DE4103427A1 - Werkstueck mit verbundwerkstoff-belag und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Modifizierung ausge­ wählter physikalischer Eigenschaften eines geformten, me­ tallischen Gegenstandes bzw. Werkstückes. Insbesondere soll die Abriebbeständigkeit oder Verschleißfestigkeit von Me­ tallsubstraten mit Hartstoff-Oberflächenabschnitten erhöht werden.

Mehr im einzelnen betrifft die Erfindung ein Werkstück, das an wenigstens einem Oberflächenabschnitt einen Belag aus einem Verbundwerkstoff aufweist, der durch Hartlötung eines tuchartigen, flexiblen, metallischen, Matrixteilchen in einem PTFE-Trägermaterial enthaltenden Schichtmaterials an den Oberflächenabschnitt eines Metallsubstrates erhältlich ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstel­ lung eines solchen Werkstückes, das an wenigstens einem Oberflächenabschnitt einen Belag aus einem Verbundwerkstoff aufweist.

Werkstücke dieser Art und Verfahren zu deren Herstellung sind aus den U.S.-Patentschriften 37 43 556 oder 39 16 506 oder 41 94 040 bekannt.

Es hat sich häufig als vorteilhaft erwiesen, ein Substrat, insbesondere ein metallisches Werkstück mit einem Überzug oder Belag zu versehen, der bestimmte Eigenschaften auf­ weist. Zu diesen angestrebten Eigenschaften gehören insbe­ sondere die Abriebbeständigkeit, die Verschleißfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit. Zur Erzielung von Abrieb­ beständigkeit bzw. Verschleißfestigkeit ist es bekannt, auf einem Substrat einen Überzug oder einen Belag aufzubringen, der aus einem Gemisch aus abriebbeständigen Hartstoffteil­ chen wie etwa pulverförmigem Wolframkarbid oder dergleichen und metallischen Füllstoffteilchen für solche Hartstoffteil­ chen besteht. In gleicher Weise kann zur Erzielung von Kor­ rosionsbeständigkeit auf einem Substrat ein ähnlicher Über­ zug aufgebracht werden, der aus einem korrosionsbeständigen Metall oder einer korrosionsbeständigen Legierung besteht. Andere bestimmte oder verbesserte physikalische Eigenschaf­ ten können in gleicher Weise erhalten werden, indem die ge­ nannten Matrixteilchen durch andere Matrixmaterialien er­ setzt werden.

Verfahren und Erzeugnisse dieser Art sind aus den Arbeiten von Breton et al. bekannt und beispielsweise in den U.S.- Patentschriften 37 43 556 oder 39 16 506 oder 41 94 040 be­ schrieben; mit Bezugnahme auf diese Druckschriften soll deren Inhalt, insbesondere deren Ansprüche und Beschrei­ bungen auch zum Bestandteil der vorliegenden Unterlagen ge­ macht werden. Mit diesen bekannten Arbeitsweisen war es schwierig, einen solchen Überzug zu erzeugen, insbesondere auf Gegenständen mit einer komplizierten, schwer zu erzeu­ genden Gestalt, sofern die Schichtdicke des Überzuges mehr als 0,5 mm betragen soll. Sofern nach diesen bekannten Ver­ fahren entsprechende Überzüge mit Hilfe von Plasmaspritz­ verfahren oder Flammsprühverfahren aufgebracht wurden, war es schwierig, einheitliche Überzüge auf einem Substrat zu erhalten, insbesondere auf einem Substrat mit einer kompli­ zierten Oberfläche. Vergleichbare Schwierigkeiten ergaben sich mit diesen bekannten Arbeitsweisen auch beim Aufstäuben von Partikeln aus abriebbeständigem Material auf einem Sub­ strat.

