Sprengplattierter Metallkörper Die vorliegende Erfindung betrifft einen sprengplat- tierten Metallkörper und ein Verfahren zu seiner Her stellung.
Die durch Plattierung, z.B. Elektroplattierung oder Walzplattierung erhältlichen Verbundwerkstoffe haben sich in den letzten Jahren für viele Anwendungsgebiete eingeführt. Sie bestehen im allgemeinen aus einem ver- hältnismässig billigen Grundmaterial, auf dem eine Schicht eines anderen Materials aufgebracht ist. Auf diese Weise lassen sich z.B. Bauteile für die verschiedensten Industriezweige aus relativ billigem Material der ent sprechenden Festigkeit herstellen, die jedoch nicht ent sprechen würden wegen zu geringer Korrosions- oder Zunderfestigkeit. Für diese Fälle wird das Grundmaterial mit entsprechend beständigen Überzugen versehen.
Nach den bekannten Verfahren war die Herstellung von derar tigen Plattierungen schwierig, nicht immer möglich und meist sehr aufwendig.
Die bekannten Elektroplattierungen arbeiten entwe der mit elektrochemischer oder elektrolytischer Abschei dung 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 elektrochemisch erzeugten Schichten sind meist auch nicht ausreichend dicht oder es kann bei der Abscheidung so wohl bei der Elektrolyse als auch bei der elektrochemi schen Plattierung zu einer Versprödung des Grundma terials infolge von Wasserstoffentwicklung an der Me tallelektrode und damit Aufnahme von Wasserstoff durch das Metall des Grundmaterials kommen.
Ein anderes Verfahren arbeitet mit der sogenannten Gasphasenplattierung oder Aufdampfung. Das aufzubrin gende Metall wird entweder verdampft oder thermisch zersetzt aus den entsprechenden Metallverbindungen und auf dem Grundmaterial abgeschieden. Die Gasphasen- plattierung ist infolge der hierfür erforderlichen Appa raturen sehr aufwendig, auf kleinere Gegenstände, ein- fachere Form und in erträglichen Temperaturgrenzen verdampfbare bzw. pyrolysierbare Metalle beschränkt. Die Aufbringung von dickeren Schichten nach diesem Verfahren würde jedoch zu einer ungebührlichen Ver teuerung 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 hohe An forderungen - sowohl was Dichtigkeit, Biegefestigkeit, Warmfestigkeit und eventuell auch Vibrationsfestigkeit anbelangt - meistens unzulänglich.
Beim Biegen trennen sich die Schichten infolge der unterschiedlichen Dehn barkeit der plattierten Metalle, bei hohen Arbeitstempe raturen erfolgt ein Abschälen und Trennen der Einzel bleche infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnung, in korrodierender Atmosphäre können sich an den Ver bindungszonen in manchen Fällen schwere Korrosionen ausbreiten, so dass durch chemische Reaktion die Ab hebung der Schichten erfolgt. Dies sind nur einige der Nachteile des Plattierungsverfahrens. durch Warmwalzen, 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 Metallkombina tionen, 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 Hilfe einer Muffe unter Anwendung einer im Rohr angeord neten Ringladung aus einem brisanten Sprengstoff zur Aufbringung der für die mechanische Verteilung erfor derlichen Energie zu erreichen. Dabei werden die der Ringladung gegenüberliegenden Materialbereiche pla stisch verformt und die Muffe mit Rohrenden aufge weitet.
Die Erfindung bringt nun ein Verfahren, welches die Herstellung von mehrschichtigen Metallkörper 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, beträgt 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 Aufrechter haltung der mechanischen Eigenschaften des Grundma terials, insbesondere auch was seine Flexibilität anbe langt.
Der sprengplattierte Metallkörper gemäss der Erfin dung aus mindestens zwei miteinander verbundenen Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung ist ge kennzeichnet durch benachbarte Schichten, die im Be reich ihrer gesamten Berührungsfläche miteinander ver bunden sind, und durch eine Verbindung, die einen in- bezug auf alle Komponenten unsteten Übergang zwischen benachbarten Schichten bildet, und deren Zugfestigkeit grösser als die Zugfestigkeit der schwächeren Schicht ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Her stellung eines solchen sprengplattierten Metallkörpers aus im Abstand voneinander angeordneten Metallschichten mit Hilfe eines detonierenden Sprengmittels. Dieses Ver fahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Metallschichten, im folgenden auch als Partner bezeichnet, mindestens 0,025 mm beträgt und die Detonationsgeschwindigkeit mindestens 1200 m/sec, je doch weniger als 120% der Schallgeschwindigkeit in der Metallschicht mit der höchsten Schallgeschwindigkeit ist und dass sich das Sprengmittel über den zu verbinden den Bereich erstreckt und auf einem der Metallschichten entweder unmittelbar oder unter Anbringung einer Puf ferschicht aufliegt und dass die Detonation des Spreng mittels in einer Richtung parallel zu den Metallschichten fortschreitet.
Eines der Merkmale des erfindungsgemäs-. sen Verfahrens liegt darin, dass man die zu verbinden den Metalle für die Plattierung mit Hilfe von Spreng- kraft in einem gewissen Minimalabstand voneinander hält. Dies kann geschehen, entweder indem man zwischen den beiden zu verbindenden Schichten Abstandhalter oder dgl. anordnet, die eine oder beide Metallschichten mit als Abstandhalter wirkenden, kleinen Erhebungen, Nasen und dgl. versieht oder auf die untere Platte eine Schicht eines Pulvers, Granulats oder von Körperchen aufstreut, insbesondere Eisenpulver entsprechender Korn- grösse. Dadurch wird die auf diese Schicht aufgelegte zweite Metallplatte von der ersten in dem der Korngrösse des Pulvers und dgl. entsprechenden Abstand gehalten.
