-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines ersten metallischen Werkstoffs von einem zweiten metallischen Werkstoff.
-
Bei Verbundwerkstoffen z. B. für Gleitlager, bei denen eine Komponente eine Aluminiumlegierung ist, tritt oft das Problem auf, dass es schwer ist, die Komponenten des Verbundwerkstoffs voneinander zu trennen. So werden durch den Herstellungsprozess für die Halbzeuge Stahl- und Aluminiumbänder miteinander unter hohen Umformgraden verwalzt, was zu einer starken Bindung zwischen den Schichten führt. Diese Bindung wird auch für die Anwendung z. B. im Automobilbereich benötigt und ist daher beabsichtigt. Die Verbindung führt aber auch dazu, dass sich die Stahl- und Aluminiumkomponenten nicht mehr oder nur schwer voneinander trennen lassen, weshalb etwaiges Ausschussmaterial entsorgt werden muss und insbesondere der relativ teure Aluminiumwerkstoff nicht wiederverwendet werden kann. Dies wäre aber angesichts hoher Rohstoffpreise und auch im Hinblick auf die Preise für die Entsorgung von Vorteil.
-
Stand der Technik
-
Um dieses Problem zu lösen wurde gemäß dem Stand der Technik in verschiedenen Verfahren versucht, Verbundwerkstoffe in ihre Bestandteile aufzutrennen. So offenbart die
DE 41 42 107 A1 ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Metallwerkstoffen aus Altmaterial. Hierbei werden die verschiedenen Schmelztemperaturen der verschiedenen Metallkomponenten genutzt. So wird zum Beispiel ein metallischer Verbundwerkstoff, der aus einem niedrig schmelzenden und einem hoch schmelzenden Metall besteht, zunächst bis auf die Schmelztemperatur des niedrig schmelzenden Metalls erhitzt, so dass dieses schmilzt und nunmehr abgeschöpft werden kann.
-
Ein Nachteil bei diesem Verfahren ist, dass der Verbundwerkstoff bis auf die Schmelztemperatur zumindest einer der Komponenten des Verbundwerkstoffs erhitzt werden muss. Angesichts der oftmals sehr hohen Schmelztemperaturen ist ein solches Verfahren energieintensiv. Dies hat unter anderem als Konsequenz, dass es wirtschaftlich nur schlecht umsetzbar ist. Außerdem ist es bei einem solchen Verfahren schwer, für eine saubere Trennung der Werkstoffe zu sorgen, da es leicht passieren kann, dass auch Teile des jeweils anderen Materials schmelzen bzw. in der Schmelze gelöst werden.
-
Andere Verfahren, die z. B. in der
WO 95/26826 beschrieben werden, sehen vor, Materialien magnetisch voneinander zu trennen. Dies setzt allerdings unterschiedliche magnetische Eigenschaften der zu trennenden Materialien voraus. Ferner müssen die zu trennenden Werkstoffe bereits physisch voneinander getrennt sein. Aus diesem Grund kann dieses Verfahren nicht genutzt werden, um Verbundwerkstoffe in ihre Komponenten aufzutrennen.
-
Darstellung der Erfindung
-
Ausgehend von dem genannten Stand der Technik ergibt sich als technisches Problem, ein Verfahren zum Trennen eines ersten metallischen Werkstoffs von einem zweiten metallischen Werkstoff bereitzustellen. Beide Werkstoffe zusammen bilden vor dem Trennen einen metallischen Verbundwerkstoff. Dieses Verfahren sollte verlustarm sein, das heißt, es sollten möglichst wenig metallische Werkstoffe verloren gehen.
-
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das in Anspruch 1 beschriebene Verfahren.
-
Gemäß Anspruch 1 wird ein Verbundwerkstoff, der durch einen ersten und einen zweiten metallischen Werkstoff gebildet wird, in den ersten und den zweiten metallischen Werkstoff aufgetrennt. Hierbei wird der Verbundwerkstoff bei einer bestimmten Temperatur angelassen, d. h. bei dieser Temperatur geglüht. Dabei bildet sich an der Grenzfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstoff eine Sprödphase. Diese muss lediglich spröder als die beiden angrenzenden Werkstoffe sein, d. h. die Sprödphase muss eine Scherfestigkeit aufweisen, die geringer ist als die Scherfestigkeit sowohl des ersten als auch des zweiten Werkstoffs. Die Sprödphase bildet sozusagen eine „Sollbruchstelle” bei Scherbelastung. Hierbei beschreibt die Scherfestigkeit diejenige maximale Schubspannung, die bei Scherbelastung nicht zum Bruch des jeweiligen Werkstoffs führt.