Mit den Arbeiten von Breton et al. sind viele Schwierigkei­ ten der bekannten Verfahren überwunden worden. Im wesentli­ chen ist von Breton et al. vorgeschlagen worden, ein erstes Schichtmaterial zu erzeugen, das eine gegebene Schichtdicke aufweist und aus einem pulverförmigen, hoch-schmelzenden Matrixmaterial in einem organischen Bindemittel besteht. Ferner wird ein zweites Schichtmaterial bereitgestellt, das aus einem pulverförmigen, niedriger schmelzenden Lötmittel, insbesondere Hartlot, in einem organischen Bindemittel be­ steht. Das erste Schichtmaterial wird unmittelbar auf dem Substrat angeordnet, und das zweite Schichtmaterial wird auf der Oberseite des ersten Schichtmaterials angeordnet. Das Matrixmaterial ist dadurch gekennzeichnet, daß es durch das geschmolzene Hartlot benetzt wird, das seinerseits aus einem Hartlotmetall oder einer Hartlotlegierung bestehen kann. Diese Mehrschichtanordnung wird daraufhin erwärmt, um das Bindemittel zu zersetzen und um das Hartlot zu schmelzen, welches daraufhin unter Ausnutzung von Kapillarwirkungen in die Matrixschicht eindringt. Nach Abkühlung wird ein im we­ sentlichen porenfreier Überzug oder Belag erhalten, der an das Substrat gebunden ist. Das Verfahren zur Herstellung so­ wohl der Schichtmaterialien oder Vorformlinge aus teilchen­ förmigem Hartstoff-Matrixmaterial sowie aus teilchenförmigem Hartlotmaterial, wobei die jeweiligen Teilchen in ein Ge­ menge aus PTFE-Fibrillen eingearbeitet sind, ist in den U.S.-Patentschriften 39 16 506 und 41 94 040 beschrieben. "PTFE" wird im Rahmen dieser Beschreibung und der Patent­ ansprüche als Kurzform für Polytetrafluorethylen verwendet. Ein wesentlicher Faktor, welcher die schließlich erzielbaren physikalischen Eigenschaften (insbesondere Abriebbeständig­ keit, Verschleißfestigkeit und/oder Korrosionsbeständigkeit) der mit dem Verfahren nach Breton et al. erhältlichen Über­ züge bestimmt, ist das Ausmaß der Matrixteilchenpackung bzw. -beladung (Füllung). Diese Matrixteilchenfüllung in dem Vor­ formling und in der fertigen Überzugsschicht ist im wesent­ lichen von drei Materialeigenschaften abhängig: (1) der Teilchengröße, (2) der Teilchengrößenverteilung und (3) der Teilchenform. Es ist festgestellt worden, daß es sich bei diesen Eigenschaften um begrenzende Faktoren des bekannten Verfahrens handelt. Es besteht zwar der Wunsch, die Teil­ chenfüllung zu steigern, jedoch haben die inhärenten Eigen­ schaften des Pulvermaterials (Teilchengröße, Teilchengröße­ verteilung und Teilchenform) und die Verarbeitungsbedingun­ gen den Erfolg dieses Vorschlags begrenzt, insbesondere dann, wenn auf Gegenständen oder Werkstücken ein fertiger Überzug oder Belag aufgebracht werden soll, der eine Schichtdicke von mehr als 0,75 mm aufweist.

Davon ausgehend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung darin, ein Werkstück mit einem Verbundwerkstoff-Belag bereitzustellen, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, wobei der Verbundwerkstoff-Belag noch bessere Eigenschaften gewährleistet, insbesondere eine noch höhere Abriebbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und/oder Korro­ sionsbeständigkeit. Insbesondere soll die Verschleißfestig­ keit der Verschleißschicht gesteigert werden.

Ein Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Werkstück, das an wenigstens einem Oberflächenabschnitt einen Belag aus einem Verbundwerkstoff aufweist, der durch Hartlötung eines tuchartigen, flexiblen, metallischen, Matrixteilchen in einem PTFE-Trägermaterial enthaltenden Schichtmaterials an den Oberflächenabschnitt eines Metallsubstrates erhältlich ist. Ausgehend von einem Werkstück dieser Art ist die erfindungs­ gemäße Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Belag aus einer Anzahl dünner, tuchartiger, flexibler, metallischer Schichtmaterialien erhältlich ist.

Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Ver­ fahren zur Herstellung eines Werkstückes, das auf wenigstens einem Oberflächenabschnitt mit einem Belag aus einem Ver­ bundwerkstoff versehen ist. Hierbei werden Matrixteilchen und PTFE miteinander vermischt, und das erhaltene Gemisch wird mechanisch zu einem tuchartigen, flexiblen, metalli­ schen Schichtmaterial verarbeitet, wobei im Verlauf der Be­ arbeitung das PTFE fibrilliert wird und die Matrixteilchen in das Gemenge aus PTFE-Fibrillen eingearbeitet und darin festgehalten werden. Dieses Schichtmaterial wird an den ge­ wünschten Oberflächenabschnitt eines metallischen Substrates angebracht und durch Hartlötung daran befestigt, um dort einen Belag aus Verbundwerkstoff zu erzeugen, der eine ge­ gebene Schichtdicke und die gewünschten physikalischen Eigenschaften aufweist. Ausgehend von einem Verfahren mit diesen Maßnahmen ist die erfindungsgemäße Lösung obiger Auf­ gabe dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtmaterial wenig­ stens einmal gewalzt wird, um die ursprüngliche Schichtma­ terial-Schichtdicke auf einen Wert zu reduzieren, der etwa 20 bis 85 Prozent der Schichtdicke des Belags aus Verbund­ werkstoff entspricht. Aus diesem, reduzierte Schichtdicke aufweisenden Schichtmaterial wird eine Anzahl Vorformlinge herausgeschnitten, die eine vorgegebene Konfiguration auf­ weisen. Es wird eine solche Anzahl Vorformlinge - einer über dem anderen - auf der Oberfläche des metallischen Substrates angeordnet, daß die Summe der Schichtdicken aller überein­ ander angeordneten Vorformlinge im wesentlichen der vorge­ gebenen Belag-Schichtdicke entspricht. Auf der Oberseite des obersten Vorformlings wird eine Lage Hartlot in der vorge­ gebenen Konfiguration aufgebracht. Die erhaltene mehr­ schichtige Anordnung aus metallischem Substrat, mehreren Vorformlingen und einer Hartlot-Deckschicht wird erwärmt, um das Hartlot zu schmelzen und um eine metallische Bindung der Vorformlinge an das metallische Substrat zu erzeugen. Als Verfahrenserzeugnis wird ein Werkstück erhalten, das wenig­ stens an einem Oberflächenabschnitt mit einem Belag aus einem Verbundwerkstoff versehen ist, der bestimmte Eigen­ schaften aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin­ dung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

So kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß jedes einzelne, dünne, tuchartige Schichtmaterial nach dem Walzvorgang eine Schichtdicke aufweist, die 10 bis 90 Prozent der Schicht­ dicke des Belags aus Verbundwerkstoff ausmacht.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn sämtliche Vorformlinge der Anzahl übereinander angeordneter Vorformlinge im wesentli­ chen die gleiche Schichtdicke aufweisen.

Vorzugsweise werden die pulverförmigen Matrixteilchen aus Wolframkarbid, Titankarbid, Nickelborid und Chromkarbid aus­ gewählt.

Zur Steigerung der angestrebten Eigenschaften (insbesondere Abriebbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und/oder Korro­ sionsbeständigkeit) des Überzugs sieht die Erfindung vor, in dem Schichtmaterial oder dem Vorformling den Anteil, die Packung bzw. die Füllung an Feststoffteilchen zu erhöhen; im Falle einer Steigerung der Verschleißfestigkeit wird der Anteil der Füllung mit abriebbeständigen Hartstoffteilchen gesteigert. In dem Ausmaß, in welchem die Schichtdicke des ursprünglichen Schichtmaterials durch einen oder mehrere Walzvorgänge reduziert wird, steigt die Teilchenfüllung (Teilchendichte) in dem tuchartigen Schichtmaterial. Über­ raschenderweise ist festgestellt worden, daß durch Anwen­ dung einer Anzahl verdichteter, Hartstoffteilchen enthal­ tender Schichtmaterialien die gewünschte Eigenschaft, ins­ besondere die Abriebbeständigkeit, wesentlich stärker ge­ steigert werden kann, als dies der Zunahme der Füllung mit Hartstoffteilchen innerhalb einer Lage aus Schichtmaterial entspricht. Diese Ergebnisse sind insbesondere dann von Be­ deutung, wenn ein Verbundwerkstoff-Belag mit einer Schicht­ dicke von wenigstens 0,75 mm oder mehr angestrebt wird. Tat­ sächlich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung festge­ stellt worden, daß durch Reduzierung der Schichtdicke der Schichtmaterialien und durch Anwendung von zwei oder mehr Lagen dünner, verdichteter Schichtmaterialien anstelle einer einzigen Lage Schichtmaterial mit im wesentlichen der glei­ chen Gesamtschichtdicke, nicht nur eine Erhöhung der Hart­ metallteilchenfüllung, sondern in weit größerem Ausmaß eine Steigerung der Abriebbeständigkeit bzw. Verschleißfestig­ keit erhalten werden kann.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden Werkstücke erhalten, die auf wenigstens einem Oberflächenabschnitt mit einem Belag aus Verbundwerkstoffen versehen sind, der noch bessere physikalische Eigenschaften aufweist, insbesondere eine noch höhere Abriebbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und/oder Korrosionsbeständigkeit.