Bei allen Abstandhaltern ist jedoch darauf zu achten, dass sie den Verbindungsvorgang nicht schädlich beein flussen, also keine grösseren Flächenbereiche abdecken und in die Verbindungszone keine Verunreinigungen 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 anzuwendende Abstand zwischen den zu verbindenden Metallteilen hängt von vielen Faktoren ab. Er kann bei hoher Ladung und bei Evakuierung des Raumes zwischen den beiden Schich ten beträchtlich höher sein.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, die zu verbin denden Metallteile oberflächlich zu reinigen. Es genügt ein leichtes Abreiben und anschliessendes Spülen. Eine so aufwendige Reinigung und Glättung der Oberfläche, wie sie für die anderen Plattierungsverfahren erforderlich ist, kann bei dem erfindungsgemässen Verfahren entfal len. Es ist vorteilhaft oberflächlich haftenden Schmutz, Zunder und leicht haftende Fremdkörper zu entfernen, weil dadurch Einschlüsse in der Verbindungszone ver mieden 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 dgl.
Ein weiteres wesentliches Merkmal des erfindungs- gemässen Verfahrens ist das zu verwendende Sprengmit tel. Es muss eine Detonationsgeschwindigkeit von min destens 1200 m/sec, jedoch weniger als 120% der Schall geschwindigkeit in dem Metall besitzen, welches die höchste Schallgeschwindigkeit aufweist. 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 Spreng kraft, die Dicke der Metallschicht und dgl. zu berück sichtigen. Daraus ergibt sich das für den speziellen An wendungszweck erfoderliche Flächengewicht, also die Ladung je Flächeneinheit in Gramm. Übermässige Sprengmittehnengen sind nicht zweckmässig, da sie unter Umständen zu einer nicht gewünschten Deformation führen können. Überhöhte Mengen an Sprengmitteln 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 Partnern, die im Abstand voneinander angeordnet sind, vorzusehen. Bei der Zündung einer so zentrisch liegenden Spreng stoffschicht erreicht man mit einer Zündung, also mit praktisch der halben Sprengstoffmenge, die Plattierung 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 Ein haltung aller anderen Forderungen des erfindungsge- mässen Verfahrens keine einwandfreie Bindung der Part ner 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 das Sprengmittel und die bei der Detonation entstehenden Produkte und Kräfte zu vermeiden. Als Pufferschicht kann man im einfachsten Fall Wasser verwenden, aber auch Kunst stoffe, wie Polyester-Schaumstoffe, und Klebestreifen.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Ver fahrens ist darauf zu achten, dass die Detonation parallel zu den zu verbindenden Partnern fortschreitet. Wird diese Forderung nicht eingehalten und trifft die Detonations front, z.B. durch Aufschlag, auf die zu verbindenden Metallteile, so erreicht man keine einfandfreie Verbin dung und nicht die Ausbildung einer Verbindungszone, wie das nach dem erfindungsgemässen Verfahren gelingt.
Zur Zündung des Sprengstoffs verwendet man üb liche Zünder, Zündkapseln, Zündschnüre und dgl. Grund sätzlich ist es ohne Belang, von welcher Stelle aus die Zündung erfolgt, vorausgesetzt, dass die Detonation par allel zu den zu verbindenden Metallteilen 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 auzuordnen oder auch mehrere Zünder entlang einer Kante und schliesslich einen sogenannten Linienwellen-Generator zu verwen den, der eine gleichzeitige Zündung entlang einer Linie bewirkt, so dass sich eine Wellenfront ungefähr 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 an deren 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 Plat- tierung von zwei ebenen Körpern, wie sie zwei Platten darstellen, möglich ist, sondern auch die Aufbringung eines Blechs auf einen Stab oder einen Gegenstand irre gulärer Kontur gelingt.
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 Wärmebe handlung verbessern.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich grund sätzlich auf alle Metalle und Legierungen anwenden, ins besondere auch auf solche Systeme, welche sich nach be- kannten Verfahren nicht oder nur sehr unzufriedenstel lend verbinden liessen. Als Beispiele seien aufgeführt: Aluminium, Stahl, Eisen, Titan, Niob, Chrom, Kobalt; Nickel, Beryllium, Magnesium, Molybdän, Wolfram, Tantal, Vanadium, Zirkonium, Silber, Platin, Kupfer und Gold. Es gelingt also mit dem erfindungsgemässen Ver fahren erstmal in wirtschaftlicher Weise die Plattierung von warmfesten und korrosionsbeständigen Metallen und Metallegierungen auf bewährten Baumaterialien wie wei cher Stahl und Aluminium.
Von besonderer wirtschaft licher 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.
Beispiele der erfindungsgemässen Sprengplattierung werden anhand beiliegender Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Figuren 1 und 2 Anordnungen zur Herstellung von zweischichtigen, dreischichtigen oder n-schichtigen sprengplattierten Metallkörpern und Fig.3 eine schematische Darstellung eines Spreng- plattierungsvorganges.
In der Darstellung von Fig. 1 ist die eine Schicht in einem Block 5 aus Hartgips eingelassen. Die aufzubrin gende Schicht wird mit Hilfe der Vorsprünge 4 in einem Abstand 6 gehalten. Auf dem Teil 2 befindet sich die Sprengstoffschicht 3, an deren Kante ein Zünder 7 be festigt ist, der über die Drähte 8 mit Strom versorgt wer den kann.
In der Darstellung von Fig. 2 ruht die eine Metall schicht 10 auf der Sperrholzunterlage 13. Über der Platte 10 sind im Abstand angeordnet die Plattierungsbleche 11 und 12. Der Abstand zwischen den Partnern wird durch die Metallteilchen 14 gehalten. Auf der oberen Fläche der Platte 12 befindet sich als Puffer eine Schicht 15 in Form von Polystyrolschaumstoff und auf dieser die Spreng stoffschicht 16. Der über die Leitungen 18 betätigbare Zünder 17 ist an einer Ecke der Sprengstoffschicht 16 angeordnet. Zweckmässigerweise besitzt die Sprengstoff schicht 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 An ordnung gelegt wird.
