CH632437A5 - Verfahren zur herstellung eines verbundwerkstoffes. - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines nichtlösbaren Verbundwerkstoffes durch Be-schichtung eines Metallteiles mit Aluminium.
Unter Verbundguss versteht man ein Verfahren, durch das zwei Metalle - das eine im erstarrten, das andere im flüssigen Zustand - derart miteinander in Berührung gebracht werden, dass zwischen den beiden Metallen eine Diffusionszone und damit ein ununterbrochener metallischer Übergang, das heisst eine metallische Bindung, von dem einen zum andern Metall entsteht.
Giessverfahren, mit deren Hilfe eine mechanische Verklammerung in Oberflächenunebenheiten des festen Teils mit dem ein- oder angegossenen Teil erzielt wird, wodurch eine mechanisch befriedigende Verbindung erzielt werden kann, gelten nicht als Verbundguss gemäss obiger Definition.
Mit Aluminium beschichtete Verbundgussteile aus Stahl sind für eine Reihe von technischen Verwendungen benutzt s worden, in denen die bessere Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums und die höheren mechanischen Werte bei erhöhten Temperaturen der Eisenwerkstoffe ausgenutzt werden.
Es ist bekannt, Zwischenschichten aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen zur Verbesserung der Verbundhaf-lo tung anzubringen. Dabei sind unter anderem die Verfahren des Flammspritzens, Aufdampfens, Tauchens oder Walzplattierens mit Aluminium angewendet worden.
Diese bekannten Verfahren weisen jedoch die folgenden Nachteile auf:
15 - Bei der Tauchbeschichtung muss das Werkstück mehrmals in das flüssige Aluminium getaucht werden, d.h. das Verfahren ist aufwendig und ausserdem nicht oberflächenspezifisch, weil die ganze Oberfläche des Werkstücks beschichtet wird.
20 - Mit dem Flammspritzen können nur geringe Leistungen erzielt werden, ausserdem ist ein Einbrennvorgang notwendig.
- Das Walzplattieren ist nur bei einfachen geometrischen Formen möglich und daher in den Anwendungsmöglich-
25 keiten stark eingeschränkt.
- Das Aufdampfen ist sehr teuer und deshalb in der Praxis kaum anwendbar.
Die Erfinder haben sich deshalb die Aufgabe gestellt, ein einfaches, wirtschaftliches Verfahren für das Aufbringen ei-30 ner Zwischenschicht mit grosser Haftfestigkeit zu schaffen, durch welches die vorstehend genannten Nachteile beseitigt werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Metallteil zunächst durch Hochtemperaturspritzen mit 35 einer Zwischenschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung beschichtet wird, und anschliessend auf den mit der Zwischenschicht versehenen Metallteil eine Aluminiumlegierung aufgegossen wird.
Für die Herstellung der Zwischenschicht wird zweckmäs-40 sig das Lichtbogen- oder Plasmaspritzverfahren angewendet. Als Spritzgut können beispielsweise Reinaluminium (99,5), Aluminium-Magnesium- oder Aluminium-Siliziumlegierun-gen eingesetzt werden.
Das Spritzgut wird mit einer Schichtdicke von 50-200 45 |xm, vorzugsweise 100-150 [im, auf ein Metallteil aufgetragen, welches vorzugsweise aus Stahl, Grauguss, Temperguss, Sphäroguss, Buntmetallen, Aluminium oder Aluminiumlegierungen besteht.
Nach einem an sich bekannten Giessverfahren, wie Ko-50 killen-, Niederdruck- oder Druckguss, erfolgt dann das Aufgiessen einer Aluminiumlegierving auf die Zwischenschicht, nachdem das Teil auf eine Temperatur von 200-300 °C erwärmt worden ist. Mit einer solchen Wärmebehandlung wird die Diffusion zwischen den verschiedenen Metallen we-55 sentlich verbessert.
Als Aluminiumgusslegierungen können Aluminium-Silizium-, Aluminium-Silizium-Magnesium-, Aluminium-Magnesium-, Aluminium-Silizium-Kupfer- oder Aluminium-Mangan-Eisenlegierungen auf die Zwischenschicht aufge-60 gössen werden.
