DE102008001987A1

DE102008001987A1 - Shaped body of an aluminum-containing composite material and process for its preparation

Info

Publication number: DE102008001987A1
Application number: DE102008001987A
Authority: DE
Inventors: Miroslava Sakaliyska; Sergio Scudino; Kumar-Babu Surreddi; Jürgen Eckert
Original assignee: Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Current assignee: Leibniz Institut fuer Festkorper und Werkstofforschung Dresden eV
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: DE102008001987B4; EP2128281A1

Abstract

Die auf das Gebiet der Materialwissenschaften bezogene Erfindung beschreibt einen Formkörper aus einem Verbundwerkstoff, der beispielsweise für Bauelemente oder als Konstruktionswerkstoff im Maschinenbau, Flugzeugbau, Raketenbau, Schiffbau, Bahnbau, Kraftfahrzeugbau eingesetzt wird. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines Formkörpers aus einem aluminiumhaltigen Verbundwerkstoff, welcher gleichzeitig eine hohe Festigkeit und Duktilität aufweist. Gelöst wird die Aufgabe durch einen Formkörper, bestehend aus einer Matrix aus Partikeln aus Aluminium und/oder aus einer Aluminiumlegierung mit darin fein verteilten Partikeln der y-Phase einer AlMg-Verbindung mit einer hexagonalen Kristallstruktur (hcp). Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren, bei dem aus kristallinem Al- und Mg-Pulver auf pulvermetallurgischem Wege die y-Phase einer AlMg-Verbindung hergestellt, diese mit kristallinem Al-Pulver und/oder ein Aluminiumlegierungspulver als Matrixmaterial gemischt und wiederum durch pulvermetallurgische Verfahren zu einer aluminiumhaltigen Verbindung verarbeitet und diese nachfolgend zu einem Formkörper verdichtet wird.The invention relates to a molded article of a composite material, which is used for example for construction elements or as a construction material in mechanical engineering, aircraft construction, rocket construction, shipbuilding, railway construction, motor vehicle construction. The object of the present invention is to specify a molded article of an aluminum-containing composite material, which simultaneously has a high strength and ductility. The object is achieved by a shaped body consisting of a matrix of particles of aluminum and / or of an aluminum alloy with finely divided particles of the y-phase of an AlMg compound having a hexagonal crystal structure (hcp). The object is further achieved by a method in which made of crystalline Al and Mg powder by powder metallurgy, the y-phase of an AlMg compound, this mixed with crystalline Al powder and / or an aluminum alloy powder as a matrix material and in turn by powder metallurgy Process is processed to an aluminum-containing compound and this is subsequently compacted to form a molding.

Description

Die auf das Gebiet der Materialwissenschaften bezogene Erfindung beschreibt einen Formkörper aus einem speziellen Verbundwerkstoff. Dieser Werkstoff wird auf Grund seiner vergleichsweise hohen Festigkeitseigenschaften beispielsweise häufig für Bauelemente im Bauwesen verwendet. Der Verbundwerkstoff kann auch auf verschiedenen Gebieten der Technik verwendet werden, im besonderen als Konstruktionswerkstoff im Maschinenbau, Flugzeugbau, Raketenbau, Schiffbau, Bahnbau, Kraftfahrzeugbau sowie in der pharmazeutischen Industrie und im medizinischen Gerätebau, im Bauwesen und in der Haushaltstechnik. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundwerkstoffes.The in the field of material science related invention describes a molded body made of a special composite material. This material is due to its relatively high strength properties For example, often for construction elements used. The composite material can also be used in different fields used in engineering, in particular as a construction material in mechanical engineering, aircraft construction, rocket construction, shipbuilding, railway construction, motor vehicle construction and in the pharmaceutical and medical device industries, in construction and in home appliances. Furthermore, the concerns Invention a method for producing such a composite material.

Aluminiumlegierungen und aluminiumreiche Legierungen haben zunehmend an wirtschaftlicher und wissenschaftlicher Bedeutung gewonnen.aluminum alloys and aluminum rich alloys are becoming increasingly economical and gained scientific significance.