Zur Erläuterung der Wirkungskreise 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 Ma terial der beiden zu verbindenden und im Abstand von einander 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 bei den zu verbindenden Partner in flüssigem Zustand abge strahlten 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 tonation mit der Detonationsgeschwindigkeit des ange wandten Sprengmittels über die ganze Schicht fort. Der bei der Detonation erzeugte Druck wirkt somit progres siv auf die Stellen der zu verbindenden Metallagen und treibt diese gegeneinander.
Bei parallel zu der Ober fläche des zu plattierenden Metalls angeordnetem Plat- tierungsblech 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 Ma terial ein Strahl, der in den noch leeren Raum zwischen den zu verbindenden Partnern gerichtet ist. Das abge strahlte Material wird umgelenkt und damit gut ge mischt. Diese Abhebung des Oberflächenmetalls und die Durchmischung 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 ver- sehenden Oberfläche aufschlägt. Ein Aufschlagen der Plattierungsfolie erfolgt, wenn die Detonation in der Sprengstoffschicht nicht parallel zu den zu verbindenden Partnern fortschreitet, sondern diese beispielsweise gleich zeitig über die gesamte Fläche gezündet wird. Für das erfindungsgemässe Verfahren ist daher kein Generator 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 zwi schen Sprengstoffschicht und Plattierungsblech wirkt ähnlich wie eine gleichzeitige Zündung über die gesamte Oberfläche. Aus diesem Grund ist es wesentlich, dass entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren der Sprengstoff so gezündet wird, dass die Detonation par allel 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 zwangs läufig, wie oben beschrieben, in Form einer selbsttragen den biegsamen Schicht oder Folie angewandt werden. Grundsätzlich spielt die Form des Sprengstoffs keine Rolle und es eignet sich jede, die eine gleichmässige Ein haltung einer bestimmten Flächenladung gestattet. Man kann beispielsweise auch auf der Metallfläche einen Rah- men vorsehen, in welchen lockere Sprengmittelmischung 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 1200/o der Geschwindigkeit des Schalls in dem Metall des Systems, welches die höchste Schallgeschwindigkeit besitzt.
In diesem Fall wird auch unter Metall - wie oben bereits ausgeführt - ein rei nes Metall, eine Legierung oder abwechselnde Schichten von bereits plattierten Materialien verstanden. Überschrei tet die Detonationsgeschwindigkeit die erfindungsgemäss festgestellte Grenze, so kann dies zu schräg auftreffenden Schockwellen führen, es kommt zu keiner Strahlungs bildung und damit zu keiner guten Verbindung der bei den Metalle. Wenn jedoch unter derartigen Bedingungen doch ein Strahl sich bildet, so treten starke Nebeneffekte auf und führen zu einer Zerstörung der Platten und Reis sen der Verbindungszone.
Unter Bezeichnung Schallgeschwindigkeit bei Me tallen wird üblicherweise die Geschwindigkeit von pla stischen Schockwellen in den Metallen verstanden, die auftreten, wenn bei einer plötzlich angelegten Spannung oder Belastung die Elastizitätsgrenze für eindimensionale Kompression des in Rede stehenden Metalls oder Me tallsystems überschritten wird. Sie ergibt sich durch be kannte Berechnungen aufgrund von in der Literatur vor liegender Werte für die Geschwindigkeit von plastischen Schockwellen bzw. bei Durchführung von Messungen über die Schockwellen, wie sie beispielsweise in dem Aufsatz von R.G. McQuenn und S.P. Marsh in Jour nal of Applied Physics 31, (7) 1253 (1960) beschrieben sind.
Die in den dortigen Berechnungen eingehenden Ge schwindigkeiten der elastischen Wellen lassen sich in be kannter Weise bestimmen. In folgender Tabelle sind die Schallgeschwindigkeiten von gebräuchlichen Metallen zu sammengestellt.
EMI0004.0026
Metall <SEP> Schallgeschwindigkeit
<tb> in <SEP> m/sec
<tb> Zink <SEP> <B>3000</B>
<tb> Kupfer <SEP> 4000
<tb> Magnesium <SEP> 4500
<tb> Niob <SEP> 4500
<tb> austenitischer <SEP> korrosionsbeständiger <SEP> Stahl <SEP> 4500
<tb> Nickel <SEP> 4700
<tb> Titan <SEP> 4800
<tb> Eisen <SEP> 4800
<tb> Molybdän <SEP> <B>5200</B>
<tb> Aluminium <SEP> <B><I>5500</I></B> Die Erfindung wird anhand folgender Beispiele näher erläutert: Der in den Beispielen im allgemeinen angewandte Sprengstoff bestand aus einer dünnen, biegsamen, homo genen Schicht folgender Zusammensetzung:
EMI0004.0027
a) <SEP> 20% <SEP> sehr <SEP> feines <SEP> Pentaerythrittetranitrat
<tb> b) <SEP> 70 <SEP> % <SEP> Bleimennige
<tb> c) <SEP> 10 <SEP> % <SEP> einer <SEP> Mischung <SEP> (1 <SEP> : <SEP> 1) <SEP> von <SEP> Butylkautschuk
<tb> und <SEP> einem <SEP> thermoplastischen <SEP> Terpenharz
<tb> (Mischung <SEP> von <SEP> Polymeren <SEP> des <SEP> B-Pinens <SEP> der
<tb> Formel <SEP> (CIoHs)") <SEP> als <SEP> Bindemittel. Die Masse lässt sich leicht zu Platten oder Folien aus walzen und detoniert mit einer Detonationsgeschwindig keit von etwa 4100 m/sec.
