DE2841446A1

DE2841446A1 - Verfahren zur herstellung eines verbundwerkstoffes

Info

Publication number: DE2841446A1
Application number: DE19782841446
Authority: DE
Inventors: Jean Hardt; Herbert Zulauf
Original assignee: Alusuisse Holdings AG
Current assignee: Rio Tinto Switzerland AG
Priority date: 1978-06-15
Filing date: 1978-09-23
Publication date: 1979-12-20
Also published as: YU140879A; ES481399A0; BE876981A; BR7903779A; ES8100355A1; FR2428495A1; IT7923538A0; SE7905255L; DE2841446C2; IT1121797B; GB2023665A; CH632437A5

Description

SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AG, 3965 Chippis

Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes

15.Juni 1978

FPA-HBr/Ri

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Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines nichtlösbaren Verbundv/erkstof fes durch Beschichtung eines Metallteiles mit Aluminium.

Unter Verbundguss versteht man ein Verfahren, durch das zwei Metalle - das eine im erstarrten, das andere im flüssigen Zustand - derart miteinander in Berührung gebracht werden, dass zwischen den beiden Metallen eine Diffusionszone und damit ein ununterbrochener metallischer Uebergang, das heisst eine metallische Bindung, von dem einen zum andern Metall entsteht.

Giessverfahren, mit deren Hilfe eine mechanische Verklammerung in Oberflächenunebenheiten des festen Teils mit dem ein- oder angegossenen Teil erzielt wird, wodurch eine mechanisch befriedigende Verbindung erzielt werden kann, gelten nicht als Verbundguss gemäss obiger Definition.

Mit Aluminium beschichtete Verbundgussteile aus Stahl sind für eine Reihe von technischen Verwendungen benutzt worden, in denen die bessere Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums und die höheren mechanischen Werte bei erhöhten Temperaturen der Eisenwerkstoffe ausgenutzt werden.

Es ist bekannt, Zwischenschichten aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen zur Verbesserung der Verbundhaftung anzubringen. Dabei sind unter anderem die Verfahren des Flammspritzens, Aufdampfens, Tauchens oder Walzplattieren mit Aluminium angewendet worden.

Diese bekannten Verfahren weisen jedoch die folgenden Nachteile auf:

-Bei der Tauchbeschichtung muss das Werkstück mehrmals in das flüssige Aluminium getaucht werden, d.h. das

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Verfahren ist aufwendig und ausserdem nicht oberflächenspezifisch, weil die ganze Oberfläche des Werkstücks beschichtet wird.

-Mit dem Flammspritzen können nur geringe Leistungen erzielt werden, ausserdem ist ein Einbrennvorgang notwendig.

-Das Walzplattieren ist nur bei einfachen geometrischen Formen möglich und daher in den Anwendungsmöglichkeiten stark eingeschränkt.

-Das Aufdampfen ist sehr teuer und deshalb in der Praxis kaum anwendbar.

Die Erfinder haben sich deshalb die Aufgabe gestellt, ein einfaches, wirtschaftliches Verfahren für das Aufbringen einer Zwischenschicht mit grosser Haftfestigkeit zu schaffen, durch welches die vorstehend genannten Nachteile beseitigt werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Metallteil vorerst durch Hochtemperaturspritzen mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung beschichtet, und dann eine Aluminiumlegierung aufgegossen wird.

Für die Herstellung der Zwischenschicht wird erfindungsgemäss zweckmässig das Lichtbogen oder Plasmaspritzverfahren angewendet. Als Spritzgut können beispielsweise Reinaluminium (99,5), Aluminium-Magnesium- oder Aluminium-Siliziumlegierungen eingesetzt werden.

Das Spritzgut wird mit einer Schichtdicke von 50 - 200 pm, vorzugsweise 100 - 150 yum auf ein Metallteil aufgetragen, welches vorzugsweise aus Stahl, Grauguss, Temperguss, Sphäroguss, Buntmetallen, Aluminium oder Aluminiumlegierungen besteht.

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Nach einem an sich bekannten Giessverfahren, wie Kokillen-Niederdruck- oder Druckguss erfolgt dann das Aufgiessen einer Aluminiumlegierung auf die Zwischenschicht, nachdem das Teil auf eine Temperatur von 200 - 300 C erwärmt worden ist. Mit einer solchen Wärmebehandlung wird die Diffusion zwischen den verschiedenen Metallen wesentlich verbessert.

Als Aluminiumgusslegierungen können Aluminium-Silizium-, Aluminium-Silizium-Magnesium-, Aluminium-Magnesium-, Aluminium-Silizium-Kupfer- oder Aluminium-Mangan- Eisenlegierungen auf die Zwischenschicht aufgegossen werden.