Das Einsatzspektrum für Leichtmetall-Komponenten erweitert sich stetig. Insbesondere im Automobilbau, aber auch in vielen anderen Bereichen sind Leichtbauteile – vor allem aus Aluminium, aber auch aus Magnesium oder Titan – inzwischen Standard ( Venir, ATZ/MTZ – Sonderausgabe: Werkstoffe im Automobilbau (1998–1999) 54–56 ; Brungs, H. u. a., ATZ/MTZ – Sonderausgabe: Werkstoffe im Automobilbau (1998–1999) 50–53 ).The range of applications for light metal components is constantly expanding. Particularly in the automotive industry, but also in many other areas are lightweight components - especially of aluminum, but also of magnesium or titanium - now standard ( Venir, ATZ / MTZ - Special Edition: Automotive Materials (1998-1999) 54-56 ; Brungs, H. et al., ATZ / MTZ - Special Edition: Materials in Automotive Engineering (1998-1999) 50-53 ).

Die Karosserie gibt mit ihrem Design dem Auto seine Form, bietet den Passagieren Schutz vor Wind und Wetter, und im Falle eines Unfalls wandelt sie dank ihrer ausgeklügelten Struktur gezielt kinetische Energie in Verformungsenergie um. Vor Jahren wäre es fast undenkbar gewesen Stahl durch Aluminium zu ersetzen.The Bodywork with its design gives the car its shape, offers the Passengers shelter from wind and weather, and in the event of an accident thanks to its ingenious structure, it deliberately transforms kinetic energy into deformation energy. Years ago would be It was almost unthinkable to replace steel with aluminum.

Der wichtigste Vorteil der Aluminiumlegierungen ist, dass sie neben einem guten Niveau von physikalisch-mechanischen und andere Charakteristiken, eine niedrige Dichte von 2,79 g/cm³ besitzen, sowie eine starke Affinität zu Sauerstoff haben, was der Grund für die allgemein gute Korrosionsbeständigkeit auf Grund der Bildung dichter Deckschichten ist. Darüber hinaus ist der Aluminiumrohstoff in der Natur recht weit verbreitet.The most important advantage of aluminum alloys that they have not only a good level of physical-mechanical and other characteristics, a low density of 2.79 g / cm ³ have, as well as a strong affinity for oxygen, which is the reason for the generally good corrosion resistance due to the formation of dense cover layers. In addition, the aluminum raw material is quite widespread in nature.

Das leichte Metall (Al), mit niedrigem spezifischem Gewicht, kommt zwar nur bei wenigen Modellen – die bekanntesten sind sicher der Audi A8, so wie der nicht mehr gebaute A2 – für die Gesamt-Karosserie zum Einsatz. Bei Hauben und Anbauteilen sowie im Bereich des Fahrwerks ist Aluminium mit seinen diversen Legierungen nicht mehr weg zu denken (Materialica 2001).The light metal (Al), with a low specific weight, comes though only a few models - the best known are safe the Audi A8, as well as the no longer built A2 - for the entire bodywork is used. For hoods and attachments as well In the area of the chassis is aluminum with its various alloys not to think away (Materialica 2001).

BMW, bereits Vorreiter beim Einsatz von Aluminium und aluminiumreichen Legierungen im hoch belasteten Fahrwerksbereich, ging beim seinen Modellen der Fünfer-Baureihe sogar so weit, den gesamten Vorderwagen aus Aluminium zu fertigen.BMW, already pioneer in the use of aluminum and aluminum-rich Alloys in the heavily loaded suspension area, went to his Models of the five-series even so far, the entire Front end of aluminum to manufacture.