Alle nach den folgenden Beispielen 1-l0 erhaltenen sprengplattierten Metallkörper besitzen mindestens zwei miteinander verbundene Schichten unterschiedlicher Zu sammensetzung und weisen benachbarte Schichten auf, die über ihre gesamte Berührungsfläche eine Verbindung be sitzen, die in bezug auf alle Komponenten unstetigen Übergang zwischen den benachbarten Schichten darstellt und eine grössere Zugfestigkeit aufweist, als die schwä chere der Schichten. <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 2. Platte aus rostfreiem Stahl (15,2 X 22,9 X 0,32 cm) angeordnet, die durch recht winklige Abstandhalter aus Stahl an den Ecken in einem Abstand von 0,32 cm von der 1. Platte gehalten wurde. Zum Schutz der äusseren Oberfläche der 2.
Platte wurde diese mit einem Deckstreifen abgedeckt. Nunmehr wurde eine entsprechend zugeschnittene Schicht der oben be schriebenen Sprengstoffmasse (Flächengewicht: 2,32 g/ cmê) auf den Deckstreifen gelegt, ein handelsüblicher Li nienwellen-Generator an der einen Seite der rechtecki gen Sprengstoffschicht angebracht und gezündet.
Nach der Detonation waren die beiden Platten fest und gleichmässig miteinander verbunden. Die mikroskopische Prüfung bestätigte die ausgezeichnete Verbindung. Die Prüfung aus Scherfestigkeit (ASTM-A-263-44-T) ergab durchschnittlich 5145 kg/cmê. Als untere Grenze der nach dieser Methode ermittelten Scherfestigkeit wird ein Wert von 1400 kg/cmê angesehen. Handelsübliche Produkte zeigen im allgemeinen Scherfestigkeiten von 2100 2450 kg/cmê. Das plattierte Blech liess sich ohne zu reis sen 180 um einen Dorn mit einem Durchmesser ent sprechend der Blechstärke biegen.
<I>Beispiel 2</I> Auf eine Flusseisenplatte (25,4 mm) wurde ein Nickel blech (6,35 mm) plattiert, indem die Flusseisenplatte (15,24 X 22,86 cm) auf eine Sperrholzunterlage gelegt, Eisenpulver mit einer Korngrösse < 147 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 (Flä chengewicht: 4,65 g/cmê) aufgelegt, an einer Ecke der Sprengstoffschicht eine Zündkapsel Nr. 6 angebracht und gezündet. Die nickelplattierte Flüsseisenplatte war aus gezeichnet 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/ cmê), die Kanten dieser Anordnung mit wasserdichtem Streifen beklebt und das ganze mit der freien Metallfläche auf die auf der Stahlfläche aufgebrachte Lage aus Eisen pulver als Abstandhalter gegeben (Korngrösse 44 , 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/cmê; Abstand zwischen den Blechen: 151 [,. Nach der Detonation 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/cmê: Abstand zwi schen den Blechen: 151 <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 % Bindemit tel und 20% Pentaerythrittetranitrat (Detonationsge schwindigkeit ca. 4000 m/see).
Flächengewicht 1,94 g/ cm', Abstand 250 lt" Blechstärken: Edelstahl 0,794 mm, weicher Stahl 1,91 mm.
<I>Beispiel 7</I> Eine Folie (76 ) aus einer 90Ti 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 % Pentaerythrittetrani- trat, 50 % Mennige, 15 % Bindemittel nach Beispiel 1. Detonationsgeschwindigkeit: ca. 5000 m/sec, Flächen gewicht 0,465 g/cmê. Zünder No. 6 an einer Kante.
<I>Beispiel 8</I> Auf eine tragende Stahlplatte wurde ein Molybdän blech (2,54 mm X 2,54 cm X 10,16 cm) und unmittel bar darüber ein Blech aus weichem Stahl (2,54 cm X <B>10,16</B> cm X 0,13 mm) gelegt. Die Ecken des Stahlble ches waren so aufgebogen, dass sie als Abstandhalter dienten, Abstand: 0,64 mm, dann wurde eine Spreng stoffschicht (Flächengewicht 0,31 g/cmê, 2,54 cm X 10,16 cm) auf die Fläche des Stahlblechs geklebt. Die Zündung des Sprengstoffes erfolgte an einer Kante. Der Verbundkörper war fest gebunden und zeigte keine Risse. <I>Beispiel 9</I> Herstellung eines 16-schichtigen Sandwich-Körper: Es wurden abwechselnde Schichten (15,24 cm X 15,24 cm) von Blechen 0,13 mm aus weichem Stahl und austenitischem, korrosionsbeständigem Stahl verbunden.
Sprengstoff-Flächengewicht 1,55 g/cmê, Abstand zwischen allen Schichten: 0,15 mm. Zwischen Sprengstoffschicht und oberstem Metallblech befand sich Wasser in einer Höhe von 2,54 cm. Das oberste Blech war bedeckt mit einer Folie aus einem Polyäthylen-Terephthalat-Kunst- stoff (254 #t). Das Eindringen von Wasser zwischen die Schichten wurde mit Hilfe eines Klebestreifens über die Kanten der Anordnung verhindert. Der erhaltene Ver bundkörper zeigte keine Fehler oder Unzulänglichkeiten. <I>Beispiel 10</I> In einer Versuchsreihe wurden 26 Plattierungen Nik- kel auf Kupfer hergestellt.
Sprengstoff nach Beispiel 1, Flächengewicht: 0,775 g/cm2. Der Abstand zwischen den Blechen (10,16 X 10,16 X 0,053 cm) wurde variiert zwi- sehen 43 t, und 4,07 mm. Die Sprengstoffschicht wurde in einem Abstand von 6,37 mm angeordnet und der Zwi schenraum mit Wasser gefüllt.
Die röntgenographische Untersuchung der Verbin dungszone ergab, dass in allen Fällen ein identisches ku bisch-flächenzentriertes Gitter vorlag. Unabhängig vom Abstand und der Probenahme aus der Verbindungszone betrug der Gitterabstand 3,575 -t- 0,003 A. Eine Kupfer- Nickel-Verbindung mit einem Gitterabstand von 3,575 A besteht aus 33 % Nickel und 67 % Kupfer.
Explosion-clad metal body The present invention relates to an explosion-clad metal body and a method for its manufacture.
The plating, e.g. Composite materials available electroplating or roll cladding have become established for many applications in recent years. They generally consist of a relatively cheap base material on which a layer of another material is applied. In this way, e.g. Manufacture components for a wide variety of industries from relatively cheap material of the appropriate strength, which, however, would not correspond because of insufficient corrosion or scale resistance. For these cases, the base material is provided with correspondingly resistant coatings.
According to the known method, the production of such plating was difficult, not always possible and usually very expensive.
The known electroplating work either with electrochemical or electrolytic deposition of the plating material on the base material and are limited to a certain number of metals and to a very narrow selection of metal combinations because of the reactions taking place. The electrochemically generated layers are usually not sufficiently dense, or during the deposition during electrolysis as well as with electrochemical plating, the basic material can become brittle as a result of the evolution of hydrogen at the metal electrode and thus the absorption of hydrogen by the metal Base material come.
Another method uses what is known as gas phase plating or vapor deposition. The metal to be applied is either evaporated or thermally decomposed from the corresponding metal compounds and deposited on the base material. The gas phase plating is very expensive due to the equipment required for this, limited to smaller objects, simpler shapes and metals that can be vaporized or pyrolysed within tolerable temperature limits. The application of thicker layers by this method would, however, lead to an undue increase in cost of the plated object.
The most common method of plating, especially for the production of clad sheets of any thickness, is what is known as rolling. Two sheets of different qualities are rolled hot on top of one another and welded together. The binding is sufficient for some purposes, but mostly inadequate for high demands - in terms of tightness, flexural strength, heat resistance and possibly also vibration resistance.
When bending, the layers separate due to the different extensibility of the clad metals; at high working temperatures, the individual sheets are peeled off and separated as a result of different thermal expansion.In a corrosive atmosphere, severe corrosion can sometimes spread to the connection zones, so that chemical reaction that lifts the layers off. These are just some of the disadvantages of the plating process. by hot rolling, quite apart from the fact that only mutually compatible metals and only sheets of appropriate thickness can be used, especially only materials that can be hot-rolled and withstand the rolling conditions without changing the structure.
However, there are a number of Metallkombina functions that would be interesting in view of the latest uses with the highest requirements in terms of heat resistance, scale resistance, corrosion resistance and the like, but which cannot be combined by plating according to the previously known methods this applies to both roll cladding and electrochemical, electrolytic and vapor phase plating. The reason for the inadequate plating of various metal systems can be seen, among other things, in the formation of intermetallic compounds, which are usually very brittle and therefore adversely affect the strength of the composite body.
During the plating process, substances from the environment can also be absorbed, which in turn lead to the formation of brittle substances or substances that interfere with the cohesion of the structure. It is only e.g. reminds of the dangers of hydrogen uptake by titanium alloys and the superficial oxidation of various metals, which makes a connection impossible or significantly more difficult due to the oxide skin and requires working under protective gas or in a vacuum.
It is already known to achieve a pipe connection with the help of a sleeve using a ring charge angeord Neten in the pipe from a high-explosive to apply the energy required for mechanical distribution. The material areas opposite the ring charge are plastically deformed and the sleeve is expanded with pipe ends.
The invention now provides a method which allows the production of multilayer metal bodies of the most varied of materials in the most varied of combinations, the connection being inseparable, i.e. the connection zone between the two metal layers does not come loose, not even during bending or even under the highest loads, so that all risks associated with lifting or peeling off the plating do not occur with the composite body according to the invention.
The connection of the two metal layers according to the method according to the invention is homogeneous, i.e. has uniform strength over the entire surface area, has no errors due to inclusions, be it metallic, oxidic or gaseous in nature, does not lead to embrittlement of the surrounding areas and allows the upright maintenance of the mechanical properties of the base material, especially with regard to its flexibility.
The blast-clad metal body according to the inven tion of at least two interconnected layers of different composition is characterized by adjacent layers that are connected to one another in the area of their entire contact surface, and by a connection that has an unsteady transition between all components adjacent layers, and the tensile strength of which is greater than the tensile strength of the weaker layer.
The invention also relates to a method for the manufacture of such an explosive-plated metal body from metal layers arranged at a distance from one another with the aid of a detonating explosive. This process is characterized in that the distance between the metal layers, hereinafter also referred to as partner, is at least 0.025 mm and the detonation speed is at least 1200 m / sec, but less than 120% of the speed of sound in the metal layer with the highest speed of sound and that the explosive extends over the area to be connected and rests on one of the metal layers either directly or with the application of a buffer layer, and that the detonation of the explosive proceeds in a direction parallel to the metal layers.
One of the features of the invention. This method consists in keeping the metals to be connected for the cladding at a certain minimum distance from one another with the aid of explosive force. This can be done either by placing spacers or the like between the two layers to be connected, which provide one or both metal layers with small elevations, noses and the like that act as spacers, or a layer of powder, granules or of on the lower plate Scattered bodies, in particular iron powder of the corresponding grain size. As a result, the second metal plate placed on this layer is kept at a distance corresponding to the grain size of the powder and the like from the first.
With all spacers, however, care must be taken that they do not have a detrimental effect on the joining process, i.e. that they do not cover large areas and that they do not introduce any contamination or foreign metals into the joining zone, which could be the cause of an intermediate phase or inhomogeneity.
The arrangement of the two metal partners to be connected is preferably done parallel to one another at a distance, as indicated above. The distance to be used between the metal parts to be connected depends on many factors. It can be considerably higher when the load is high and when the space between the two layers is evacuated.
It has proven to be useful to clean the surface of the metal parts to be connected. It is sufficient to rub it gently and then rinse. Such an elaborate cleaning and smoothing of the surface, as is necessary for the other plating processes, can be omitted in the process according to the invention. It is advantageous to remove superficially adhering dirt, scale and slightly adhering foreign bodies, because this way inclusions in the connection zone can be avoided.
It is not necessary for the method according to the invention to be carried out, but it has proven to be expedient to position the partner lying below well and firmly in order to exclude warping. on a plywood board, on a plaster base or the like.
Another essential feature of the method according to the invention is the explosives to be used. It must have a detonation speed of at least 1200 m / sec, but less than 120% of the speed of sound in the metal which has the highest speed of sound. The explosive must extend over the area to be connected.
The amount of explosives to be used can be determined in the usual way. It is, for example, the explosive force, the thickness of the metal layer and the like. To be considered. This results in the weight per unit area required for the specific application, i.e. the load per unit area in grams. Excessive explosive tendons are not advisable because they can lead to undesired deformation. Excessive amounts of explosives are therefore to be avoided whenever possible.
The arrangement of the explosive on the connec denden and spaced metal parts ge happens generally on one free surface of the metal object. Theoretically, you can also provide an explosive layer on both free surfaces of the two partners, but in practice this is not easy because the ignition would have to be synchronized.
On the other hand, it is possible to make two plating with a single layer of explosives, i. Provide an arrangement of at least two partners, which are arranged at a distance from one another, above and below or to the right or left of an explosive layer. When igniting such a centrally located layer of explosives, one ignition, i.e. practically half the amount of explosive, results in the plating of two objects.
It has been shown that when using burning, ie non-detonating, explosives with a detonation speed below the limit according to the invention, ie 1200 m / sec, the partners are not properly bonded despite all other requirements of the method according to the invention receives.
It has been shown that in many cases it is advisable to provide an intermediate layer before the explosive layer is applied to the one metal layer, which serves as a buffer to prevent damage to the surface of the metal partner by the explosive and the products produced during the detonation Avoid forces. In the simplest case, water can be used as the buffer layer, but also synthetic materials such as polyester foams and adhesive strips.
When carrying out the method according to the invention, it must be ensured that the detonation proceeds parallel to the partners to be connected. If this requirement is not met and the detonation front hits, e.g. impacting the metal parts to be connected does not result in an unobstructed connection and not the formation of a connection zone, as is possible with the method according to the invention.
To ignite the explosive one uses usual fuses, detonators, fuses and the like. In principle, it is irrelevant from which point the ignition takes place, provided that the detonation proceeds parallel to the metal parts to be connected. It turned out to be very useful to attach the detonator to a corner. But it is also possible to arrange a detonator in the middle of an edge or also to use several detonators along an edge and finally a so-called line wave generator, which causes a simultaneous ignition along a line so that a wave front moves approximately linearly.
The metal part or partner to be connected can be a plate, sheet metal or other shaped body made of a single metal, but also a composite body of two or more layers made of an alloy, which according to the inventive method in a previous stage or after a whose procedures have already been obtained. It is also possible to apply a coating to a component by means of an appropriate arrangement or a lining in a container using the method according to the invention.
It follows from this that not only the plating of two flat bodies, as represented by two plates, is possible, but also the application of sheet metal to a rod or an object with an irreparable contour is possible.
It has been shown that the strength of the connection zone and thus the bond is better than the yield point of the softer metal. The ductility of the composite body corresponds to that of the unconnected partners and can often be improved by a mild heat treatment.
The method according to the invention can in principle be applied to all metals and alloys, in particular also to those systems which could not be connected, or only in a very unsatisfactory manner, by known methods. Examples include: aluminum, steel, iron, titanium, niobium, chromium, cobalt; Nickel, beryllium, magnesium, molybdenum, tungsten, tantalum, vanadium, zirconium, silver, platinum, copper and gold. The process according to the invention therefore succeeds first of all in an economical manner in the plating of heat-resistant and corrosion-resistant metals and metal alloys on proven building materials such as steel and aluminum.
Composite bodies of soft steel and corrosion-resistant steel are also of particular economic importance.Plating in the form of nickel, copper, titanium, aluminum, tantalum, magnesium and silver on soft steel, corrosion-resistant steel plated with molybdenum, the systems nickel-copper, titanium- Copper, titanium-aluminum, copper-tantalum and the most varied of combinations with alloys with two or more components up to sandwich bodies with a large number of layers. These sandwich bodies can be produced directly in one operation or pre-bodies can be made from a few layers, which are then combined again to form the finished sandwich bodies.
The method according to the invention therefore results in an immense range of variation with regard to the selection of the metal partners and with regard to the selection of the shapes.
Examples of the explosive plating according to the invention are explained in more detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings: FIGS. 1 and 2 show arrangements for the production of two-layer, three-layer or n-layer blast-clad metal bodies and FIG. 3 shows a schematic representation of a blast-plating process.
In the illustration of FIG. 1, one layer is embedded in a block 5 made of hard plaster. The layer to be applied is held at a distance 6 with the aid of the projections 4. On part 2 there is the explosive layer 3, at the edge of which a detonator 7 is fastened, which is supplied with electricity via the wires 8 to who can.