Erfindungsgemäss wird das Verfahren zur Herstellung eines nichtlösbaren Verbundwerkstoffes zur Herstellung von Halb-oder Fertigfabrikaten angewendet. Es können Verbundgegenstände aus den oben erwähnten Materialkombinationen hergestellt werden, die zum Beispiel wegen ihrer Formgestaltung, ihren technischen Anforderungen oder der Wirtschaftlichkeit nach bisher üblichen Verfahren nicht oder nur sehr schwierig hergestellt werden könnten. Darunter fallen beispielsweise Edelstahlkochgeräte mit Aluminiumkompensationsböden, Bügeleisensohlen, Kochherdplatten mit verschleissfester Edelstahlabdeckung, Automobilräder usw.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig.l Einen 200-fach vergrösserten Schliff durch ein Stahl-Aluminiumverbundgusstei1.

Fig.2 Einen Schliff durch das um 110 gebogene Verbundgussteil von Fig. 1.

Fig. 3 Einen schematischen Schnitt durc'i ein Stahl-Aluminium-Verbundgussrad für Automobile.

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Der in Fig.l gezeigte, 200-fach vergrösserte Schliff zeigt ein 0,8 mm dickes Blech aus rostfreiem Stahl 18/8, auf welches eine ca. 100 Jum dicke Zwischenschicht aus Aluminium (99,5) aufgespritzt ist, auf welche im Druckgussverfahren eine Aluminium-Mangan-Eisenlegierung aufgegossen ist. Mit diesem Schliff wird die Verbindung zwischen dem Stahlblech 10 und der Zwischenschicht 11 einerseits und der Zwischenschicht 11 mit der Aluminiumdruckgusslegierung 12 andrerseits gezeigt. Das Stahlblech 10 und die Zwischenschicht 11 sind mit einer metallischen- bzw. Diffusionsbindung verbunden, die Zwischenschicht 11 und die Aluminiumdruckgusslegierung 12 durch eine mechanische Verbindung und teilweises Aufschmelzen beider Schichten.

Das Versuchsteil ist 20mal auf 450 C erwärmt und an der Luft wieder abgekühlt worden, ohne dass eine Veränderung im Schliff bild festgestellt werden kann.

Das in Fig. 2 gezeigte Verbundteil hat den gleichen Aufbau wie dasjenige von Fig. 1. Das Verbundteil ist in Richtung der Zeichnungsebene um 110 umgebogen worden. Wie der Schliff zeigt, hat dabei keine Ablösung stattgefunden, auch sind keine Anrisse festzustellen. Durch Fig.2 wird gezeigt, dass zwischen dem Stahlblech 10 und der Zwischenschicht 11 nicht, wie bei andern Verfahren, eine spröde Zone gebildet wird, was zu einem guten Verbund führt.

Fig. 3 zeigt eine Stahlfelge 14, welche teilweise mit einer Hochtemperaturspritzschicht 15 beschichtet ist. Auf diese Zwischenschicht 15 wird im Druckgussverfahren eine Radschüssel 14 aufgegossen.

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Claims

PATENTANWALT

DIPL. INQ. QERHARD F. HIEBSCH

Ü-7700 SINQEN/HÜHfcNTWiEL

POSTFACH 464 - TEL. 07731-61135 28414 TiE

Patentansprüche Mr 12 8 8

l_r Verfahren zur Herstellung eines nicht lösbaren Verbund-Werkstoffes durch Beschichten eines Metallteiles mit
Aluminium, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallteil
vorerst durch Hochtemperaturspritzen mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung beschichtet, und dann eine
Aluminiumlegierung aufgegossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallteil aus Stahl, Grauguss, Temperguss, Sphäroguss, Buntmetallen, Aluminium oder Aluminiumlegierungen beschichtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Reinaluminium (99,5), Aluminium-Magnesium- oder
Aluminium-Siliziumlegierungen mittels Lichtbogen - oder Plasmaspritzens als Zwischenschicht aufgebracht werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht 50 - 200 yum, vorzugsweise 100 - 150 jum dick aufgespritzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Zwischenschicht versehene Metallteil auf eine Temperatur von 200 - 300 C erwärmt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aluminium-Silizium-, Aluminium-Silizium-Magnesium-, Aluminium-Magnesium-, Aluminium-Silizium-Kupfer- oder Aluminium-Mangan-Eisenlegierung auf die
Zwischenschicht gegossen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufgiessen der Aluminiumlegierung auf die Zwischenschicht mittels Kokillen-, Niederdruck- oder Druckguss erfolgt.

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8. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-7 zur Herstellung von Halb- oder Fertigfabrikaten.
9. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 8 zur Herstellung von Stahl-Aluminium-Verbundrädern für Automobile.

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