Nachstehend wird die Erfindung mehr im einzelnen anhand einer Gegenüberstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem bekannten Ver­ fahren unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; die letzteren zeigen:

Fig. 1 eine Mehrschichtanordnung gemäß dem bekannten Stand der Technik; und

Fig. 2 im gleichen Schritt des Verfahrensablaufs eine erfindungsgemäß vorgesehene Mehrschichtanord­ nung.

Wie bereits gesagt, wird die Erfindung nachstehend mit Be­ zugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen erläutert, ohne daß damit eine Beschränkung auf diese erläuterten Ausfüh­ rungsformen verbunden sein soll. Fig. 1 zeigt eine Mehr­ schichtanordnung 10, die im Verlauf eines bekannten Verfah­ rens erzeugt wird. Diese bekannte Mehrschichtanordnung be­ steht aus einem Metallsubstrat 15, einem metallische Hart­ stoffteilchen enthaltenden Schichtmaterial 12 an einem Oberflächenabschnitt des Metallsubstrates 15 und aus einem Hartlotteilchen enthaltenden Schichtmaterial 14 auf der Oberfläche des Schichtmaterials 12. Die Erzeugung des Hart­ stoffteilchen enthaltenden Schichtmaterials 12 und des Hart­ lotteilchen enthaltenden Schichtmaterials 14 ist eim einzel­ nen in der U.S.-Patentschrift 37 43 556 beschrieben. Im ein­ zelnen wird auf dem in Rede stehenden Oberflächenabschnitt des Metallsubstrates 15 ein erstes Schichtmaterial 12 auf­ gebracht, das aus einem Gemenge aus PTFE-Fibrillen besteht, in welche teilchenförmiges Matrixmaterial (Hartstoffmate­ rial) eingearbeitet ist. Das weitere Schichtmaterial 14 enthält in einem Gemenge aus PTFE-Fibrillen teilchenförmiges Lotmaterial, insbesondere Hartlot, das vorzugsweise aus einer bekannten Hartlotlegierung besteht. Dieses, Hartlot enthaltende Schichtmaterial 14 wird auf der Oberseite des Matrixmaterial enthaltenden Schichtmaterials 12 aufgebracht. Das Gewicht und die Schichtdicke des Hartlot enthaltenden Schichtmaterials 14 ist an die relative Dichte des Matrix­ material enthaltenden Schichtmaterials 12 angepaßt, um nach dem Erwärmungsschritt einen völlig dichten Belag oder Über­ zug auf dem Metallsubstrat zu erhalten, der eine Belag- Schichtdicke aufweist, welche der Schichtdicke der ursprüng­ lichen, Matrixmaterial enthaltenden Schicht 12 entspricht. Sofern das angestrebt wird, kann zusätzlich ein Klebemittel vorgesehen werden, um den mehrschichtigen Aufbau anfänglich zusammenzuhalten. Die Hartlötung wird in einer Atmosphäre kontrollierter Zusammensetzung oder im Vakuum durchgeführt, bei einer Temperatur oberhalb der Verflüssigungstemperatur des Lötmittels, insbesondere des Hartlotes, jedoch unter­ halb einer Erweichungs- oder Verflüssigungstemperatur der Matrixmaterialteilchen. Bei der vorgesehenen Temperatur schmilzt das Hartlot und die Hartlotschmelze dringt in das Matrixmaterial enthaltende Schichtmaterial 12 ein, infil­ triert dieses Schichtmaterial und füllt dessen Poren und erzeugt schließlich eine feste metallische Bindung des er­ zeugten Belags aus Verbundwerkstoff an die Substratober­ fläche mit Hilfe von Diffusionswirkungen. Es wird eine Überzugs- bzw. Belagsschicht erhalten, welche im wesent­ lichen die gleiche Schichtdicke aufweist, wie das anfäng­ liche, Matrixmaterial enthaltende Schichtmaterial 12.