Im Aluminium-Motorblock des Porsche Boxster – seit 1996 auf dem Markt – sorgen an Stelle herkömmlicher Grauguss-Büchsen Zylinderlaufflächen aus einem Aluminium-Silizium-Verbund für bessere Anwendungseigenschaften, wie z. B. weitere Massereduzierung und geringeren Ölverbrauch ( I. Lenke, u. a., Wiley – VCH Verlag GmbH, Weinheim (2001) 383–386 ; E. Köhler, u. a. VDI-Bericht 1612 VDI Verlag GmbH, Düsseldorf (2001) 35–54 ).In the aluminum engine block of the Porsche Boxster - on the market since 1996 - instead of conventional cast iron bushes, cylinder running surfaces made of an aluminum-silicon composite ensure better application properties, such as: B. further mass reduction and lower oil consumption ( I. Lenke, et al., Wiley - VCH Verlag GmbH, Weinheim (2001) 383-386 ; E. Köhler, inter alia, VDI report 1612 VDI Verlag GmbH, Dusseldorf (2001) 35-54 ).

Im Fahrwerksbereich erobert Aluminium praktisch bei allen Autoherstellern immer größere Anteile, denn neben der Gewichtsreduzierung bedeutet hier der Aluminiumeinsatz weniger bewegte Massen, ein besseres Ansprechverhalten und damit mehr Komfort.in the Chassis sector conquers aluminum virtually at all car manufacturers always larger proportions, because in addition to the weight reduction here the aluminum insert means less moving masses, a better one Responsiveness and thus more comfort.

Die Entwicklung des Flugzeugbaus wäre ohne Aluminium nicht denkbar gewesen. Wie z. B. in der Boeing 757 beträgt der Aluminiumanteil 78% gegenüber einem Anteil von 12% bei Stahl, 6% bei Titan, 3% und 4% Komposite. In Airbus 320 ergibt sich die folgende Materialverteilung 65.5% Aluminium, 9.3% Stahl, 7.2% Titan, 12.5% Komposite und 5.5% andere Materialien. Damit wird klar, dass in der Flugzeugindustrie Aluminium und aluminiumreiche Legierungen nach wie vor eine sehr wichtige Rolle spielen (Materialica 2001).The Development of the aircraft would not be without aluminum conceivable. Such as B. in the Boeing 757 is the Aluminum content 78% compared to 12% Steel, 6% for titanium, 3% and 4% composites. In Airbus 320 results in the following material distribution 65.5% aluminum, 9.3% steel, 7.2% titanium, 12.5% composites and 5.5% other materials. This makes it clear that in the aircraft industry aluminum and aluminum-rich alloys still play a very important role (Materialica 2001).

Zurzeit sind Aluminiumlegierungen mit einen hohem Niveau an mechanischen Eigenschaften bekannt, die auf verschiedenen Gebieten der Technik, beispielsweise in Form von Konstruktionswerkstoffen, verwendet werden, welche geringe und mittlere Belastungen aushalten.For now are aluminum alloys with a high level of mechanical Properties are known in various fields of technology, for example in the form of construction materials, which are low and withstand medium loads.

Es sind eine Reihe von Aluminiumlegierungen bekannt, wie beispielsweise Legierungen der folgenden Typen:

– Aluminium-Silizium
– Aluminium-Magnesium
– Aluminium-Silizium-Magnesium
– Aluminium-Kupfer-Magnesium
– Aluminium-Kupfer-Silizium-Magnesium
– Aluminium-Kupfer-Mangan-Silizium
– Aluminium-Kupfer-Magnesium-Zink-Zirkonium

A number of aluminum alloys are known, such as alloys of the following types:

- aluminum-silicon
- aluminum-magnesium
- Aluminum-silicon-magnesium
- aluminum-copper-magnesium
- aluminum-copper-silicon-magnesium
- Aluminum-copper-manganese-silicon
- Aluminum-copper-magnesium-zinc-zirconium

In manche Fällen wird zu einer Aluminiumlegierung Titan, Chrom, Eisen, Nickel, Kobalt, Vanadin, Wolfram, Molybdän, Niob, Bor, Blei, Zinn, Lithium, Yttrium zugegeben. Die mechanischen Eigenschaften der erwähnten Legierungen besitzen Werte wie:

– Härte nach Vickers: 163–400 HV
– Zugfestigkeit: 410–550 MPa (bei 20°C) und 120–220 MPa (bei 300°C)

(The 4^th International Conference an Aluminum Alloys; Atlanta, Georgia USA 1994).

