

ID=34088931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2004/001457 Ceased WO2005014208A1 (de) 2003-07-30 2004-07-07 Durch ein thermisches spritzverfahren abgeschiedene freitragende dreidimensionale bauteile

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10334704A1 (de)
WO (1) WO2005014208A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009026655B3 (de) * 2009-06-03 2011-06-30 Linde Aktiengesellschaft, 80331 Verfahren zur Herstellung eines Metallmatrix-Verbundwerkstoffs, Metallmatrix-Verbundwerkstoff und seine Verwendung
CN112517927A (zh) * 2020-12-04 2021-03-19 北京新风航天装备有限公司 一种钛铝异种材料3d打印制造方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006051544A1 (de) * 2006-11-02 2008-05-08 Schaeffler Kg Wälzlagerbauteil mit wälzfester Oberfläche und schwingungsdämpfendem Kern, sowie Verfahren zu dessen Herstellung
US9272358B2 (en) * 2012-07-19 2016-03-01 Lincoln Global, Inc. Hot-wire consumable to provide self-lubricating weld or clad

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1285975A1 (de) * 2001-08-20 2003-02-26 Ford Global Technologies, Inc. Spritzverfahren zur Herstellung eines Artikels
EP1358943A1 (de) * 2002-04-29 2003-11-05 Sulzer Metco AG Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenspritzen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1285975A1 (de) * 2001-08-20 2003-02-26 Ford Global Technologies, Inc. Spritzverfahren zur Herstellung eines Artikels
EP1358943A1 (de) * 2002-04-29 2003-11-05 Sulzer Metco AG Verfahren und Vorrichtung zum Lichtbogenspritzen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
EJ LAVERNIA, Y WUE: "Spray atomization and deposition", 1996, JOHN WILEY &SONS, ENGLAND, XP002307258 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009026655B3 (de) * 2009-06-03 2011-06-30 Linde Aktiengesellschaft, 80331 Verfahren zur Herstellung eines Metallmatrix-Verbundwerkstoffs, Metallmatrix-Verbundwerkstoff und seine Verwendung
CN112517927A (zh) * 2020-12-04 2021-03-19 北京新风航天装备有限公司 一种钛铝异种材料3d打印制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE10334704A1 (de) 2005-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009026655B3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Metallmatrix-Verbundwerkstoffs, Metallmatrix-Verbundwerkstoff und seine Verwendung
DE69526649T2 (de) Sputter-target mit ultrafeinen orientierten körnern und verfahren zu deren herstellung
EP2948261B1 (de) Verfahren zur herstellung von chromnitrid-haltigen spritzpulvern, chromnitrid-haltige spritzpulver, verfahren zum thermischen spritzen eines bauteils mittels genannter spritzpulver, und verwendung des genannten spritzpulvers zur oberflächenbeschichtung von bauteilen
DE69708837T2 (de) Hochfeste, hochzähe aluminiumlegierung und verfahren zu deren herstellung
DE3937526C2 (de) Verschleißfeste Titanlegierung, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung
DE3817350C2 (de)
DE3434110A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines metallgegenstandes
EP2467224A1 (de) Dünnwandiges strukturbauteil und verfahren zu seiner herstellung
WO2017202998A1 (de) Ventilsitzring
DE102006038116A1 (de) Abriebwiderstandsfähige Schweißbeschichtung
EP0948659A1 (de) Beschichtungspulver und verfahren zu seiner herstellung
WO2021004580A1 (de) Nickel-basislegierung für pulver und verfahren zur herstellung eines pulvers
DE102005050424B4 (de) Sputtertarget aus mehrkomponentigen Legierungen
WO2005014208A1 (de) Durch ein thermisches spritzverfahren abgeschiedene freitragende dreidimensionale bauteile
EP1433553B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen
EP0223196A2 (de) Verfahren zur Herstellung dispersionsgehärteter Metall-Legierungen
DE19924515A1 (de) Sprühkompaktierter Stahl, Verfahren zu seiner Herstellung und Verbundwerkstoff
WO2004043875A2 (de) Keramik-metall- oder metall-keramik-komposite
DE3018007A1 (de) Pulverfoermiger zusatzverbundwerkstoff
WO2005012590A2 (de) Ventilsitzringe aus co oder co/mo-basislegierungen und deren herstellung
EP0608468A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines metallischen Pulvers für die Erzeugung von verschleissfesten Oberflächenschichten
WO2024170616A1 (de) Carbide in eisen- und nickelbasiswerkstoffen
EP4665522A1 (de) Verbundwerkstoff mit eingelagertem carbid
DE69015801T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer verschleissfesten Oberflächenschicht.
WO2025168349A1 (de) Taal-target

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

DPEN Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase