Verfahren zum Verbinden von Metallschichten, insbesondere zur Herstellung eines mehrschichtigen Metallkörpers Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Metallschichten, insbesondere zur Her stellung eines mehrschichtigen Metallkörpers, wobei die zu verbindenden Metallschichten im Abstand vonein ander angeordnet sind, mit Hilfe eines detonierenden Sprengmittels.
Plattierungen, plattierte Bleche und Verbundkörper haben sich in den letzten Jahren für viele Anwendungs gebiete als Werkstoffe eingeführt. Sie bestehen im allge meinen aus einem verhältnismässig billigen Grundmate rial, auf dem eine Schicht eines anderen Materials auf gebracht ist. Aus diese Weise lassen sich z. B. Bauteile für die verschiedensten Industriezweige aus relativ billi gem Material der entsprechenden Festigkeit herstellen die jedoch nicht entsprechen würden wegen zu geringer Korrosions- oder Zunderfestigkeit. Für diese Fälle wird das Grundmaterial mit entsprechend beständigen Über zügen versehen.
Nach den bekannten Verfahren war die Herstellung von derartigen Plattierungen oder Ausklei- dungen schwierig, nicht immer möglich und zufrieden stellend und meist sehr aufwendig.
Die bekannten Verfahren arbeiten entweder mit elektro--chemischer oder elektrolytischer Abscheidung des Plattierungsmaterials auf das Grundmaterial und sind wegen der dabei ablaufenden Reaktionen auf eine bestimmte Anzahl von Metallen und auf eine ganz enge Auswahl von Metallkombinationen beschränkt. Die elek trochemisch erzeugten Schichten sind meist auch nicht ausreichend dicht oder es kann bei der Abscheidung so wohl bei der Elektrolyse als auch bei der elektroche mischen Plattierung zu einer Versprödung des Grund materials infolge von Wasserstoffentwicklung an der Metallelektrode und damit Aufnahme von Wasserstoff durch das Metall des Grundmaterials kommen. Ein anderes Verfahren arbeitet mit der sogenannten Gasphasenplattierung oder Aufdampfung.
Das aufzu- bringende Metall wird entweder verdampft oder ther misch zersetzt aus den entsprechenden Metallverbin dungen und auf dem Grundmaterial abgeschieden. Die Gasphasenplattierung ist infolge der hierfür erforder lichen Apparaturen sehr aufwendig, auf kleinere Gegen stände, einfachere Form und in erträglichen Tempera turgrenzen verdampfbar bzw. pyrolysierbare Metalle be schränkt. Die Aufbringung von dickeren Schichten nach diesem Verfahren würde jedoch zu einer ungebührlichen Verteuerung des plattierten Gegenstandes führen.
Das gebräuchlichste Verfahren zur Plattierung, insbe sondere zur Herstellung von plattierten Blechen jeder Stärke, ist das sogenannte Aufwalzen. Dabei werden zwei Bleche der verschiedenen Qualitäten warm aufein ander gewalzt und miteinander verschweisst. Die Bin dung ist für manche Zwecke ausreichend, für höhe An forderungen - sowohl was Dichtigkeit, Biegefestigkeit, Warmfestigkeit und eventuell auch Vibrationsfestigkeit anbelangt - meistens unzulänglich.
Beim Biegen tren nen sich die Schichten infolge der unterschiedlichen Dehnbarkeit der plattierten Metalle, bei hohen Arbeits temperaturen erfolgt ein Abschälen und Trennen der Einzelbleche infolge unterschiedlicher Wäremeausdeh- nung, in korrodierender Atmosphäre können sich an den Verbindungszonen in manchen Fällen schwere Korro sionen ausbreiten, so dass durch chemische Reaktion die Abhebung der Schichten erfolgt.
Dies sind nur einige der Nachteile des Plattierungsverfahrens durch Warmwal zen, ganz abgesehen davon, dass man damit natürlich nur miteinander verträgliche Metalle und nur Bleche ent sprechender Dicke, vor allem nur Materialien, die warm walzbar sind und den Walzbedingungen ohne Gefüge- änderung widerstehen, anwenden kann. Es gibt jedoch eine ganze Reihe von Metallkombi nationen,
die im Hinblick auf die neuesten Verwendungs zwecke mit höchsten Anforderungen an Warmfestigkeit, Zunderfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und dgl. inter essant wären, die sich jedoch nach den bisher bekann ten Verfahren nicht durch Plattierung vereinigen lassen und zwar gilt dies sowohl für die Walzplattierung als auch für die elektrochemische, elektrolytische und Dampfphasenplattierung. Der Grund für die mangelnde Plattierbarkeit verschiedener Metallsysteme ist unter an derem in der Bildung von intermetallischen Verbindun gen zu erblicken, die meistens sehr spröde sind und da mit die Festigkeit des Verbundkörpers nachteilig beein flussen.
Auch kann es bei den Plattierungsverfahren zur Aufnahme von Stoffen aus der Umgebung kommen, die ihrerseits wieder zur Bildung von spröden oder den Zu sammenhalt des Gefüges störenden Stoffen führen. Es sei nur z. B. an die Gefährlichkeit der Wasserstoffauf nahme von Titanlegierungen und die oberflächliche Oxy dation verschiedener Metalle erinnert, wodurch infolge der Oxydhaut eine Verbindung unmöglich gemacht oder wesentlich erschwert wird und ein Arbeiten unter Schutz gas oder im Vakuum erforderlich würde.
Es ist bereits bekannt, eine Rohrverbindung mit Hil fe einer Muffe unter Anwendung einer im Rohr ange ordneten Ringladung aus einem brisanten Sprengstoff zur Aufbringung der für die mechanische Verteilung er forderlichen Energie zu erreichen. Dabei werden die der Ringladung gegenüberliegenden Materialbereiche pla stisch verformt und die Muffe mit Rohrenden aufgewei tet.
Die Erfindung bringt nun ein Verfahren, welches die Herstellung von mehrschichtigen Metallkörpern der ver schiedensten Materialien in den verschiedensten Kombi nationen gestattet, wobei die Verbindung untrennbar ist, d. h. es löst sich die Verbindungszone zwischen den zwei Metallschichten nicht, auch beim Biegen nicht oder auch unter den höchsten Beanspruchungen, so dass alle Ge fahren, die mit einem Abheben oder Abschälen der Plat- tierung verbunden sind, bei dem erfindungsgemässen Verbundkörper gar nicht auftreten.
Die Verbindung der beiden Metallschichten nach dem erfindungsgemässen Verfahren. ist homogen, beträt also gleichmässige Fe stigkeit über den ganzen Flächenbereich, weist keine Feh ler durch Einschlüsse, sei es metallischer, oxydischer oder gasförmiger Natur auf, führt zu keiner Versprödung der umliegenden Bereiche und gestattet die Aufrecht erhaltung der mechanischen Eigenschaften des Grund materials, insbesondere auch was eeine Flexibilität anbe langt.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Verbinden von Metallschichten, insbesondere zur Herstellung eines mehrschichtigen Metallkörpers, wobei die zu verbinden den Metallschichten im Abstand voneinander angeordnet sind, mit Hilfe eines detonierenden Sprengmittels ist da durch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den zu verbindenden Metallschichten mindestens 0,025 mm beträgt und die Detonationsgeschwindigkeit mindestens 1200 m/sec., jedoch weniger als 120 % der Schallge schwindigkeit des Metalls beträgt, wenn Metalle gleicher Schallgeschwindigkeit verbunden werden, bzw.
weniger als 120 % der Schallgeschwindigkeit des Metalls mit der höchsten Schallgeschwindigkeit beträgt wenn Metalle verschiedener Schallgeschwindigkeit verbunden werden, und dass sich das Sprengmittel über den zu verbinden den Bereich erstreckt und auf einer der Metallschichten entweder unmittelbar oder unter Anbringung einer Puf- ferschicht auflieft und dass die Detonation des Spreng mittels parallel zu den Metallschichten fortschreitet.
Eines der Merkmale des erfindungsgemässen Ver fahrens liegt darin, dass man die zu verbindenden Me talle für die Planierung mit Hilfe von Sprengkraft in einem gewissen Minimalabstand voneinander hält.
Dies kann geschehen, entweder indem man zwischen den bei den zu verbindenden .Schichten Abstandshalter oder der gleichen anordnet, die eine oder beide Metallschichten mit als Abstandshalter wirkenden, kleinen Erhebungen, Nasen und, dergleichen versieht oder auf die untere Platte eine Schicht eines Pulvers, Granulats oder von Körper chen aufstreut, insbesondere Eisenpulver entsprechender Korngrösse.
Dadurch wird die auf diese Schicht aufgeleg te zweite Metallplatte von der ersten in dem der Korn- grösse des Pulvers und dergleichen entsprechenden Ab stand gehalten. Bei allen Abstandshaltern ist jedoch da rauf zu achten, dass sie den Verbindungsvorgang nicht schädlich beeinflussen, also keine grösseren Flächenbe reiche abdecken und in die Verbindungszone keine Ver unreinigungen oder Fremdmetalle einbringen, welche der Anlass für eine Zwischenphase oder Inhomogenität sein könnten.
Die Anordnung der beiden zu verbindenden Metall partner geschieht vorzugsweise parallel zueinander im Abstand, wie oben angedeutet. Der jeweils anzuwenden de Abstand zwischen den zu verbindenden Metallteilen hängt von vielen Faktoren ab. Er kann bei hoher La dung und bei Evakuierung des Raumes zwischen den beiden Schichten beträchtlich höher sein.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, die zu ver bindenden Metallteile oberflächlich zu reinigen. Es ge nügt ein leichtes Abreiben und anschliessendes Spülen. Eine so aufwendige Reinigung und Glättung der Ober fläche, wie sie für die anderen Plattierungsverfahren er forderlich ist, kann bei dem erfindungsgemässen Ver fahren entfallen.
Es ist vorteilhaft, oberflächlich haften den Schmutz, Zunder und leicht haftende Fremdkörper zu entfernen, weil dadurch Einschlüsse in der Verbin dungszone vermieden werden können.
Für die Durchführbarkeit des erfindungsgemässen Verfahrens ist es nicht erforderlich, es hat sich jedoch als zweckmässig erwiesen, den unten liegenden Partner gut und fest zu lagern, um ein Verziehen auszuschliessen. Diese Lagerung geschieht z. B. auf einer Sperrholzplatte, auf einem Gipssockel oder dergleichen.
Ein weiteres wesentliches Merkmal des erfindungs- gemässen Verfahrens ist das zu verwendende Spreng mittel. Es muss eine Detonationsgeschwindigkeit von mindestens 1200 m/sec, jedoch weniger als 120 % der Schallgeschwindigkeit des Metalls aufweisen, wenn Me talle gleicher Schallgeschwindigkeit verbunden worden. Das Sprengmittel! muss sich über den zu verbindenden Bereich erstrecken.
Die anzuwendende Menge an Sprengstoff lässt sich in üblicher Weise ermitteln. Es ist dabei z. B. die in üblicher Weise ermitteln. Es ist dabei z. B. die Spreng kraft, die Dicke der Metallschicht und dergleichen zu berücksichtigen.
Daraus ergibt sich das für den speziel len Anwendungszweck erforderliche Flächengewicht, also die Ladung je Flächeneinheit in Gramm. Über- mässige Sprengmittelmengen sind nicht zweckmässig, da sie unter Umständen zu einer nicht gewünschten Defor mation führen können. überhöhte Mengen an Spreng mitteln sind daher tunlichst zu vermeiden.
Die Anordnung des Sprengstoffs auf den zu verbin denden und im Abstand angeordneten Metallteilen ge- schieht im allgemeinen auf der einen freien Fläche des Metallgegenstandes. Theoretisch kann man zwar auch an beiden freien Flächen der zwei Partner eine Spreng stoffschicht vorsehen, jedoch ist das in der Praxis nicht einfach, da die Zündung ;synchron erfolgen müsste.
Andererseits ist es aber möglich, mit einer einzigen Sprengstoffschicht zwei Plattierungen vorzunehmen, d. h. über und unter bzw. rechts oder links einer Sprengstoff schicht je eine Anordnung aus mindestens zwei Partners, die im Abstand voneinander angeordnet sind, vorzu sehen. Bei der Zündung einer so zentrisch liegenden Sprengstoffschicht erreicht man mit einer Zündung, also mit praktisch der halben Sprengstoffmenge, die Plattie- rung von zwei Gegenständen.
Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung von ab brennenden, also nicht detonierenden Sprengstoffen mit einer Detonationsgeschwindigkeit unterhalb der erfin- dungsgemässen Grenze, also 1200 m/sec, man trotz Einhaltung aller anderen Forderungen des erfindungs- gemässen Verfahrens keine einwandfreie Bindung der Partner erhält.
Es hat sich gezeigt, dass es in vielen Fällen zweck- mässig ist, vor Aufbringung der Sprengstoffschicht auf die eine Metallschicht eine Zwischenlage vorzusehen, die sozusagen als Puffer dient, um eine Beschädigung der Oberfläche des Metallpartners durch dass Sprengmittel und die bei der Detonation entstehenden Produkte und Kräfte zu vermeiden. Als Pufferschicht kann man im einfachsten Fall Wasser verwenden, aber auch Kunst stoff, wie Polyesterschaumstoffe, und Klebestreifen.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Ver fahrens ist darauf zu achten, dass die Detonation par allel zu den zu verbindenden Partnern fortschreitet. Wird diese Forderung nicht eingehalten und trifft die Detona tionsfront, z. B. durch Aufschlag, auf die zu verbinden den Metallteile, so erreicht man keine einwandfreie Ver bindung und nicht die Ausbildung einer Verbindungs zone, wie das nach dem erfindungsgemässen Verfahren gelingt.
Zur Zündung des Sprengstoffs verwendet man üb liche Zünder, Zündkapseln, Zündschnüre und derglei chen. Grundsätzlich ist es ohne Belang, von welcher Stelle aus die Zündung erfolgt, vorausgesetzt, dass die Detonation parallel zu den zu verbindenden Metall teilen fortschreitet. Als sehr zweckmässig erwies sich die Anbringung des Zünders an einer Ecke. Es ist aber auch möglich, einen Zünder in der Mitte einer Kante anzu ordnen oder auch mehrere Zünder entlang ;einer Kante und schliesslich einen sogenannten Linienwellen-Gene rator zu verwenden, der eine gleichzeitige Zündung ent lang einer Linie bewirkt, so dass sich eine Wellenfront ungefährt linear vorbewegt.
Als zu verbindenden Metallteil oder Partner kann man eine Platte, ein Blech oder einen sonstigen Form körper aus einem einzigen Metall, aus einer Legierung aber auch bereits einen Verbundkörper von zwei und mehreren Schichten, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren in einer vorherigen Stufe oder nach einem anderen Verfahren bereits erhalten wurden, verwenden. Es ist auch möglich, auf ein Bauteil durch entsprechende Anordnung einen Überzug oder in einem Behälter eine Auskleidung nach dem erfindungsgemässen Verfahren aufzubringen. Daraus ergibt sich, dass nicht nur die Plattierung von zwei ebenen Körpern, wie sie zwei Plat ten darstellen, möglich ist, sondern auch die Aufbrin gung eines Blechs auf einen Stab oder einen Gegenstand irregulärer Kontur gelingt. Es lassen sich auch Rohre nach dem erfindungsgemässen Verfahren herstellen.
In diesem Fall wird das das Rohr bildende Material in Form eines Bandes oder Streifens um einen Dorn ge wickelt, wobei sich die Kanten soweit überlappen, dass nach Aufbringung eines streifenförmigen Sprengstoffs und Zündung dieses an der Überlappungslinie eine Schweissnaht erhalten wird.
Es hat sich gezeigt, dass die Festigkeit der Verbin dungszone und damit die Bindung besser ist als die Streckgrenze des weicheren Metalls. Die Duktilität des Verbundkörpers entspricht der der nicht verbundenen Partner und lässt sich oft durch eine milde Wärme behandlung verbessern.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich grund sätzlich auf alle Metalle und Legierungen anwenden, insbesondere auch auf solche Systeme, welche sich nach bekannten Verfahren nicht oder sehr unzufriedenstellend verbinden liessen. Als Beispiele seien aufgeführt: Alu minium, Stahl, Eisen, Titan, Niob, Chrom, Kobalt, Nik- kel, Beryllium, Magnesium, Molybdän, Wolfram, Tantal, Vanadium, Zirkonium, Silber, Platin, Kupfer und Gold. Es gelingt also mit dem erfindungsgemässen Verfahren erstmals in wirtschaftlicher Weise die Plattierung von warmfesten und korrosionsbeständigen Metallen und Me tallegierungen auf bewährten Baumaterialien wie weicher Stahl und Aluminium.
Von besonderer wirtschaftlicher Bedeutung sind auch Verbundkörper von weichem Stahl und korrosionsbeständigem Stahl, Plattierungen in Form von Nickel, Kupfer, Titan, Aluminium, Tantal, Magnesium und Silber auf weichem Stahl, korrosions beständiger Stahl plattiert mit Molybdän, die Systeme Nickel-Kupfer, Titan-Kupfer, Titan-Aluminium, Kupfer Tantal und die verschiedensten Kombinationen mit den Legierungen mit zwei oder mehr Komponenten ja bis zu Sandwichkörpern, die eine grosse Anzahl von Schichten aufweisen. Diese Sandwichkörper lassen ;sich in einem Arbeitsgang direkt herstellen oder auch Vorkörper aus wenigen Schichten machen, die dann wieder zu den fer tigen Sandwichkörpern vereinigt werden.
Es ergibt sich also durch das erfindungsgemässe Verfahren eine un geheure Variationsbreite hinsichtlich der Auswahl der Metallpartner und hinsichtlich der Auswahl der Formen.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert.
Fig. 1 und 2 zeigen Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von einem zweischich tigen bzw. dreischichtigen Verbundkörper. Das System der Fig. 2 lässt sich sinngemäss für einen n-schichtigen Körper abwandeln.
In Fig. 1 ist zu sehen der eine Partner 1, der ein gelassen ist in einen Block 5 aus Hartgips, und der zweite Partner 2, also die Plattierungsschicht, mit Hilfe der Vorsprünge 4 in einem Abstand 6 gehalten. Auf dem Metallteil 2 befindet sich die Sprengstofflage 3, an deren Kante ein Zünder 7 befestigt ist, er wird über die Drähte 8 mit Strom versorgt.
Nach Fig.2 ruht die eine Metallschicht 10 auf der Sperrholzunterlage 13, über der Platte 10 ;sind im Ab- standangeordnet die Plattierungsbleche 11 und 12. Der Abstand zwischen den Partnern wird durch die Metall teilchen 14 gehalten. Auf der oberen Fläche der Platte 12 befindet sich als Puffer eine Schicht 15 in Form von, Poly- styrolschaumstoff und auf dieser die Sprengstoffschicht 16. Der über die Leitungen 18 betätigbare Zünder 17 ist an einer Ecke der Sprengstoffschicht 16 angeordnet.
Zweckmässigerweise besitzt die Sprengstoffschicht 16 einen geringen Vorsprung für die Befestigung des Zünders 17. Dadurch ist auch gewährleistet, dass die Detonationsfront die Plattenanordnung bereits mit ihrer vollen Geschwindigkeit erreicht.
Das Eindringen von Wasser in die übereinander an geordneten Metallteile und in die Sprengstoffschicht ist in manchen Fällen zu vermeiden. Hierzu eignet sich ein wasserdichter Klebestreifen, der um die Kanten der Anordnung gelegt wird.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungs- gemässen Verfahrens dient die Fig. 3.
Die Fig. 3 zeigt den einen zu verbindenden Metall teil A, die aufzuplattierende Schicht B und die Spreng- stoffschicht D. Nach Zünden der Sprengstoffschicht D breiten sich die Verbrennungsprodukte fächerförmig in entgegengesetzter Richtung zur Fortpflanzung der Deto nation aus. Diese fächerförmig nach hinten gerichteten Verbrennungsprodukte sind mit D' bezeichnet.
Unter der Einwirkung der Detonationsfront wird aus dem Material der beiden zu verbindenden und im Abstand voneinan der angeordneten Metallteilen ein Strahl E gebildet, und zwar besteht dieser aus geschmolzenem Oberflächen material der beiden zu verbindenden Teile. Der Strahl E trifft auf die Unterseite der Schicht B gerade vor dem Kollisionspunkt C. F bezeichnet die Verbindungszone, bestehend aus dem aus den Oberflächenbereichen der beiden zu verbindenden Partner in flüssigem Zustand abgestrahlten Metalls.
Trotzdem die Theorie über das Auftreten eines Strahls für das erfindungsgemässe Verfahren keine es sentielle Bedeutung hat, erscheint es doch zweckmässig, die theoretischen Grundlagen bei dem erfindungsgemäs- sen Verfahren kurz zu diskutieren.
Nach Zündung des Sprengstoffs pflanzt sich die De- tonaition mit der Detonationsgeschwindigkeit des ange- wandten Sprengmittels über die ganze Schicht fort. Der bei der Detonation erzeugte Druck wirkt somit progressiv auf die Stellen der zu verbindenden Metallagen und treibt diese gegeneinander.
Bei parallel zu der Oberfläche des zu plattierenden Metalls angeordnetem Plattierungsblech wird der Teil, der am nächsten von der Zündstelle liegt, die plattierende Fläche bereits berühren, während die anderen Teile entweder stehen bleiben oder sich eben gegen diese Fläche bewegen Es bildet sich also aus dem oberflächlich abgetragenen, geschmolzenen Material ein Strahl, der in den noch leeren Raum zwischen den zu verbindenden Partnern gerichtet ist. Das abgestrahlte Material wird umgelenkt und damit gut gemischt. Diese Abhebung des Oberflächenmetaills und die Durchmi schung unter dem hohen, herrschenden Druck führt zu der einwandfreien Verbindung.
Die Ausbildung eines solchen Strahls ist jedoch nicht möglich, wenn die ganze Plattierungsschicht gleichzeitig. im wesentlichen senkrecht auf die mit der Schicht zu versehenden Oberfläche aufschlägt. Ein Aufschlagen der Plattierungsfolie erfolgt, wenn die Detonation in der Sprengstoffschicht nicht parallel zu den zu verbinden den Partnern fortschreitet, sondern diese beispielsweise gleichzeitig über die gesamte Fläche gezündet wird. Für das erfindungsgemässe Verfahren ist daher kein Genera tor zur Erzeugung von ebenen Wellen geeignet. Wenn die Sprengstoffschicht auch in einem wesentlichen Abstand von dem Plattierungsblech, z.
B. mehr als 10 cm, ange ordnet ist und der Druck durch ein verhältnismässig dichtes Medium übertragen wird, führt dies auch eher zu einem Aufschlagen des Plattierungsmaterials und nicht zu einem parallelen Fortschreiten der Detonation über die zu verbindenden Partner. Dieser grosse Abstand zwischen Sprengstoffschicht und Plattierungsblech wirkt ähnlich wie eine gleichzeitige Zündung über die gesam te Oberfläche. Aus diesem Grund ist es wesentlich, dass entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren der Sprengstoff so gezündet wird, dass die Detonation paral lel zu den zu verbindenden Metallen fortgepflanzt wird. Selbstverständlich ist die Ausdehnung des Sprengstoffs angepasst an die Dimensionen des zu plattierenden Be reichs.
Der Sprengstoff muss natürlich nicht zwangsläu fig, wie oben beschrieben, in Form einer selbsttragen den biegsamen Schicht oder Folie angewandt werden. Grundsätzlich spielt die Form des Sprengstoffs keine Rol le und es eignet sich jede, die eine gleichmässige Ein haltung einer bestimmten Flächenladung gestattet. Man kann beispielsweise auch auf der Metallfläche einen Rahmen vorsehen, in welchen lockere Sprengmittelmi- schung gefüllt ist.
Wie oben bereits ausgeführt, ist ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens die Anwen dung eines Sprengstoffs mit einer Detonationsgeschwin digkeit von weniger als 120 % der Geschwindigkeit des Schalas in; dem Metall des Systems, welches die höchste Schallgeschwindigkeit besitzt.
In diesem Fall wird auch unter Metall - wie oben bereits ausgeführt - ein reines Metall, eine Legierung oder abwechselnde Schich ten von bereits plattierten Materialien verstanden. überschreitet die Detonationsgeschwindigkeit die erfin- dungsgemässe festgestellte Grenze, so kann dies zu schräg auftreffenden Schockwellen führen, es kommt zu keiner Strahlungsbildung und damit zu keiner guten Verbindung der beiden Metalle. Wenn jedoch unter der artigen Bedingungen doch ein Strahl sich bildet, so treten starke Nebeneffekte auf und führen zu einer Zer störung der Platten und Reissen der Verbindungszone.
Unter Bezeichnung Schallgeschwindigkeit bei Me tallen wird üblicherweise die Geschwindigkeit von plasti schen Schockwellen in den Metallen verstanden, die auf treten, wenn bei einer plötzlich angelegten Spannung oder Belastung eben die Elastizitätsgrenze für eindimensiona le Kompression des in Rede stehenden Metalls oder Metallsystems überschritten wird. Sie ergibt sich durch bekannte Berechnungen aufgrund von in der Literatur vorliegender Werte für die Geschwindigkeit von plasti schen Schockwellen bzw. bei Durchführung von Messun gen über die Schockwellen, wie sie beispielsweise in den Aufsatz von R. G. McQuenn und S.
P. Marsh in Journal of Applied Physics 31, (7), 1253 (1960) beschrieben sind. Die in den dortigen Berechnungen ein gehenden Geschwindigkeiten der elastischen Wellen las sen sich in bekannter Weise bestimmen. In, folgender Tabelle sind die Schallgeschwindigkeiten von gebräuch lichen Metallen zusammengestellt.
EMI0004.0062
Schall Metall <SEP> geschwindig keit
<tb> <U>in <SEP> m/sec</U>
<tb> Zink <SEP> <B>...........................................</B> <SEP> .... <SEP> ....................... <SEP> <B>3000</B>
<tb> Kupfer <SEP> <B>...................................</B> <SEP> .<B>........................</B> <SEP> .. <SEP> 4000
<tb> Magnesium <SEP> <B>.......................</B> <SEP> .<B>........</B> <SEP> .<B>................</B> <SEP> .<B>.........</B> <SEP> <I>4500</I>
<tb> Niob <SEP> ..............._........................._....._......_.............. <SEP> <I>4500</I>
<tb> austenitischer <SEP> korrosionsbeständiger <SEP> Stahl <SEP> 4 <SEP> 500
<tb> Nickel <SEP> ..............___..............................._.............._. <SEP> 4700
<tb> Titan <SEP> ............_..........................................._...............
<SEP> 4800
<tb> Eisen <SEP> .._..................................................................... <SEP> 4800
<tb> Molybdän <SEP> <B>......... <SEP> .................................................. <SEP> 5200</B>
<tb> Aluminium <SEP> <B>...................</B> <SEP> .<B>.....</B> <SEP> -<B>....................</B> <SEP> .<B>............ <SEP> <I>5500</I></B> Die Erfindung wird anhand folgender Beispiele nä her erläutert Der in den Beispielen im allgemeinen angewandte Sprengstoff bestand aus einer dünnen, biegsamen, homo genen Schicht folgender Zusammensetztung a) 20 % sehr feines Pentaerythrittetranitrat b) 70 % Bleimennige c) 10 % einer Mischung (1 : 1) von Butylkautschuk und einem thermoplastischen Terpenharz (Mischung von Polymeren des ss-Pinens der Formel (C10H6)n) als Bin demittel.