In some cases, titanium, chromium, iron, nickel, cobalt, vanadium, tungsten, molybdenum, niobium, boron, lead, tin, lithium, yttrium are added to an aluminum alloy. The mechanical properties of the alloys mentioned have values such as:

- Hardness according to Vickers: 163-400 HV
Tensile strength: 410-550 MPa (at 20 ° C) and 120-220 MPa (at 300 ° C)

(The 4 ^th International Conference on Aluminum Alloys, Atlanta, Georgia USA 1994).

In den letzten Jahren hat es an Legierungen mit metastabilen Strukturen großes Interesse gegeben mit dem Ziel, die jeweiligen Anforderungen an das Material hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften zu erfüllen. So ist eine metastabile Phase, die γ-Phase Mg₁₇Al₁₂, mit ihrer hexagonalen Kristallstruktur als Grundbestandteil in den meist verwendeten kommerziellen Legierungen enthalten. ( G. Nussbaum, u. a., Scripta Matell., 23(1989) 1079–1084; C. F. Chag, u. a., Light Metalalter (1989) p. 12 ).In recent years, there has been great interest in alloys with metastable structures with the aim of meeting the respective requirements of the material in terms of mechanical properties. Thus, a metastable phase containing γ-phase Mg ₁₇ Al ₁₂ , with its hexagonal crystal structure as a basic component in the most commonly used commercial alloys. ( G. Nussbaum, et al., Scripta Matell., 23 (1989) 1079-1084; CF Chag, et al., Light Metalalter (1989) p. 12 ).

Die Motivation für den Einsatz von Leichtmetallen (wie z. B. Aluminium) besteht in der Gewichtsreduzierung, der Senkung des Treibstoff- und Energieverbrauchs, der Reduzierung der Schadstoffemission, der Verbesserung des Fahrkomforts und der Erhöhung der Lebensdauer und Sicherheit.The Motivation for the use of light metals (such as Aluminum) consists of weight reduction, reduction of fuel energy consumption, the reduction of pollutant emissions, the Improvement of ride comfort and increase of life and safety.

Nachteile der bekannten Legierungen sind, dass insbesondere ihre Festigkeit und Duktilität für viele zukünftige Anwendungen noch nicht ausreichend ist.disadvantage The known alloys are, in particular, their strength and ductility for many future applications is not enough.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines Formkörpers aus einem aluminiumhaltigen Verbundwerkstoff, welcher gleichzeitig eine hohe Festigkeit und Duktilität aufweist und ein einfaches und preiswertes Verfahren zu seiner HerstellungThe The object of the invention is to specify a shaped body from an aluminum-containing composite, which simultaneously has a high strength and ductility and a simple and inexpensive process for its preparation

Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The The object is achieved by the invention specified in the claims solved. Advantageous embodiments are the subject of Dependent claims.

Der erfindungsgemäße Formkörper aus einem aluminiumhaltigen Verbundwerkstoff besteht aus einer Matrix aus Partikeln aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung mit darin fein verteilten Partikeln der γ-Phase einer AlMg-Verbindung mit einer hexagonalen Kristallstruktur (hcp).Of the Shaped body of the invention aluminum-containing composite consists of a matrix Particles of aluminum and / or an aluminum alloy with therein finely dispersed particles of the γ phase of an AlMg compound with a hexagonal crystal structure (hcp).

Vorteilhafterweise sind in der Matrix 5 bis 80 Vol.% Partikeln der γ-Phase einer AlMg-Verbindung enthalten und noch vorteilhafterweise sind in der Matrix 45 bis 55 Vol.-% Partikel der γ-Phase einer AlMg-Verbindung enthalten.advantageously, are in the matrix 5 to 80 vol.% Particles of the γ-phase contain an AlMg compound and are still advantageously in the matrix 45 to 55% by volume of γ-phase particles of an AlMg compound contain.

Weiterhin vorteilhafterweise enthält die Aluminiumlegierung als Legierungselemente Mg, Mn, Si, Li oder Zn.Farther Advantageously, the aluminum alloy contains as alloying elements Mg, Mn, Si, Li or Zn.

Ebenfalls vorteilhafterweise bestehen die Partikel der γ-Phase einer AlMg-Verbindung aus Mg₁₇Al₁₂.Also advantageously, the γ-phase particles of an AlMg compound are Mg ₁₇ Al ₁₂ .

Und auch vorteilhafterweise bestehen die Partikel der γ-Phase einer AlMg-Verbindung aus Al_xMg_100-x, mit x = 40 bis 60.And also advantageously, the particles of the γ-phase of an AlMg compound consist of Al _x Mg _100-x , where x = 40 to 60.

Von Vorteil ist es auch, wenn die Partikel der γ-Phase einer AlMg-Verbindung aus Al₆₀Mg₄₀ bestehen.It is also advantageous if the particles of the γ phase of an AlMg compound consist of Al ₆₀ Mg ₄₀ .

Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die Partikel aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 0,1 μm bis 100 μm aufweisen.Also It is advantageous if the particles of aluminum or of a Aluminum alloy a mean particle size in the range of 0.1 .mu.m to 100 .mu.m.

Und auch von Vorteil ist es, wenn die Partikel der γ-Phase einer AlMg-Verbindung eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 0,1 μm bis 100 μm aufweisen.And it is also advantageous if the particles of the γ-phase an AlMg compound has an average particle size in the range of 0.1 .mu.m to 100 .mu.m.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers wird aus kristallinem Al- und Mg-Pulver auf pulvermetallurgischem Wege die γ-Phase einer AlMg-Verbindung hergestellt und diese mit kristallinem Al-Pulver und/oder ein Aluminiumlegierungspulver als Matrixmaterial gemischt und wiederum durch pulvermetallurgische Verfahren zu einer aluminiumhaltigen Verbindung verarbeitet und diese nachfolgend zu einem Formkörper verdichtet.at the process according to the invention for the preparation a shaped body is made of crystalline Al and Mg powder by powder metallurgy the γ-phase of an AlMg compound and this with crystalline Al powder and / or an aluminum alloy powder mixed as a matrix material and again by powder metallurgy Processed to an aluminum-containing compound and this subsequently compacted into a shaped body.

Vorteilhafterweise wird ein Aluminiumlegierungspulver mit Mg, Mn, Si, Li oder Zn als Legierungselementen eingesetzt.advantageously, is an aluminum alloy powder with Mg, Mn, Si, Li or Zn as Alloy elements used.

Ebenfalls vorteilhafterweise werden die Aluminiumlegierungen durch mechanisches Legieren hergestellt.Also Advantageously, the aluminum alloys are replaced by mechanical Alloy made.

Weiterhin vorteilhafterweise wird die pulvermetallurgischen Herstellung der γ-Phase einer AlMg-Verbindung und/oder der aluminiumhaltigen Verbindung durch mechanisches Legieren durchgeführt, wobei noch vorteilhafterweise das mechanische Legieren durch Mahlung mit einer Mahldauer von 20 bis 300 Stunden durchgeführt wird.Farther Advantageously, the powder metallurgical production of the γ-phase an AlMg compound and / or the aluminum-containing compound performed by mechanical alloying, wherein still advantageously mechanical alloying by grinding with a grinding time of 20 is performed up to 300 hours.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die Mischung aus kristallinem Al-Pulver oder einem Aluminiumlegierungspulver als Matrixmaterial mit Partikeln der γ-Phase einer AlMg-Verbindung mittels Mahlen durchgeführt wird.Advantageous It is also when the mixture of crystalline Al powder or a Aluminum alloy powder as a matrix material with particles of γ-phase an AlMg compound is carried out by grinding.

