Verfahren zum Plattieren von Eisenkörpern. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Plattieren von Eisen körpern, wie zum Beispiel Schiffsplatten, Blechen zur Herstellung von Behältern und Geräten, für die Herstellung von Schalen und Überzügen von Geschossen und ähnliche An wendungen.
Es wurde bereits vorgeschlagen, Eisen körper mit Belägen aus rostsicherem Stahl (Chrom-Nickelstahl) zu versehen, indem man an der einen Fläche eines dünnen Bleches aus solchem Stahl einen Überzug aus Nickel oder einer Nickellegierung anbringt, das Blech auf den zu plattierenden Körper so auflegt, dass der Nickelüberzug auf der zu plattieren den Oberfläche liegt und dieses Paket dann in einem Ofen unter Pressdruck einer entspre chend hohen Temperatur aussetzt.
Hierdurch soll sich die aus Nickel oder einer Nickel legierung bestehende Zwischenschicht mit den beiden Metallen, zwischen denen sie ,sich befindet, durch Diffusion zu einer Legierung vereinigen und eine mechanische Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Plattie- rungsblech herstellen, die so widerstands fähig sein soll, dass der plattierte Grundkör per mechanischen Bearbeitungen, wie Wal zen, Ziehen, Biegen usw. im warmen oder kalten Zustande unterworfen werden kann, ohne dass sich das Plattierungsblech loslöst.
Nun erfordert aber dieses Verfahren; wenn die erwähnte Diffusionslegierung zustande kommen soll, eine sehr hohe Temperatur und, da gewisse Chrom-Nickelstähle durch Er hitzung auf hohe Temperaturen in chemischer und physikalischer Beziehung so verändert werden, dass sie ihre Widerstandsfähigkeit gegen Säuren und Rostbildung mehr oder weniger verlieren, so ist dieses Verfahren nicht anwendbar, wenn es sich darum han delt, einen Grundmetallkörper mit einer Plat- tierung aus rostsicherem oder säurebestän digem Stahl zu versehen.
Gemäss der Erfindung besteht das Plat- tierungsverfahren darin, dass die Oberfläche des Eisenkörpers zuerst mit einer Schicht eines 1Vletalles, das eine Beeinflussung des Eisens durch Kupfer verhindert, wie Nickel oder Silber, und in gleicher Weise auch die Oberfläche des Plattierungsbleches mit einem Metall, das eine Beeinflussung von Eisen durch Kupfer verhindert, wie Nickel oder Silber, versehen werden. Dann werden beide Teile noch mit einer wenigstens zum grösseren Teil aus Kupfer bestehenden Schicht versehen, worauf sie sich deckend aufeinandergelegt werden und das so erhaltene Paket unter einem Druck von 0,03 bis 0,05 kg/mm2 er wärmt wird.
Beim Plattieren eines Eisenkörpers mit Blechen aus chromhaltigem (rostbeständigem) Stahl können die beiden Teile zuerst mit einem, vorzugsweise galvanischen, Überzug aus Nickel oder einem andern Material mit ähnlichen Eigenschaften und darauf mit einem Kupferüberzug versehen werden.
Wer den dann die beiden Teile so aufeinander gelegt, dass die Kupferschichten aneinander zu liegen kommen, und wird das Paket unter Pressdruck erhitzt, so bedarf es einer viel niedrigeren Temperatur als bei Anwendung einer einfachen Nickel-Zwischenschicht, um eine Vereinigung der beiden aneinanderlie genden Kupferschichten und ferner die Bil dung von Diffusionslegierungen, zumindest in den Grenzschichten zwischen Kupfer und Nickl, zustande kommen zu lassen.
Haftet der Nickelüberzug sowohl an dem Grundkör per (Eisenplatine) als auch an dem Planie rungsblech an sich schon fest, was dann der Fall ist, wenn es sich um einen galvanischen Nickelüberzug handelt, so gewährleistet die aus Kupfer oder einer Kupfer-Nickellegie rung bestehende Zwischenschicht eine so feste Verbindung zwischen dem Plattierungsblech und dem Grundkörper, dass es dann ohne wei teres möglich ist, den Verbundkörper den ver schiedensten mechanischen Bearbeitungen, sei es in kaltem, sei es in warmem Zustande zu unterziehen. Trotz solcher mechanischer Bearbeitungen bleibt die Verbindung erhal ten, weil die Zwischenschicht dehnbarer ist als Eisen und Stahl oder als eine Eisen Nickellegierung.
Jedenfalls ist aber die Temperatur, die zur Erzeugung der Diffusionslegierung zwi- .sehen Kupfer und Nickel erforderlich ist, so niedrig, dass hierdurch die Eigenschaften des Stahlbleches nicht beeinträchtigt werden. Es genügt zum Beispiel bei einem Druck von ungefähr 0,05 kg/mm2 eine Erhitzung auf un gefähr 1000 " C während ca. 2 bis 3 Stunden.
Das Erhitzen unter entsprechendem Press- druck kann auch an Paketen vorgenommen werden, die aus mehreren Grundkörpern mit Plattierungsblechen bestehen, wie dies an sich bekannt ist. Plattierungsbleche können ent weder an einer oder an beiden Seiten des Grundkörpers angebracht werden. Das Ver fahren ist auch dort vorteilhaft, wo hohe Er hitzung eine schädliche Beeinflussung der ver wendeten Metalle nicht zur Folge hätte.
Bei Anwendung des Verfahrens für dünne Ausgangswerkstücke ergibt sich der Vorteil, dass die dünnen Bleche, die zum Zwecke des Plattierens aufeinandergelegt und unter Pressdruck erhitzt werden sollen, leich ter dicht: aneinander gedrückt werden kön nen, als dickere Bleche. Man hat es zwar niemals mit absolut glatten Oberflächen der miteinander zu vereinigenden Bleche zu tun, dünne Bleche schmiegen sich aber unter Druck leichter aneinander als dicke und die Verbindung mittels der Diffusionslegierung wird daher inniger und widerstandsfähiger.
Die Schichten von Nickel und Kupfer sind zweckmässig möglichst dünn im Ver gleich zur Dicke des Eisenkörpers und der Plattierungsbleche. Dass zwischen der kupfer haltigen Schicht und dem Eisen oder Stahl eine Zwischenschicht, zum Beispiel von Nickel liegt, hat den Vorteil, dass das Ein dringen von. Kupfer in das Eisen bezw. die Eisenlegierung und die hierdurch bedingten Schädigungen der Eigenchaften dieser Me talle verhindert werden.
Wenn infolge der Dickenabmessungen des Grundkörpers und des oder der Plattie- rungsbleche bei den später vorzunehmenden Formänderungen mit stärkeren Verschiebun gen zwischen dem Grundkörper und dem Plattierungsbiech zu rechnen ist, so kann die Verbindungs-Zwischenschicht aus der Diffu sionslegierung die entstehenden Spannungen nicht aufnehmen, wenn sie nur aus Metall überzügen der gebräuchlichen geringen Dik- ken gebildet wird, wie es bei galvanischen Überzügen der Fall ist.
Die Zwischenschicht enthält dann in der Dickenrichtung nicht ge nügend Material, um selbst bei sehr starker Dehnbarkeit der Diffusionslegierung so grosse Materialverschiebungen senkrecht zur Dik- kenrichtung zuzulassen, wie sie beim Wal zen oder Ziehen entstehen, ohne dass es zu Zerstörungen der bindenden Zwischenschicht käme.
Verhältnisse dieser Art treten zum Bei spiel auf, wenn eine Eisen- oder Stahlplatte von etwa 30 mm Dicke mit einem Blech aus chromhaltigem Stahl von etwa 3 mm Dicke plattiert und dieses Werkstück dann verschie denen Formänderungen unterworfen werden soll. In solch einem Falle ist es zweckmässig, die den Grundkörper und das Plattierungs- blech verbindende Zwischenschicht so dick zu bemessen, dass Materialverschiebungen in der Richtung senkrecht zur Dicke, die beim Wal zen, Ziehen oder sonstigen Formänderungs arbeiten entstehen, ohne Zerstörung der Zwi schenschicht möglich sind.
So müsste in dem angegebenen Beispiel, wo. ein 30 mm dicker Grundkörper mit einem 3 mm dicken Blech aus chromhaltigem Stahl plattiert werden soll, die Zwischenschicht ungefähr 1 mm dick sein, da die Erfahrung gezeigt hat, dass die Dicke der Zwischen schicht zweckmässig etwa ein Drittel der Dicke des Planierungsbleches betragen .soll. So dicke galvanische Überzüge wären aber unwirtschaftlich, abgesehen von den Schwie rigkeiten, mit denen deren Herstellung ver bunden wäre. Zur Herstellung solcher Zwi schenschichten ist es zweckmässig, zwischen die wie beschrieben überzogenen Flächen des Grundkörpers und de Plattierungsbleches vor dem Glühen unter Druck ein Kupferblech von entsprechender Dicke einzulegen.