Die Masse lässt sich leicht zu Platten oder Folien aus walzen und detoniert mit einer Detonationsgeschwindig keit von etwa 4100 m/sec.
<I>Beispiel 1</I> Eine Platte aus weichem Stahl oder Flusseisen (15,2 x 22,9 x 1,27 cm) wurde auf eine Sperrholzunter lage gelegt und darauf eine zweite Platte aus rostfreiem Stahl (15,2 x 22,9 x 0,32 cm) angeordnet, die durch recht winklige Abstandshalter aus Stahl an den Ecken in einem Abstand von 0,32 cm von der ersten Platte gehalten wurde. Zum Schutz der äusseren Oberfläche der zwei ten Platte wurde diese mit einem Deckstreifen abgedeckt. Nunmehr wurde eine entsprechend zugeschnittene Schicht der oben beschriebenen Sprengstoffmasse (Flä chengewicht: 2,32 g/cm2) auf den Deckstreifen gelegt, ein, handelsüblicher Linienwellen-Generator an der einen Seite der rechteckigen Sprengstoffschicht angebracht und gezündet.
Nach der Detonation waren die beiden Platten fest und gleichmässig miteinander verbunden. Die mikrosko pische Prüfung bestätigte die ausgezeichnete Verbindung. Die Prüfung auf Scherfestigkeit (ASTM-A-263-44-T) ergab durchschnittlich 5145 kg/cm2. Als untere Grenze der nach dieser Methode ermittelten Scherfestigkeit wird ein Wert von 1400 kg/cm2 angesehen. Handelsübliche Produkte zeigen im allgemeinen Scherfestigkeiten von 2100 - 2450 kg/cm2. Das plattierte Blech liess sich ohne zu reissen 180" um einen Dorn mit einem Durchmesser entschprechend der Blechstärke biegen.
<I>Beispiel 2</I> Auf eine Flusseisenplatte (25,4 mm) wurde eine Nik- kelblech (6,35 mm) plattiert, indem die Flusseisenplatte (15,24 x 22,86 cm) :auf eine Sperrholzunterlage gelegt, Eisenpulver mit einer Korngrösse G147 u in einer Höhe von 0,15 mm auf die Platte aufgetragen und die Nickel platte aufgelegt; die obere Fläche des Nickelbleches war zum Schutz gegen geringfügige Deformationen oder Oberflächenrauhigkeiten durch den Sprengdruck mit Deckstreifen abgedeckt.
Auf die so maskierte Nickel fläche wurde oben beschriebene Sprengstoffschicht (Flächengewicht: 4,65 g/cm2) aufgelegt, an einer Ecke der Sprengstoffschicht eine Zündkapsel Nr. 6 angebracht und gezündet. Die nickelplattierte Flusseisenplatte war ausgezeichnet gebunden.
<I>Beispiel 3</I> Für die Plattierung von Titanblech (1,27 mm) auf ein Blech (1,27 cm) aus weichem Stahl (7,62 x 15,24 cm) wurde das Titanblech mit einer Polystyrolschaumstoff platte (2,54 cm) belegt und darauf die oben beschriebene Sprengstoffschicht aufgelegt (Flächengewicht 2,32 g/cm2), die Kanten dieser Anordnung mit wasserdichtem Strei fen beklebt und das Ganze mit der freien Metallfläche auf die auf der Stahlfläche aufgebrachte Lage aus Eisen pulver als Abstandshalter gegeben (korngrösse 44 g" Ab- stand 44 ). Der Verbundkörper war fest und einheitlich gebunden.
<I>Beispiel 4</I> Entsprechend Beispiel 3 wurde ein 3,18 mm Alumi niumblech auf ein 12,7 mm Blech aus weichem Stahl aufgebracht. Grösse der Bleche: 7,62 x 15,24 cm, Flä chengewicht der Sprengstoffschicht: 2,32 g/cm2 ; Ab stand zwischen den Blechen: 151 . Nach der Deto nation war das Aluminiumblech fest mit dem Stahlblech verbunden.
<I>Beispiel 5</I> Entsprechend Beispiel 3 wurde ein Verbundkörper (7,62 x 15,24 cm) aus Tantal und Kupfer hergestellt. Tantalblech 0,254 mm: Kupferblech 1,59 mm: Flächen gewicht der Sprengstoffschicht 1,55 g/cm2 : Abstand zwischen den Blechen: 151 u.