In the illustration of FIG. 2, the one metal layer 10 rests on the plywood base 13. Above the plate 10, the plating plates 11 and 12 are arranged at a distance. The distance between the partners is maintained by the metal particles 14. On the upper surface of the plate 12 there is a layer 15 in the form of polystyrene foam as a buffer and the explosive layer 16 on it. The detonator 17, which can be actuated via the lines 18, is arranged at a corner of the explosive layer 16. The explosive layer 16 expediently has a small projection for the attachment of the detonator 17. This also ensures that the detonation front already reaches the plate arrangement at its full speed.
The penetration of water into the stacked metal parts and into the layer of explosives must be avoided in some cases. A waterproof adhesive tape is suitable for this, which is placed around the edges of the arrangement.
FIG. 3 serves to explain the spheres of activity of the method according to the invention.
3 shows the one metal part A to be connected, the layer B to be plated and the explosive layer D. After the explosive layer D has been ignited, the combustion products spread out in a fan shape in the opposite direction to propagate the detonation. These products of combustion, directed backwards in a fan shape, are designated by D '. Under the action of the detonation front, a beam E is formed from the material of the two metal parts to be connected and spaced apart from each other, namely this consists of molten surface material of the two parts to be connected. The ray E hits the underside of the layer B just before the collision point C.
F denotes the connection zone, consisting of the metal that is radiated from the surface areas of the partner to be connected in a liquid state.
Despite the fact that the theory about the occurrence of a beam >> is of no essential importance for the method according to the invention, it seems advisable to briefly discuss the theoretical principles of the method according to the invention: After the explosive has been ignited, the detonation increases with the detonation speed of the explosive used throughout the shift. The pressure generated during the detonation thus acts progressively on the locations of the metal layers to be connected and drives them against each other.
If the cladding sheet is arranged parallel to the surface of the metal to be plated, the part that is closest to the ignition point will already touch the plating surface, while the other parts either stop or move against this surface. A jet is formed from the molten material that has been removed from the surface and is directed into the still empty space between the partners to be connected. The emitted material is deflected and mixed well. This lifting of the surface metal and the mixing under the high, prevailing pressure leads to the perfect connection.
The formation of such a jet is not possible, however, if the entire cladding layer strikes the surface to be provided with the layer at the same time, essentially perpendicularly. The cladding foil is knocked open when the detonation in the explosive layer does not proceed parallel to the partners to be connected but, for example, is ignited simultaneously over the entire surface. No generator for generating plane waves is therefore suitable for the method according to the invention.
If the explosive layer is also at a substantial distance from the cladding sheet, e.g. more than 10 cm, is arranged and the pressure is transmitted through a relatively dense medium, this also leads to an impact of the plating material and not to a parallel progression of the detonation over the partners to be connected. This large distance between the explosive layer and the cladding sheet acts like a simultaneous ignition over the entire surface. For this reason, it is essential that, according to the method according to the invention, the explosive is ignited in such a way that the detonation is propagated parallel to the metals to be connected. Of course, the extent of the explosive is adapted to the dimensions of the area to be plated.
Of course, the explosive does not necessarily have to be used in the form of a self-supporting, flexible layer or film, as described above. In principle, the shape of the explosive is irrelevant and any one that allows a certain surface charge to be maintained evenly is suitable. For example, a frame can also be provided on the metal surface, in which a loose mixture of explosives is filled.
As already stated above, an essential feature of the method according to the invention is the use of an explosive with a detonation speed of less than 1200 / o the speed of the sound in the metal of the system which has the highest sound speed.
In this case, metal - as already stated above - is understood to mean a pure metal, an alloy or alternating layers of already plated materials. If the detonation speed exceeds the limit determined according to the invention, this can lead to shock waves hitting obliquely, there is no formation of radiation and thus no good connection between the metals. However, if a jet does form under such conditions, severe side effects occur and lead to the destruction of the plates and tearing of the joint zone.
The term speed of sound in metal is usually understood to mean the speed of plastic shock waves in the metals that occur when the elastic limit for one-dimensional compression of the metal or metal system in question is exceeded when suddenly applied tension or stress. It results from known calculations based on values available in the literature for the speed of plastic shock waves or when measurements are carried out via the shock waves, as they are, for example, in the article by R.G. McQuenn and S.P. Marsh in Journal of Applied Physics 31, (7) 1253 (1960).
The velocities of the elastic waves used in the calculations there can be determined in a known manner. The following table summarizes the speeds of sound for common metals.
EMI0004.0026
Metal <SEP> speed of sound
<tb> in <SEP> m / sec
<tb> zinc <SEP> <B> 3000 </B>
<tb> copper <SEP> 4000
<tb> Magnesium <SEP> 4500
<tb> niobium <SEP> 4500
<tb> austenitic <SEP> corrosion-resistant <SEP> steel <SEP> 4500
<tb> Nickel <SEP> 4700
<tb> Titan <SEP> 4800
<tb> iron <SEP> 4800
<tb> Molybdenum <SEP> <B> 5200 </B>
<tb> Aluminum <SEP> <B><I>5500</I> </B> The invention is explained in more detail using the following examples: The explosive generally used in the examples consisted of a thin, flexible, homogeneous layer of the following Composition:
EMI0004.0027
a) <SEP> 20% <SEP> very <SEP> fine <SEP> pentaerythritol granitrate
<tb> b) <SEP> 70 <SEP>% <SEP> Red lead
<tb> c) <SEP> 10 <SEP>% <SEP> of a <SEP> mixture <SEP> (1 <SEP>: <SEP> 1) <SEP> of <SEP> butyl rubber
<tb> and <SEP> a <SEP> thermoplastic <SEP> terpene resin
<tb> (Mixture <SEP> of <SEP> polymers <SEP> of <SEP> B-pinene <SEP> of
<tb> Formula <SEP> (CIoHs) ") <SEP> as <SEP> binding agent. The mass can easily be rolled into sheets or foils and detonates with a detonation speed of about 4100 m / sec.