Die Fig. 2 zeigt im gleichen Schritt des Verfahrensab­ laufes eine erfindungsgemäß vorgesehene Mehrschichtanord­ nung 10′. Die wesentliche Abweichung gegenüber der bekannten Mehrschichtanordnung 10 gemäß Fig. 1 besteht darin, daß bei der erfindungsgemäß vorgesehenen Mehrschichtanordnung 10′ die gesamte, pulverförmiges Matrixmaterial enthaltende Lage 12′ aus zwei oder mehr Teilschichten bzw. Vorformlingen 16′ aufgebaut ist. Diese Teilschichten bzw. Schichtmaterialien 16′ bestehen typischerweise aus Hartstoffteilchen wie Wolframkarbid, Titankarbid, Nickelborid, Chromkarbid und dergleichen, die in ein organisches Bindemittel aus fibril­ liertem PTFE eingearbeitet und darin festgehalten sind. Die Herstellung wird erleichtert, wenn jede der zwei oder mehr Teilschichten 16′ im wesentlichen die gleiche Schichtdicke aufweisen; die Gesamtschichtdicke aller Teilschichten 16′ entspricht wiederum der Schichtdicke des Schichtmaterials 12′ und damit der Schichtdicke des herzustellenden Belags. Jede der Einzelschichten 16′ kann eine Schichtdicke aufwei­ sen, die 10 bis 90 Prozent der Schichtdicke des gesamten Matrixmaterial enthaltenden Schichtmaterials 12′ bzw. der Schichtdicke des angestrebten Belags entspricht.

Zur Erzeugung der Teilschichten 16′ wird von einem ursprüng­ lichen, Matrixmaterial enthaltenden Schichtmaterial ausge­ gangen, das eine größere Schichtdicke aufweist. Die Schicht­ dicke dieses ursprünglichen Schichtmaterials wird reduziert, vorzugsweise durch einen oder mehrere Walzvorgänge. Typi­ scherweise wird die Schichtdicke des ursprünglichen Schicht­ materials 12′ um etwa 25 bis 85 Prozent reduziert, wobei gleichzeitig der Anteil (Dichte, Füllung) der Hartstoffteil­ chen um 10 Prozent oder mehr ansteigt. Diese 10-prozentige Zunahme der Hartstoffteilchenfüllung steigert die gewünschte Eigenschaft (beispielsweise die Verschleißfestigkeit) um 50 Prozent oder mehr.

Die nachstehenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung und Abgrenzung gegenüber einem bekannten Ver­ fahren.

Vergleichsbeispiel:

Wolframkarbidpulver (40 Vol.-% der Pulverteilchen haben eine Teilchengröße von 2 bis 5 µm; 60 Vol.-% der Pulverteilchen passieren ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,044 mm) wird mit 6 Vol.-% Teflon (PTFE bzw. Polytetrafluorethy­ len) vermischt. Das erhaltene Gemisch wird mechanisch bear­ beitet, um das PTFE zu fibrillieren und um die Wolframkar­ bidteilchen in das Gemenge aus PTFE-Fibrillen einzuarbeiten. Hierbei wird ein tuchartiges Schichtmaterial erhalten, wie das vollständig in den U.S.-Patentschriften 38 64 124 und 41 94 040 beschrieben ist.

Das Schichtmaterial wird bis zu einer Schichtdicke von 1,52 mm ausgewalzt und weist dann eine Feststofffüllung (Dichte) von angenähert 52 Vol.-% auf.