<I>Beispiel 6</I> Entsprechend Beispiel 3 wurde ein Edelstahlblech (121,92 x 243,84 cm) auf weichem Stahl plattiert. Es wurde eine etwas andere Sprengstoffzusammensetzung angewandt, und zwar mit 72 % Mennige, 8 % Bindemittel und 20 % Pentaerythrittetranitrat (Detonationsgeschwin digkeit ca. 4000 m/sec.). Flächengewicht 1,94 g/cm2, Abstand 250 u, Blechstärken : Edelstahl 0,794 mm, wei cher Stahl<B>1,91</B> mm.
<I>Beispiel 7</I> Eine Folie (76 u) aus einer 90 Ti 6A1 4V-Legierung (2,54 x 2,54 cm) wurde zur Plattierung eines in einem Block aus Hartgips eingebetteten Wolframblech (1,27 mm) gleicher Grösse herangezogen. Abstand 0,076 mm, Sprengstoffzusammensetzung : 35 % Pentaery- thrittetranitrat, 50 % Mennige, 15 % Bindemittel nach Beispiel 1. Detonationsgeschwindigkeit : ca. 5000 m/sec., Flächengewicht 0,465 g/cm2. Zünder Nr. 6 an einer Kante.
Beipiel 8 Auf eine tragende Stahlplatte wurde ein Molybdän blech (2,54 mm x 2,54 cm x 10,16 cm) und unmittelbar darüber ein Blech aus weichem Stahl (2,54 cm x 10,l6 cm x 013 mm) gelegt. Die Ecken des Stahlbleches waren so aufgebogen, dass sie als Abstandshalter dienten. Ab stand : 0,64 mm, dann wurde eine Sprengstoffschicht (Flächengewicht 0,31 g/cm2, 2,54 cm x 10,16 cm) auf die Fläche des Stahlbleches geklebt. Die Zündung des Sprengstoffes erfolgte an einer Kante. Der Verbund körper war fest gebunden und zeigte keine Risse.
<I>Beispiel 9</I> Herstellung eines 16-schichtigen Sandwich-Körpers Es wurden abwechsende Schichten (15,24 x 15,24 cm) von Blechen 0,13 mm aus weichem Stahl und au- stenitischem, korrosionsbeständigem Stahl verbunden. Sprengstoff-Flächengewicht 1,55 g/em2, Abstand zwi schen allen Schichten: 0,15 mm. Zwischen Sprengstoff schicht und oberstem Metallblech befand sich Wasser in einer Höhe von 2,54 cm.
Das oberste Blech war be deckt mit einer Folie aus einem Polyäthylen-Terephtha- lat-Kunststoff (254 #L). Das Eindringen von Wasser zwi schen die Schichten wurde mit Hilfe eines Klebestreifens über die Kanten der Anordnung verhindert. Der erhal- tene Verbundkörper zeigt keine Fehler oder Unzuläng lichkeiten.
<I>Beispiel 10</I> In einer Versuchsreihe wurden 26 Plattierungen Nik- kel auf Kupfer hergestellt. Sprengstoff nach Beipsiel 1, Flächengewicht: 0,775 g/cm2. Der Abstand zwischen den Blechen (10,.16 x 10,16 x 0,053 cm) wurde variiert zwischen 43[t und 4,07 mm. Die Sprengstoffschicht wurde in einem Abstand von 6,37 mm angeordnet und der Zwischenraum mit Wasser gefüllt.
Die röntgenographische Untersuchung der Verbin dungszone ergab, dass in allen Fällen ein identisches kubisch-flächenzentriertes Gitter vorlag. Unabhängig vom Abstand und der Probenahme aus der Verbindungs zone betrug der Gitterabstand 3,575 + 0,003 A. Eine Kupfer-Nickel-Verbindung mit einem Gitterabstand von 3,575 A besteht aus 33 % Nickel und 67 % Kupfer.
<I>Beispiel 11</I> Um einen zylindrischen Eisenschaft wurde ein Titan band (15,24 x 25,4 cm x 0,20 mm) etwa 2,54 cm Über lappend aufgewickelt. Die eine Kante des Blechas war mit kleinen Prägungen versehen, so dass sich zwischen den beiden übereinander liegenden Kanten ein Luftspalt bildete. Ein Streifen des Sprengstoffs nach Beispiel 7 mit einer Länge entsprechend der des Bleches wurde über die überlappenden Kantenbereiche gelegt und an einem Ende gezündet. Das so hergestellte Titanrohr war gleich- mässig und zeigte keinerlei Risse oder Fehler. Die Naht hatte eine ausgezeichnete Festigkeit: die metallurgische Prüfung ergab keine Inhomogenitäten.