Und auch vorteilhaft ist es, wenn die aluminiumhaltige Verbindung durch Heißpressen oder Strangpressen oder Extrudieren zu einem Formkörper verarbeitet wird.And It is also advantageous if the aluminum-containing compound by Hot pressing or extruding or extruding to one Molded body is processed.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird es erstmals möglich, metastabile Strukturen in einen Verbundwerkstoff einzubringen. Dies erfolgt auf pulvermetallurgischem Wege, wobei dies sowohl für die Herstellung der γ-Phase der AlMg-Verbindung als auch für den aluminiumhaltigen Verbundwerkstoff gilt, der zu den erfindungsgemäßen Formkörpern verarbeitet wird. Vorteilhafterweise erfolgt die pulvermetallurgische Herstellung durch mechanisches Legieren.The solution according to the invention makes it possible for the first time to introduce metastable structures into a composite material. This is done by powder metallurgy, this applies both to the production of the γ-phase of the AlMg compound as well as the aluminum-containing composite material, which is processed into the moldings of the invention. Advantageously, the powder metallurgical production is carried out by mechanical Le yaw.

Durch den Einbau der metastabilen Strukturen in den Verbundwerkstoff werden die Festigkeiten des Formkörpers deutlich erhöht und gleichzeitig die Duktilität für derartige Verbundwerkstoffe erhöht.By the incorporation of the metastable structures into the composite material significantly increased the strength of the molding and at the same time the ductility for such Composite materials increased.

Zuerst wird eine γ-Phase der AlMg-Verbindung hergestellt. Diese γ-Phase ist eine metastabile intermetallische Phase, die hart und spröde ist und eine relativ große Elementarzelle mit 58 Atomen und eine hexagonale Kristallstruktur (hcp) aufweist. Die erzeugte γ-Phase ist nanokristallin.First a γ-phase of the AlMg compound is produced. This γ phase is a metastable intermetallic phase that is hard and brittle is and a relatively large unit cell with 58 atoms and has a hexagonal crystal structure (hcp). The generated γ-phase is nanocrystalline.

Diese γ-Phase der AlMg-Verbindung wird dann mit Al-Pulver oder Pulver einer Al-Legierung als Matrixmaterial vermischt und durch pulvermetallurgische Verfahren zu einem Verbundwerkstoff verarbeitet. Aufgrund der Nanokristallinität der γ-Phase der AlMg-Verbindung kann diese sehr fein im Matrixmaterial verteilt werden. Aus diesem Verbundwerkstoff wird dann ein Formkörper hergestellt.This γ phase the AlMg compound is then mixed with Al powder or powder of an Al alloy mixed as matrix material and by powder metallurgical processes processed into a composite material. Due to the nanocrystallinity the γ-phase of the AlMg compound can be very fine in the Matrix material are distributed. For this composite material is then a molded body produced.

Durch die Anwendung von pulvermetallurgischen Herstellungsverfahren braucht das aufwändige Schleudergussverfahren nach dem Stand der Technik nicht angewandt werden, was das Herstellungsverfahren deutlich vereinfacht.By the application of powder metallurgical manufacturing process needs the elaborate centrifugal casting process according to the prior art are not applied, which greatly simplifies the manufacturing process.

Die erfindungsgemäße Legierung kann auf den verschiedensten Gebieten der Technik Anwendung finden. Sie weist hohe Betriebseigenschaften auf und besitzt hohe Parameter der mechanischen Eigenschaften bei normaler Temperatur.The Alloy according to the invention can be used in a wide variety of ways Areas of technology find application. It has high operating characteristics and has high parameters of mechanical properties at normal Temperature.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.following The invention will be closer to an embodiment explained.