Eine pulverförmige Hartlotlegierung, die aus 81,5 Vol.-5 Nickel, 15 Vol.-% Chrom und 3,5 Vol.-% Bor besteht, wird mit 6 Vol.-% PTFE vermischt. Aus dem erhaltenen Gemisch wird in der oben angegebenen Weise ein tuchartiges Schichtmaterial erzeugt, das ein solches Gewichtsverhältnis an Hartlotteil­ chen und eine solche Schichtdicke aufweist, daß beim an­ schließenden Hartlötvorgang die Poren, Lücken und Zwischen­ räume innerhalb des Wolframkarbid-Schichtmaterials ausge­ füllt werden. Das Substrat bzw. Werkstück, das auf einem Abschnitt seiner Oberfläche mit einem Hartstoffbelag ver­ sehen werden sollte, besteht aus kohlenstoffarmem Stahl und hat Abmessungen von 75 × 25 × 6,35 mm. Je ein Vorformling mit Abmessungen von 72 × 25 mm wurde aus dem karbidhaltigen Schichtmaterial und aus dem hartlothaltigen Schichtmaterial herausgeschnitten. Der karbidhaltige Vorformling wurde auf der Oberfläche des Stahlsubstrates angeordnet, und der hart­ lothaltige Vorformling wurde auf der Oberseite des karbid­ haltigen Vorformlings angeordnet, wie das in Fig. 1 darge­ stellt ist. Die Vorformlinge wurden in dieser Anordnung mit Hilfe eines Klebemittels gehalten. Die gesamte Mehrschicht­ anordnung wurde in einem Vakuumofen 30 min lang auf 1140°C erwärmt. Hierbei schmelzen die Hartlotteilchen, und die re­ sultierende Hartlotschmelze infiltriert den karbidhaltigen Vorformling. Nach der Abkühlung wird ein Wolframkarbidbelag mit einer Schichtdicke von angenähert 1,52 mm auf dem Stahl­ substrat erhalten, wie das in der U.S.-Patentschrift 37 43 566 erläutert ist. Die Belagoberfläche wurde mit einer Diamantwelle geschliffen, um eine genaue Bestimmung der Ver­ schleißfestigkeit entsprechend dem Prüfverfahren "ASTM Stan­ dard 665 Procedure "A" durchzuführen. Unter den Versuchsbe­ dingungen traten Abriebverluste an der Belagschicht von 0,0088 cm³ auf. Hieraus wurde eine Verschleißfestigkeitszahl ARF (Abrasion Resistance Factor) von 113 errechnet.

(Erfindungsgemäßes) Beispiel I

Im wesentlichen wurde das Verfahren gemäß dem vorstehenden Vergleichsbeispiel wiederholt. Abweichend wird die Schicht­ dicke des ursprünglich 1,52 mm starken karbidhaltigen Schichtmaterials in einer Folge von Walzschritten auf 0,76 mm reduziert. Hierbei stieg die Feststoffüllung des Schichtmaterials von ursprünglich 52% auf 60% im verdich­ teten Schichtmaterial an. Aus diesem gewalzten bzw. ver­ dichteten karbidhaltigen Schichtmaterial werden zwei Vor­ formlinge mit den Abmessungen 75 × 25 mm herausgeschnitten. Diese verdichteten karbidhaltigen Vorformlinge werden - einer über dem anderen - auf dem Stahlsubstrat angeordnet. Der analog zum Vergleichsbeispiel erzeugte hartlothaltige Vorformling wird auf der Oberseite des karbidhaltigen Vor­ formlings angeordnet, um eine Mehrschichtanordnung zu er­ halten, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Der Hartlötvor­ gang erfolgt in gleicher Weise wie im Vergleichsbeispiel beschrieben. Auch die Prüfung der Verschleißfestigkeit er­ folgt in gleicher Weise wie im Vergleichsbeispiel beschrie­ ben. Es wurde ein Abriebverlust von 0,0061 cm³ gemessen. Daraus wurde eine Vergleichverschleißfestigkeitszahl ARF von 163 berechnet.

(Erfindungsgemäßes) Beispiel II:

Im wesentlichen wurde das Verfahren nach dem vorausgegange­ nen Beispiel 1 wiederholt. Abweichend wurden drei Einzel­ schichten mit je einer Schichtdicke von 0,5 mm eingesetzt, um die wolframkarbidhaltige Lage mit einer Gesamtschicht­ dicke von 1,52 mm aufzubauen. Jede Einzelschicht weist eine Feststoffüllung von 67% auf. Am fertigen Werkstück wird die Verschleißfestigkeit in gleicher Weise geprüft, wie im Ver­ gleichsbeispiel und im erfindungsgemäßen Beispiel I. Es wird ein Abriebverlust von 0,00518 cm³ gemessen. Hieraus wird eine Verschleißfestigkeitszahl ARF von 193 errechnet.