Das Zwischenblech kann auch aus Kupfer-Zink legierungen (Tombak, Messing oder derglei chen) oder Silber-Kupferlegierungen bestehen. Wenn bei .dem angeführten Beispiel der Nickel- und der Kupferüberzug auf dem Grundkörper 0,015 bezw. 0,030 mm. und der Nickel- und der Kupferüberzug auf dem Plattierungsblech 0,005 bezw. 0,015 mm dick aufgetragen werden, so kann ein Zwischen blech aus Tombak von einer Dicke von un gefähr 0,8 mm verwendet werden.
Handelt es .sich um Werkstücke, die einer Glühung zum Zwecke der Vergütung unter worfen werden sollen, so muss die Zwischen schicht so beschaffen :sein, dass sie dieser Glühtemperatur standhält. Es muss also die Schmelztemperatur des zu verwendenden Zwischenbleches mindestens bei 1000 bis 1040' C liegen.
Weitere Beispiele des Verfahrens sind nachstehend an Hand der beiliegenden Zeich nung erläutert.
In Fig. 1 ist ein Weichstahlkörper a zu plattieren. b ist eine galvanisch auf den Kör per a aufgebrachte Nickelschicht und c eine ebenfalls galvanisch auf die Schicht b auf gebirachte Kupferschicht. Der Körper a soll mit dem Blech d aus rostfreiem Stahl plat tiert werden, zu welchem Zwecke auf galva nischem Wege eine Schicht e aus Nickel auf das Blech<I>d</I> und eine Kupferschicht<I>f</I> auf die Schicht e aufgebracht werden. Hierauf wird das Blech d mit seiner die Kupferschicht tra genden Seite f auf die Schicht c gelegt und das so gebildete Paket einer Erhitzung und einer Pressung unter hohem Druck ausgesetzt.
Fig. 2 zeigt eine Mehrzahl von Körpern a mit Plattierungsbleehen d auf gegenüber liegenden Seiten jedes Körpers a, wobei jedes Paket d, <I>e,</I> f, <I>c, b,</I> a vom benachbarten Paket durch eine Schicht g aus Isoliermaterial ge trennt und die Pakete zwischen Pressplatten h einer Presse angeordnet sind.
Method of plating iron bodies. The present invention relates to a method for plating iron bodies, such as ship plates, sheets for the production of containers and devices, for the production of shells and coatings of projectiles and similar applications.
It has already been proposed to provide iron bodies with coatings made of rust-proof steel (chrome-nickel steel) by applying a coating of nickel or a nickel alloy to one surface of a thin sheet of such steel, placing the sheet on the body to be plated that the nickel coating is on the surface to be plated and this package is then exposed to a correspondingly high temperature in an oven under pressure.
This is intended to unite the intermediate layer made of nickel or a nickel alloy with the two metals between which it is located to form an alloy by diffusion and to create a mechanical connection between the base body and the cladding sheet, which should be so resistant that the clad base body can be subjected to mechanical processing such as rolling, drawing, bending, etc. in the warm or cold state without the cladding sheet becoming detached.
But now this procedure requires; if the aforementioned diffusion alloy is to come about, a very high temperature and, since certain chromium-nickel steels are chemically and physically changed by heating to high temperatures so that they more or less lose their resistance to acids and rust formation, this is the case This method cannot be used if the task is to provide a base metal body with a plating made of rustproof or acid-resistant steel.
According to the invention, the plating process consists in first covering the surface of the iron body with a layer of a metal that prevents the iron from being influenced by copper, such as nickel or silver, and in the same way also covering the surface of the plating sheet with a metal that an influence of iron by copper can be prevented, such as nickel or silver. Then both parts are provided with an at least largely made of copper layer, whereupon they are placed on top of each other and the package thus obtained is heated under a pressure of 0.03 to 0.05 kg / mm2.
When plating an iron body with sheets of chromium-containing (rustproof) steel, the two parts can first be provided with a, preferably galvanic, coating of nickel or another material with similar properties and then with a copper coating.
If you then put the two parts on top of one another so that the copper layers come to rest against each other, and if the package is heated under pressure, a much lower temperature is required than when using a simple nickel intermediate layer in order to unite the two adjacent copper layers and also to allow the formation of diffusion alloys, at least in the boundary layers between copper and nickel, to come about.