All of the blast-clad metal bodies obtained according to the following examples 1-l0 have at least two interconnected layers of different composition and have adjacent layers that have a connection over their entire contact surface that represents a discontinuous transition between the adjacent layers with respect to all components has a greater tensile strength than the weaker of the layers. <I> Example 1 </I> A plate made of soft steel or flux iron (15.2 X 22.9 X 1.27 cm) was placed on a plywood base and a second plate made of stainless steel (15.2 X 22.9 X 0.32 cm), which was held by right-angled steel spacers at the corners at a distance of 0.32 cm from the 1st plate. To protect the outer surface of the 2nd
Plate this was covered with a cover strip. Now a suitably cut layer of the explosive mass described above (basis weight: 2.32 g / cmê) was placed on the cover strip, a commercial line wave generator attached to one side of the rectangular explosive layer and detonated.
After the detonation, the two plates were firmly and evenly connected to one another. Microscopic examination confirmed the excellent connection. The shear strength test (ASTM-A-263-44-T) averaged 5145 kg / cmê. A value of 1400 kg / cmê is regarded as the lower limit of the shear strength determined using this method. Commercially available products generally show shear strengths of 2100 2450 kg / cmê. The clad sheet metal could be bent around a mandrel with a diameter corresponding to the sheet thickness without tearing.
<I> Example 2 </I> A nickel sheet (6.35 mm) was plated on a river iron plate (25.4 mm) by placing the river iron plate (15.24 X 22.86 cm) on a plywood base, iron powder with a grain size <147 U, applied to the plate at a height of 0.15 mm and placed the nickel plate; The upper surface of the nickel sheet was covered with cover strips to protect against minor deformations or surface roughness caused by the blasting pressure. The above-described layer of explosive (weight per unit area: 4.65 g / cmê) was placed on the nickel surface thus masked, a detonator no. 6 was attached to one corner of the layer of explosive and ignited. The nickel-plated river iron plate was excellently bound.
<I> Example 3 </I> For the plating of titanium sheet (1.27 mm) on a sheet (1.27 cm) made of soft steel (7.62 X 15.24 cm), the titanium sheet was covered with a polystyrene foam plate ( 2.54 cm) and then placed the explosive layer described above (weight per unit area: 2.32 g / cmê), pasted the edges of this arrangement with waterproof strips and the whole with the free metal surface on the iron powder layer applied to the steel surface as Spacer given (grit size 44, from stand 44 [,). The composite was firmly and uniformly bound. <I> Example 4 </I> As in Example 3, a 3.18 mm aluminum sheet was applied to a 12.7 mm sheet made of soft steel.
Size of the sheets: 7.62 X 15.24 cm, weight per unit area of the explosive layer: 2.32 g / cmê; Distance between the sheets: 151 [,. After the detonation, the aluminum sheet was firmly connected to the steel sheet. <I> Example 5 </I> According to Example 3, a composite body (7.62 × 15.24 cm) was produced from tantalum and copper. Tantalum sheet 0.254 mm: Copper sheet 1.59 mm: Weight per unit area of the explosive layer 1.55 g / cmê: Distance between the sheets: 151 <I> Example 6 </I> According to Example 3, a stainless steel sheet (121.92 X 243, 84 cm) plated on soft steel. A slightly different explosive composition was used, namely with 72% red lead, 8% binding agent and 20% pentaerythritol tetranitrate (Detonationsge speed approx. 4000 m / see).
Weight per unit area 1.94 g / cm ', distance 250 lt'. Sheet thicknesses: stainless steel 0.794 mm, soft steel 1.91 mm.
<I> Example 7 </I> A foil (76) made of a 90Ti 6A1 4V alloy (2.54 × 2.54 cm) was used to clad a tungsten sheet (1.27 mm) of the same size embedded in a block of hard plaster used. Distance: 0.076 mm, explosives composition: 35% pentaerythritol tetranate, 50% red lead, 15% binder according to Example 1. Detonation speed: approx. 5000 m / sec, surface weight 0.465 g / cmê. Detonator No. 6 on one edge.
<I> Example 8 </I> A molybdenum sheet (2.54 mm X 2.54 cm X 10.16 cm) was placed on a supporting steel plate and a sheet made of soft steel (2.54 cm X <W > 10.16 </B> cm X 0.13 mm). The corners of the steel sheet were bent up so that they served as spacers, spacing: 0.64 mm, then a layer of explosives (weight per unit area 0.31 g / cmê, 2.54 cm X 10.16 cm) was applied to the surface of the Sheet steel glued. The explosives were ignited at one edge. The composite body was firmly bonded and showed no cracks. <I> Example 9 </I> Production of a 16-layer sandwich body: Alternating layers (15.24 cm X 15.24 cm) of sheets 0.13 mm made of soft steel and austenitic, corrosion-resistant steel were connected.
Explosives basis weight 1.55 g / cmê, distance between all layers: 0.15 mm. There was water at a height of 2.54 cm between the layer of explosives and the top metal sheet. The top sheet was covered with a film made of a polyethylene terephthalate plastic (254 #t). The penetration of water between the layers was prevented by means of an adhesive strip over the edges of the assembly. The composite body obtained showed no defects or shortcomings. <I> Example 10 </I> In a series of tests, 26 platings of nickel on copper were produced.
Explosives according to Example 1, weight per unit area: 0.775 g / cm2. The distance between the sheets (10.16 X 10.16 X 0.053 cm) was varied between 43 t and 4.07 mm. The explosive layer was placed at a distance of 6.37 mm and the intermediate space was filled with water.
The radiographic examination of the connecting zone showed that an identical cubic face-centered grid was present in all cases. Regardless of the distance and the sampling from the connection zone, the grid spacing was 3.575 -t- 0.003 A. A copper-nickel connection with a grid spacing of 3.575 A consists of 33% nickel and 67% copper.