Vergleicht man die Versuchsergebnisse des Vergleichsbei­ spiels mit den Versuchsergebnissen der erfindungsgemäßen Beispiele I und II, so wird deutlich, daß das erfindungs­ gemäße Verfahren bei einer Zunahme der Feststoffüllung in dem karbidhaltigen Vorformling von lediglich 8% bzw. 15% eine Steigerung der Verschleißfestigkeitszahl von 44% bzw. 71% hervorruft. Diese überraschende Steigerung der Ver­ schleißfestigkeit erlaubt eine ganz wesentliche Erhöhung der verwertbaren Lebensdauer eines solchen Produktes.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein neues Verfahren bereitgestellt, um einen vorgegebenen Oberflächenabschnitt eines Metallsubstrates mit einem Überzug aus Matrixmaterial zu versehen. Bei diesem Verfahren wird pulverförmiges Ma­ trixmaterial mit PTFE vermischt. Das erhaltene Gemisch wird mechanisch bearbeitet, um das PTFE zu fibrillieren und um die Matrixmaterialteilchen in das Gemenge aus PTFE-Fibrillen einzuarbeiten und darin festzuhalten. Es wird ein tucharti­ ges, flexibles Schichtmaterial erhalten, das typischerweise eine ursprüngliche Schichtdicke von etwa 0,75 mm und mehr aufweist. In einer Anzahl Walzvorgänge wird die Schichtdicke des ursprünglichen Schichtmaterials auf etwa 25 bis 85 Pro­ zent der ursprünglichen Schichtdicke reduziert. Aus diesem verdichteten Schichtmaterial werden eine Anzahl Vorformlinge herausgeschnitten, die eine vorgegebene Konfiguration auf­ weisen. Wenigstens zwei Vorformlinge werden aufeinanderge­ legt und diese Vorformling-Doppelschicht wird auf einem Oberflächenabschnitt des Substrates angeordnet und dort mit Hilfe eines Hartlötvorganges befestigt, um einen Gegenstand bzw. ein Werkstück mit einem harten Oberflächenbelag aus einem Verbundwerkstoff zu erzeugen. Dieser Belag weist ver­ besserte physikalische Eigenschaften, insbesondere eine höhere Verschleißfestigkeit auf.

Zusätzlich zu den Teilschichten aus hartstoffhaltigen Vor­ formlingen, um einen Hartstoff-Oberflächenbelag zu erzeugen, kann zwischen dem hartstoffhaltigen Vorformling und der Sub­ stratoberfläche ein weiterer Vorformling eingesetzt werden, wie das in der U.S.-Patentanmeldung 07/4 75 757 vom 6.Februar 1990 beschrieben ist. Die erfindungsgemäß vorgesehenen, hartstoffhaltigen Einzelschichten können eine Schichtdicke von 10 bis 90 Prozent derjenigen Schichtdicke aufweisen, die für den fertigen Belag an dem Werkstück vorgesehen ist. Vor­ zugsweise ist vorgesehen, daß sämtliche hartstoffhaltigen Einzelschichten in einem Bereich von +/- 10 Prozent die gleiche Schichtdicke aufweisen. Besonders bevorzugt werden solche Einzelschichten, die im wesentlichen die gleiche Schichtdicke aufweisen. Wie bereits dargelegt, ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die nach dem bekannten Verfahren vorgesehene, einzige hartstoffhaltige Lage durch zwei oder mehr Vorformlinge zu ersetzen, welche zusammenge­ nommen angenähert die gleiche Schichtdicke aufweisen, wie die bekannte einzige hartstoffhaltige Lage. Andererseits ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren auch möglich, zwei oder mehr noch dünnere hartstoffhaltige Vorformlinge vorzusehen, die einen Verbundwerkstoff-Belag mit geringerer Schichtdicke ergeben, als nach dem bekannten Verfahren vorgesehen, der jedoch die gleiche Verschleißfestigkeit liefert, als die beim bekannten Verfahren vorgesehene dicke Einzelschicht.

In den Zeichnungen ist das Werkstück lediglich schematisch in Form eines Stabes dargestellt. Anstelle eines solchen, einfachen stabförmigen Körpers können entsprechend dem er­ findungsgemäßen Verfahren auch anders geformte Körper bei­ spielsweise mit runder oder eckiger, ovaler, länglicher oder sonstiger Gestalt, insbesondere mit einer nicht-linearen Konfiguration mit dem erfindungsgemäße vorgesehenen Hart­ stoffbelag versehen werden.

Mit Bezugnahme auf bestimmte Patentschriften und Patentan­ meldungen soll deren Inhalt, soweit hilfreich, auch zum Be­ standteil der vorliegenden Unterlagen gemacht werden.