Erfindungsgemäss wird das Verfahren zur Herstellung eines nichtlösbaren Verbundwerkstoffes zur Herstellung von Halb- oder Fertigfabrikaten angewendet. Es können Verbundgegenstände aus den oben erwähnten Materialkom-65 binationen hergestellt werden, die zum Beispiel wegen ihrer Formgestaltung, ihren technischen Anforderungen oder der Wirtschaftlichkeit nach bisher üblichen Verfahren nicht oder nur sehr schwierig hergestellt werden könnten. Darunter fai-
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len beispielsweise Edelstahlkochgeräte mit Aluminiumkompensationsböden, Bügeleisensohlen, Kochherdplatten mit verschleissfester Edelstahlabdeckung, Automobilräder usw.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen 200fach vergrösserten Schliff durch ein Stahl-Aluminiumverbundgussteil.
Fig. 2 einen Schliff durch das um 110 °C gebogene Verbundgussteil von Fig. 1.
Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch ein Stahl-Alu-minium-Verbundgussrad für Automobile.
Der in Fig. 1 gezeigte, 200fach vergrösserte Schliff zeigt ein 0,8 mm dickes Blech aus rostfreiem Stahl 18/8, auf welches eine ca. 100 um dicke Zwischenschicht aus Aluminium (99,5) aufgespritzt ist, auf welche im Druckgussverfahren eine Aluminium-Mangan-Eisenlegierung aufgegossen ist. Mit diesem Schliff wird die Verbindung zwischen dem Stahlblech 10 und der Zwischenschicht 11 einerseits und der Zwischenschicht 11 mit der Aluminiumdruckgusslegierung 12 anderseits gezeigt. Das Stahlblech 10 und die Zwischenschicht 11 sind mit einer metallischen bzw. Diffusionsbindung verbunden, die Zwischenschicht 11 und die Aluminiumdruckgusslegierung 12 durch eine mechanische Verbindung und teilweises Aufschmelzen beider Schichten. 5 Das Versuchsteil ist 20mal auf450 °C erwärmt und an der Luft wieder abgekühlt worden-, ohne dass eine Veränderung im Schliffbild festgestellt werden kann.
Das in Fig. 2 gezeigte Verbundteil hat den gleichen Aufbau wie dasjenige von Fig. 1. Das Verbundteil ist in Rich-lo tung der Zeichnungsebene um 110° umgebogen worden. Wie der Schliff zeigt, hat dabei keine Ablösung stattgefunden, auch sind keine Anrisse festzustellen. Durch Fig. 2 wird gezeigt, dass zwischen dem Stahlblech 10 und der Zwischenschicht 11 nicht, wie bei andern Verfahren, eine spröde Zone 15 gebildet wird, was zu einem guten Verbund führt.
Fig. 3 zeigt eine Stahlfelge 14, welche teilweise mit einer Hochtemperaturspritzschicht 15 beschichtet ist. Auf diese Zwischenschicht 15 wird im Druckgussverfahren eine Radschüssel 14 aufgegossen.
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S
2 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung eines nicht lösbaren Verbundwerkstoffes durch Beschichten eines Metallteiles mit Aluminium, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallteil zunächst durch Hochtemperaturspritzen mit einer Zwischenschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung beschichtet wird, und anschliessend auf den mit der Zwischenschicht versehenen Metallteil eine Aluminiumlegierung aufgegossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metallteil aus Stahl, Grauguss, Temperguss, Sphä-roguss, Buntmetallen, Aluminium oder Aluminiumlegierungen beschichtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Reinaluminium (99,5), Aluminium-Ma-gnesium- oder Aluminium-Siliziumlegierungen mittels Lichtbogen- oder Plasmaspritzens als Zwischenschicht aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Zwischenschicht versehene Metallteil vor dem Aufgiessen der zweiten Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf eine Temperatur von 200-300 °C erwärmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aluminium-Silizium-, Aluminium-Silizium-Magnesium-, Aluminium-Magnesium-, Alumi-nium-Silizium-Kupfer- oder Aluminium-Mangan-Eisen-legierung auf die Zwischenschicht gegossen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufgiessen der Aluminiumlegierung auf die Zwischenschicht mittels Kokillen-, Niederdruckoder Druckguss erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht 50-200 (im, vorzugsweise 100-150 |im dick aufgespritzt wird.
8. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1-7 zur Herstellung von Halb- oder Fertigfabrikaten.
9. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 8 zur Herstellung von Stahl-Aluminium-Verbundrädern für Automobile.
10. Automobilrad aus einem Stahl-Aluminiumverbund-werkstoff, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Stahlfelge (14) aufweist, welche teilweise mit einer im Hochtemperaturverfahren aufgebrachten Zwischenschicht (15) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung versehen ist, auf der eine Radschüssel (14) aus einer Aluminiumlegierung im Druckgussverfahren aufgebracht ist.
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