Beispiel:Example:

Die Herstellung der γ-Phase der Verbindung Mg₁₇Al₁₂ erfolgte durch mechanisches Legieren. Dazu wird eine Pulvermischung aus 50 Gew.-% kristallinem Aluminiumpulver und 50 Gew.-% kristallinem Magnesiumpulver jeweils mit einer Teilchengröße von 1–5 μm und mit einer Reinheit von 99.95% hergestellt. Die Pulvermischung wird unter einer hochreinen Argon-Atmosphäre (weniger als 1 ppm O₂ and H₂O) in einem Mahlbecher gemischt und in einer Planetenkugelmühle (Retsch PM400) gemahlen. Der Mahlvorgang erfolgt unter der Verwendung von Stahlkugeln (⌀ = 10 mm) und das Massenverhältnis zwischen Kugeln und Pulver entspricht 10:1 d. h. im Fall von 300 g Stahlmahlkugeln werden 30 g Pulvermischung verwendet. Die Geschwindigkeit der Planetenkugelmühle beträgt 150 U/min. Das mechanische Legieren erfolgt bei Raumtemperatur für die Dauer von 300 h. Am Ende des Mahlvorgangs liegt ein Sekundärpulver vollständig bestehend aus übersättigten Al(Mg)-Mischkristallen vor. Dieses Sekundärpulver ist nanokristallin, was vorteilhaft für die spätere hohe Festigkeit ist.The preparation of the γ phase of the compound Mg ₁₇ Al _{12 was} carried out by mechanical alloying. For this purpose, a powder mixture of 50 wt .-% crystalline aluminum powder and 50 wt .-% crystalline magnesium powder, each having a particle size of 1-5 microns and having a purity of 99.95%. The powder mixture is mixed under a high purity argon atmosphere (less than 1 ppm O ₂ and H ₂ O) in a grinding bowl and ground in a planetary ball mill (Retsch PM400). The grinding process is carried out using steel balls (⌀ = 10 mm) and the mass ratio between balls and powder corresponds to 10: 1, ie in the case of 300 g of steel grinding balls, 30 g of powder mixture are used. The speed of the planetary ball mill is 150 rpm. The mechanical alloying takes place at room temperature for a period of 300 h. At the end of the grinding process, a secondary powder consisting entirely of supersaturated Al (Mg) mixed crystals is present. This secondary powder is nanocrystalline, which is advantageous for the later high strength.

Nachfolgend wird das Sekundärpulver auf 430°C erwärmt. Bei dieser Temperatur findet eine Phasenumwandlung statt, wodurch sich die metastabile γ-Phase der Verbindung Mg₁₇Al₁₂ in Pulverform ausbildet.Subsequently, the secondary powder is heated to 430 ° C. At this temperature, a phase transformation takes place, whereby the metastable γ-phase of the compound Mg ₁₇ Al _{12 forms} in powder form.

50 Gew.-% dieses Pulvers aus der metastabile γ-Phase der Verbindung Mg₁₇Al₁₂ werden nachfolgend mit 50 Gew.-% reinem Aluminiumpulver wieder unter hochreiner Argon-Atmosphäre in einem Mahlbecher vermischt und in einer Planetenkugelmühle unter den o. g. Bedingungen gemahlen. Nach 1 h Mahldauer ist das Pulver gut vermischt und die nanokristalline metastabile γ-Phase der Verbindung Mg₁₇Al₁₂ liegt fein verteilt in der Matrix aus Aluminium vor. Danach wird das Pulver bei 100°C heißgepresst und unter 50 MPa Pressdruck verdichtet, sowie mittels Strangpressen mit 4 mm Durchmesser extrudiert.50 wt .-% of this powder of the metastable γ-phase of the compound Mg ₁₇ Al ₁₂ are subsequently mixed with 50 wt .-% pure aluminum powder under high-purity argon atmosphere in a grinding bowl and ground in a planetary ball mill under the above conditions. After 1 h milling time, the powder is well mixed and the nanocrystalline metastable γ-phase of the compound Mg ₁₇ Al ₁₂ is finely dispersed in the matrix of aluminum before. Thereafter, the powder is hot pressed at 100 ° C and compressed under 50 MPa pressure, and extruded by means of extruding with 4 mm diameter.

Die Porosität der erhaltenen Probe ist relativ hoch, die Dichte liegt bei 97,5%. Es konnte festgestellt werden, dass während des Strangpressens die metastabile γ-Phase der Verbindung Mg₁₇Al₁₂γ in die Aluminiummatrix diffundiert und sich gut verteilt.The porosity of the obtained sample is relatively high, the density is 97.5%. It was found that during extrusion the metastable γ-phase of the compound Mg ₁₇ Al ₁₂ γ diffuses into the aluminum matrix and spreads well.