Ersichtlich löst die vorliegende Erfindung hinsichtlich des Werkstückes und hinsichtlich des Verfahrens zur Erzeugung dieses Werkstückes die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe. Ersichtlich ist die Erfindung mit Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden. Es ist jedoch ersichtlich, daß vielfältige Alternativen, Modifi­ zierungen und Abwandlungen der beschriebenen Ausführungs­ formen möglich sind, ohne vom wesentlichen Kern der Erfin­ dung abzuweichen. Folglich sollen auch solche Alternativen, Modifizierungen und Abwandlungen der erläuterten Ausfüh­ rungsformen von der vorliegenden Erfindung erfaßt sein, so­ lange sie sich unter den Gegenstand der Patentansprüche und deren Aquivalente subsummieren lassen.

Claims (8)

1. Ein Werkstück, das an wenigstens einem Oberflächenab­ schnitt einen Belag aus einem Verbundwerkstoff aufweist, der durch Hartlötung eines tuchartigen, flexiblen, me­ tallischen Matrixteilchen in einem PTFE-Trägermaterial enthaltenen Schichtmaterials an den Oberflächenabschnitt eines Metallsubstrates erhältlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Belag aus einer Anzahl dünner, tucharti­ ger, flexibler metallischer Schichtmaterialien erhältlich ist.

2. Das Werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrixteilchen aus Wolframkarbid, Titankarbid, Nik­ kelborid und/oder Chromkarbid bestehen.

3. Das Werkstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes einzelne dünne, tuchartige Schichtmaterial eine Schichtdicke aufweist, die 10 bis 90 Prozent der Schicht­ dicke des Belags ausmacht.

4. Das Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes einzelne dünne, tuchartige Schichtmaterial der An­ zahl Schichtmaterialien im wesentlichen die gleiche Schichtdicke aufweist.

5. Das Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes dünne, tuchartige Schichtmaterial im Verlauf seiner Herstellung wenigstens einmal gewalzt worden ist, um die ursprüngliche Schichtmaterial-Schichtdicke auf einen Wert zu reduzieren, der etwa 20 bis 85 Prozent der Schicht­ dicke des Belags aus Verbundwerkstoff entspricht.

6. Ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes, das auf wenigstens einem Oberflächenabschnitt mit einem Belag aus einem Verbundwerkstoff versehen ist, der eine vorgegebene Belag-Schichtdicke aufweist,
wobei Matrixteilchen und PTFE (Polytetrafluorethylen) miteinander vermischt werden und das erhaltene Gemisch mechanisch zu einem tuchartigen, flexiblen, metallischen Schichtmaterial verarbeitet wird, wobei das PTFE fibril­ liert wird und die Matrixteilchen in das Gemenge aus PTFE-Fibrillen eingearbeitet und darin festgehalten wer­ den,
dieses Schichtmaterial an dem gewünschten Oberflächeab­ schnitt eines metallischen Substrates angebracht und daran durch Hartlötung befestigt wird, um dort in einer gegebenen Schichtdicke einen Belag aus Verbundwerkstoff zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Schichtmaterial wenigstens einmal gewalzt wird, um die ursprüngliche Schichtmaterial-Schichtdicke auf einen Wert zu reduzieren, der etwa 20 bis 85 Prozent der Schichtdicke des Belags aus Verbundwerkstoff entspricht;
aus diesem, reduzierte Schichtdicke aufweisenden Schicht­ material eine Anzahl Vorformlinge herausgeschnitten wer­ den, die eine vorgegebene Konfiguration aufweisen;
eine solche Anzahl Vorformlinge - einer über dem ande­ ren - auf der Oberfläche des metallischen Substrates an­ geordnet werden, daß die Summe der Schichtdicken aller übereinander angeordneten Vorformlinge im wesentlichen der vorgegebenen Belag-Schichtdicke entspricht;
auf der Oberseite des obersten Vorformlings eine Lage Hartlot in der vorgegebenen Konfiguration aufgebracht wird; und
die mehrschichtige Anordnung aus metallischem Substrat, mehreren Vorformlingen und einer Hartlot-Deckschicht erwärmt wird, um das Hartlot zu schmelzen und um eine metallische Bindung der Vorformlinge an das metallische Substrat zu erzeugen, wobei ein Werkstück erhalten wird, das auf wenigstens einem Oberflächenabschnitt mit einem Belag aus einem Verbundwerkstoff versehen ist, der be­ stimmte Eigenschaften aufweist.

7. Das Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Vorformlinge im wesentlichen die gleiche Schichtdicke aufweisen.

8. Das Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrixteilchen aus Wolframkarbid, Titankarbid, Nik­ kelborid und Chromkarbid eingesetzt werden.