If the nickel coating adheres to both the base body (iron plate) and to the planing sheet, which is the case when it is a galvanic nickel coating, the intermediate layer consisting of copper or a copper-nickel alloy ensures that the coating such a firm connection between the cladding sheet and the base body that it is then easily possible to subject the composite body to a wide variety of mechanical processes, be it in a cold or in a warm state. Despite such mechanical processing, the connection is retained because the intermediate layer is more ductile than iron and steel or an iron-nickel alloy.
In any case, however, the temperature which is required to produce the diffusion alloy between copper and nickel is so low that it does not affect the properties of the steel sheet. For example, at a pressure of approximately 0.05 kg / mm2, heating to approximately 1000 "C for approximately 2 to 3 hours is sufficient.
The heating under the appropriate pressure can also be carried out on packets that consist of several base bodies with cladding sheets, as is known per se. Plating sheets can either be attached to one or both sides of the base body. The process is also advantageous where high heating would not have a harmful effect on the metals used.
When using the method for thin starting workpieces, there is the advantage that the thin sheets, which are to be placed on top of one another for the purpose of plating and heated under pressure, can be pressed closer together than thicker sheets. You never have to deal with absolutely smooth surfaces of the sheets to be joined together, but thin sheets nestle against one another more easily than thick ones under pressure and the connection by means of the diffusion alloy is therefore more intimate and more resistant.
The layers of nickel and copper are expediently as thin as possible compared to the thickness of the iron body and the plating sheets. The fact that there is an intermediate layer, for example of nickel, between the copper-containing layer and the iron or steel, has the advantage that penetration of. Copper in the iron respectively. the iron alloy and the resulting damage to the properties of these metals can be prevented.
If, due to the thickness dimensions of the base body and the plating sheet (s), greater displacements between the base body and the plating area are to be expected when the shape changes to be made later, the connecting intermediate layer made of the diffusion alloy cannot absorb the stresses that arise when it is formed only from metal coatings of the customary small thicknesses, as is the case with galvanic coatings.
The intermediate layer then does not contain enough material in the direction of thickness to allow such large material shifts perpendicular to the direction of thickness, even with very high ductility of the diffusion alloy, as occur during rolling or drawing without the binding intermediate layer being destroyed.
Conditions of this type occur, for example, when an iron or steel plate of about 30 mm thickness is plated with a sheet of chromium-containing steel of about 3 mm thickness and this workpiece is then to be subjected to various changes in shape. In such a case it is advisable to dimension the intermediate layer connecting the base body and the cladding sheet so thick that material shifts in the direction perpendicular to the thickness, which occur during rolling, drawing or other deformation work, are possible without destroying the intermediate layer are.
So in the example given, where. a 30 mm thick base body is to be plated with a 3 mm thick sheet of chromium-containing steel, the intermediate layer should be approximately 1 mm thick, as experience has shown that the thickness of the intermediate layer should be approximately a third of the thickness of the leveling plate. Such thick galvanic coatings would be uneconomical, apart from the difficulties with which their production would be a related party. To produce such interlayers, it is useful to insert a copper sheet of appropriate thickness between the coated surfaces of the base body and the plating sheet, which is coated as described, before the annealing under pressure.
The intermediate plate can also consist of copper-zinc alloys (tombac, brass or the like) or silver-copper alloys. If in .dem cited example the nickel and copper plating on the base body 0.015 respectively. 0.030 mm. and the nickel and copper plating on the plating sheet 0.005 and 0.005, respectively. 0.015 mm thick, an intermediate sheet made of tombac with a thickness of about 0.8 mm can be used.
In the case of workpieces that are to be subjected to annealing for the purpose of tempering, the intermediate layer must be of such a nature that it can withstand this annealing temperature. The melting temperature of the intermediate sheet to be used must therefore be at least 1000 to 1040 ° C.
Further examples of the method are explained below with reference to the accompanying drawing.
In Fig. 1, a mild steel body a is to be plated. b is a nickel layer which is galvanically applied to the body a and c is a copper layer which is likewise galvanically applied to layer b. The body a is to be plated with the sheet metal d made of stainless steel, for which purpose a layer e made of nickel on the sheet <I> d </I> and a copper layer <I> f </I> by galvanic means the layer e are applied. The sheet d is then placed with its side f carrying the copper layer on the layer c and the package thus formed is subjected to heating and pressing under high pressure.
Fig. 2 shows a plurality of bodies a with plating sheets d on opposite sides of each body a, each packet d, <I> e, </I> f, <I> c, b, </I> a from the adjacent one Package separated by a layer g of insulating material and the packages are arranged between press plates h of a press.