Verbundwerkstoffen) mit Overspraypulver

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hersteilung von Bauteilen unter Verwendung eines Oversprays mit integrierten Hartstoffen, insbesondere aus MMC's (Metallmatrix - Verbundwerkstoffen) und ein nach dem Verfahren hergestelltes Bauteil.

Es ist bekannt, Bauteile aus Metallen wie Aluminium (AI) durch Sprühkompaktieren herzustellen. Beim Sprühkompaktieren werden Schmelzen in einer Inertgasatrnosphäre (z.B. Stickstoff) verdüst und auf ein Target gesputtert. Vorteile dieses Verfahrens sind die extrem hohen Abkühlraten und die Möglichkeit auch hypereutektische Legierungen herzustellen. Derartige Verfahren sind beispielweise in der EP 0198613, der EP 0200349, der EP 0574458 und der EP 0517882 beschrieben.

Bei diesen Verfahren ist es ebenso bekannt, zur Verstärkung keramische Partikel wie Siliziumkarbid (SiC) zuzufügen, um so ein Bauteil aus MMC zu fertigen. Dabei werden in bereitgestelltes Metallpulver MMC-Partikel eingemischt. In dem damit erzeugten Gemisch liegen die Partikel der Komponenten (z. B. SiC und AI) einzeln vor. Alternativ werden die MMC-Partikel erst während des Gießens des Gußkörpers in die flüssige AI- Schmelze eingebracht

Beim ebenfalls bekannten SPS (Spark-Plasma-Sintern)-Verfahren werden Pulver mit hoher Geschwindigkeit verdichtet, wodurch sich eine für den Anwendungszweck optimierte Packungsdichte der Partikel im erzeugten Werkstück oder Halbzeug erzeugen lässt. Auf einen weiteren nachfolgenden Konsolidierungsprozeß kann hierbei verzichtet werden.

Nachteilig beim Stand der Technik ist einerseits die nicht vollständige Verbindung zwischen MMC und AI, andererseits die nicht gewährleistete vollständige Homogenität des Gemisches. Beides wirkt sich nachteilig auf die mechanische Beanspruchbarkeit des mit dem Gemisch erzeugten Gußbauteiles, beispielweise einer Bremsscheibe, aus. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bereit zu stellen, mit dem ein Bauteil hergestellt wird, bei dem die MMC-Partikel fest und homogen in den erzeugten globularen Pulverpartikeln gebunden sind

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass dem geschmolzenen und verdüsten Metall, insbesondere Aluminium, anschließend MMC - Partikel beigegeben werden. Durch eine nachfolgende Verdüsung werden Metall- (insbesondere AI-) MMC- Agglomerate erzeugt, in welchen die MMC-Partikel fest und homogen in den erzeugten globularen Pulverpartikeln gebunden sind. Danach werden die Pulverpartikei zur Erzeugung eines Bauteils mittels eines SPS - Verfahrens verdichtet und kompaktiert, insbesondere mit hoher Geschwindigkeit.

Dadurch bedingt ist ebenfalls in dem daraus erzeugten Bauteil die MMC-Verteilung sehr homogen, was sich sehr positiv im Wesentlichen auf die mechanischen Eigenschaften dieses Bauteiles auswirkt.

Dies wird erfindungsgemäß durch den dem Sprühen nachfolgenden SPS-Prozess, welcher eine hohe Packungsdichte bei gleichzeitig sehr geringer Korngröße ermöglicht, verstärkt.

Der vorstehend aufgeführte Metall-, bzw. AI-Anteil, welchem die MMC-Partikel zugeführt werden, besteht im wesentlichen aus einer hypereutektischen Aluminiumlegierung mit einem Siliziumanteil von 15 bis 25 Gew. -Prozent, einem Eisenanteil von 2 bis 10 Gew. -Prozent und einem Nickelanteil von 2 bis 5 Gew.- Prozent, der Rest ist Aluminium.

Die globularen MMC-, bzw. Hartstoffpartikel haben vorteilhafterweise eine Größe von 5 bis 30 pm. Die erzeugten Pulverpartikel haben eine Größe kleiner 250 pm.

Die Erfindung betrifft sowohl das Verfahren, wie vorstehend beschrieben, als auch mit dem Verfahren erzeugte Bauteile, insbesondere solche, welche hohe mechanische und oder thermische Beanspruchungen ertragen müssen. Derartige Bauteile sind beispielsweise Bremsscheiben für Fahrzeuge, die sich vorteilhaft mit dem Verfahren nach der Erfindung herstellen lassen. Bei einer solchen Bremsscheibe kann es sich um eine Monoscheibe, eine belüftete Scheibe welche durch Einleger oder Schieber erzeugt wurde oder um eine mehrteilig aufgebaute belüftete Scheibe handeln. Ebenfalls kann eine solche Bremsscheibe in ihrem Gefügeaufbau entsprechend der Beanspruchung axial und/oder radial gradiert sein, d.h. die Zusammensetzung und Korngröße während der Herstellung bleibt über den Bauteilquerschnitt nicht konstant.

Eine Gradierung kann ebenfalls erreicht werden, indem auf einen homogenen Grundkörper zusätzlich ein beanspruchungsgerechtes Pulver durch Sprühen aufkompaktiert wird.