Die γ-Phase dient dabei als Verstärkung der Al-Matrix, was sich eindeutig durch die nachfolgenden Ergebnisse nachweisen lässt.The γ phase serves as a reinforcement of the Al matrix, which is unique can be demonstrated by the following results.

Die Probe, aus dem hergestellten Material, hat folgende Eigenschaften gezeigt:
Festigkeit bei Raumtemperatur in Höhe von 250 MPa, relative Dehnung (Maß für die Duktilität) von 2%, Härte nach Vickers 250 HV und Dichte bei 98,5%.The sample, made from the material produced, has shown the following properties:
Room temperature strength of 250 MPa, relative elongation (ductility) of 2%, Vickers hardness 250 HV and density of 98.5%.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- Venir, ATZ / MTZ - Special edition: Automotive materials (1998-1999) 54-56 [0003]
- Brungs, H. et al., ATZ / MTZ - Special edition: Automotive materials (1998-1999) 50-53 [0003]
- I. Lenke, et al., Wiley - VCH Verlag GmbH, Weinheim (2001) 383-386 [0008]
- E. Köhler, inter alia, VDI report 1612 VDI Verlag GmbH, Dusseldorf (2001) 35-54 [0008]
- G. Nussbaum, et al., Scripta Matell., 23 (1989) 1079-1084; CF Chag, et al., Light Metalalter (1989) p. 12 [0014]

Claims

Shaped body of an aluminum-containing Composite material consisting of a matrix of particles of aluminum and / or an aluminum alloy with finely divided therein Particles of the γ-phase of an AlMg compound with a hexagonal Crystal structure (hcp).

Shaped body according to claim 1, wherein in the matrix 5 to 80 vol.% Particles of the γ-phase of an AlMg compound are included.

Shaped body according to claim 2, wherein in the matrix 45 to 55% by volume of γ-phase particles of an AlMg compound are included.

Shaped body according to claim 1, wherein the Aluminum alloy as alloying elements Mg, Mn, Si, Li or Zn contains.

Shaped body according to claim 1, in which the particles of the γ phase of an AlMg compound consist of Mg ₁₇ Al ₁₂ .

Shaped body according to claim 1, in which the particles of the γ phase of an AlMg compound consist of Al _x Mg _100-x , where x = 40 to 60.

Shaped body according to claim 1, in which the particles of the γ phase of an AlMg compound consist of Al ₆₀ Mg ₄₀ .

Shaped body according to claim 1, wherein the Particles made of aluminum or an aluminum alloy a medium Particle size in the range of 0.1 microns to 100 microns have.

Shaped body according to claim 1, wherein the Γ-phase particles of an AlMg compound have an average particle size in the range of 0.1 .mu.m to 100 .mu.m.

A method for producing a shaped article according to at least one of claims 1 to 9, wherein crystalline Al and Mg powder by powder metallurgy the γ-phase made of an AlMg compound and this with crystalline Al powder and / or an aluminum alloy powder mixed as a matrix material and again by powder metallurgical processes to an aluminum-containing compound processed and this subsequently compacted into a shaped body becomes.

The method of claim 10, wherein an aluminum alloy powder is used with Mg, Mn, Si, Li or Zn as alloying elements.

The method of claim 10, wherein the aluminum alloys be made by mechanical alloying.

The method of claim 10, wherein the powder metallurgical Preparation of the γ-phase of an AlMg compound and / or the aluminum-containing compound is carried out by mechanical alloying becomes.

The method of claim 13, wherein the mechanical Alloy by grinding with a grinding time of 20 to 300 hours is carried out.

The method of claim 10, wherein the mixture made of crystalline Al powder or an aluminum alloy powder as matrix material with particles of the γ phase of an AlMg compound is carried out by grinding.

The method of claim 10, wherein the aluminum-containing Joining by hot pressing or extrusion or extrusion is processed into a shaped body.