CH632437A5 - METHOD FOR PRODUCING A COMPOSITE. - 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. The invention relates to a method for producing a non-releasable composite material by coating a metal part with aluminum.
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. Composite casting is a process by which two metals - one in the solidified state, the other in the liquid state - are brought into contact with one another in such a way that a diffusion zone and thus an uninterrupted metallic transition, i.e. a metallic bond, between the two metals from one metal to the other.
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. Casting processes, with the aid of which mechanical clinging in uneven surfaces of the solid part to the cast-in or cast-on part is achieved, as a result of which a mechanically satisfactory connection can be achieved, are not considered composite castings as defined above.
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. Aluminum-coated composite castings made of steel have been used for a number of technical applications in which the better thermal conductivity of the aluminum and the higher mechanical values at elevated temperatures of the iron materials are exploited.
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. It is known to apply intermediate layers made of aluminum or aluminum alloys in order to improve the bonding. Among other things, the methods of flame spraying, vapor deposition, dipping or roll cladding with aluminum have been used.
Diese bekannten Verfahren weisen jedoch die folgenden Nachteile auf: However, these known methods have the following disadvantages:
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. 15 - In the case of dip coating, the workpiece must be immersed several times in the liquid aluminum, i.e. the process is complex and, moreover, not surface-specific because the entire surface of the workpiece is coated.
20 - Mit dem Flammspritzen können nur geringe Leistungen erzielt werden, ausserdem ist ein Einbrennvorgang notwendig. 20 - With flame spraying only low performances can be achieved, furthermore a baking process is necessary.
- Das Walzplattieren ist nur bei einfachen geometrischen Formen möglich und daher in den Anwendungsmöglich- - Roll cladding is only possible with simple geometric shapes and therefore in the possible applications.
25 keiten stark eingeschränkt. 25 times severely restricted.
- Das Aufdampfen ist sehr teuer und deshalb in der Praxis kaum anwendbar. - The vapor deposition is very expensive and can therefore hardly be used in practice.
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. The inventors have therefore set themselves the task of creating a simple, economical process for applying an intermediate layer with great adhesive strength, by means of which the disadvantages mentioned above are eliminated.
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. The object is achieved according to the invention in that the metal part is first coated with an intermediate layer made of aluminum or an aluminum alloy by high-temperature spraying, and then an aluminum alloy is cast onto the metal part provided with the intermediate layer.
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. The arc or plasma spraying process is expediently used to produce the intermediate layer. For example, pure aluminum (99.5), aluminum-magnesium or aluminum-silicon alloys can be used as spray material.
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. The material to be sprayed is applied with a layer thickness of 50-200 45 μm, preferably 100-150 μm, to a metal part which preferably consists of steel, gray cast iron, malleable cast iron, spheroidal cast iron, non-ferrous metals, aluminum or aluminum alloys.
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. According to a casting method known per se, such as Ko-50 die-casting, low-pressure or pressure casting, an aluminum alloy is then poured onto the intermediate layer after the part has been heated to a temperature of 200-300 ° C. Such a heat treatment significantly improves the diffusion between the different metals.
Als Aluminiumgusslegierungen können Aluminium-Silizium-, Aluminium-Silizium-Magnesium-, Aluminium-Magnesium-, Aluminium-Silizium-Kupfer- oder Aluminium-Mangan-Eisenlegierungen auf die Zwischenschicht aufge-60 gössen werden. As cast aluminum alloys, aluminum-silicon, aluminum-silicon-magnesium, aluminum-magnesium, aluminum-silicon-copper or aluminum-manganese-iron alloys can be cast onto the intermediate layer.
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- According to the invention, the method for producing a non-releasable composite material is used for the production of semi-finished or finished products. Composite objects can be produced from the material combinations mentioned above, which, for example due to their shape, their technical requirements or their economic efficiency, could not be produced or could only be produced with great difficulty using methods previously used. Including
3 3rd
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len beispielsweise Edelstahlkochgeräte mit Aluminiumkompensationsböden, Bügeleisensohlen, Kochherdplatten mit verschleissfester Edelstahlabdeckung, Automobilräder usw. len, for example, stainless steel cooking appliances with aluminum compensation bases, iron soles, hotplates with wear-resistant stainless steel cover, automobile wheels, etc.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail with reference to the drawing. Show it:
Fig. 1 einen 200fach vergrösserten Schliff durch ein Stahl-Aluminiumverbundgussteil. Fig. 1 a 200 times enlarged section through a steel-aluminum composite casting.
Fig. 2 einen Schliff durch das um 110 °C gebogene Verbundgussteil von Fig. 1. 2 shows a section through the composite casting of FIG. 1 bent by 110 ° C.
Fig. 3 einen schematischen Schnitt durch ein Stahl-Alu-minium-Verbundgussrad für Automobile. Fig. 3 shows a schematic section through a steel-aluminum composite cast wheel for automobiles.
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. The 200-times enlarged section shown in FIG. 1 shows a 0.8 mm thick sheet of stainless steel 18/8, onto which an approximately 100 μm thick intermediate layer made of aluminum (99.5) is sprayed, onto which an aluminum is die-cast - Manganese iron alloy is poured on. This cut shows the connection between the steel sheet 10 and the intermediate layer 11 on the one hand and the intermediate layer 11 with the aluminum die-casting alloy 12 on the other. The steel sheet 10 and the intermediate layer 11 are connected with a metallic or diffusion bond, the intermediate layer 11 and the aluminum die-casting alloy 12 by a mechanical connection and partial melting of both layers. 5 The test part was heated 20 times to 450 ° C and cooled again in air - without a change in the micrograph being found.
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. The composite part shown in FIG. 2 has the same structure as that of FIG. 1. The composite part has been bent through 110 ° in the direction of the plane of the drawing. As the cut shows, there has been no detachment, and there are no cracks. 2 shows that, as in other methods, a brittle zone 15 is not formed between the steel sheet 10 and the intermediate layer 11, which leads to a good bond.
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. FIG. 3 shows a steel rim 14 which is partially coated with a high-temperature spray layer 15. A wheel bowl 14 is cast onto this intermediate layer 15 in the die-casting process.
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2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings
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