-
Nun werden im Anschluss an das Anlassen zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstoff Schubspannungen erzeugt, welche größer als die Scherfestigkeit der Sprödphase an der Grenzfläche sind. Somit trennt sich der erste Werkstoff entlang der Grenzfläche, also innerhalb der Sprödphase, vom zweiten Werkstoff.
-
Die Sprödphase weist typischerweise intermetallische Verbindungen auf. Diese ergeben sich zum Beispiel durch einen Diffusionsvorgang zwischen dem ersten und dem zweiten metallischen Werkstoff. Es ist von Vorteil, wenn sich diese Phase im Wesentlichen über die gesamte Grenzfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Werkstoff ausbildet, damit eine saubere Trennung gewährleistet wird.
-
Wenn nun Schubspannungen auftreten, die nicht größer sind als die Scherfestigkeit der angrenzenden Werkstoffe, führen diese Schubspannungen zu einem Bruch entlang der Sprödphase an der Grenzfläche. Hierdurch trennen sich die beiden Werkstoffe vergleichsweise „sauber” voneinander. Gleichzeitig tritt nur ein geringer Materialverlust auf, nämlich das Material der Sprödphase. Außerdem ist es nicht nötig, die metallischen Werkstoffe zu schmelzen, was den Energieverbrauch für das Verfahren verringert.
-
Die Schubspannungen können auf verschiedene Arten aufgebracht werden. Unter anderem können sich die Schubspannungen bereits während des Anlassens bilden und zu einer Trennung der beiden Werkstoffe führen. Dieses Verhalten kann dahingehend verstanden werden, dass der gesamte Anlassvorgang in Gedanken in einen ersten Teil, während dessen eine Sprödphase mit einer geringeren Scherfestigkeit ausgebildet wird, und einen zweiten, sich daran anschließenden Teil aufgetrennt wird. Während dieses zweiten Teils werden, beispielsweise durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, Schubspannungen zwischen den beiden Werkstoffen erzeugt.
-
Bevorzugte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 16 beschrieben.
-
So hat sich als eine leicht zu implementierende Ausführungsform der Erfindung ergeben, dass der Verbundwerkstoff am Ende des Anlassens abgeschreckt wird. Die stark unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe führen zu Schubspannungen oberhalb der Scherfestigkeit der Sprödphase. Dadurch trennen sich die Werkstoffe entlang einer Bruchkante innerhalb der Sprödphase. Hierbei und im Rest der Anmeldung verstehen wir unter einem Ausdehnungskoeffizienten einen Längenausdehnungskoeffizienten. Die Schicht dehnt sich jedoch in alle Richtungen aus. Da diese aber sehr dünn ist, macht sich nur die Ausdehnung in der Schicht bemerkbar.
-
Ein solches Verfahren ist leicht implementierbar. Es werden nur ein Ofen und eine Einrichtung zum Abschrecken des Verbundwerkstoffs benötigt. Öfen, die für ein solches Verfahren geeignet sind, wie zum Beispiel Sinteröfen, sind gut charakterisiert. Zum Abschrecken kann man zum Beispiel die Luft in der Fabrikhalle, in der ein solcher Ofen steht, aber auch ein Wasserbad oder eine beliebige andere Kühleinrichtung nutzen.
-
Ferner ist es vorteilhaft, dass es sich bei dem ersten Werkstoff um eine Aluminiumlegierung oder reines Aluminium handelt. Diese weisen bevorzugt einen Ausdehnungskoeffizienten von größer oder gleich 17 × 10–6/K auf. Außerdem ist es von Vorteil, wenn dieser erste Werkstoff auf einen Stahlrücken aufgewalzt ist, der zumindest einen Teil des zweiten metallischen Werkstoffs bildet. Auch wird bevorzugt, dass der zweite metallische Werkstoff einen Ausdehnungskoeffizienten von kleiner oder gleich 12,2 × 10–6/K aufweist.
-
Die genannten Werkstoffe sind aufgrund der stark unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten und aufgrund der sich beim Anlassen bildenden Sprödphase an der Grenzfläche leicht trennbar. Insofern ist es nicht nötig, den Verbundwerkstoff lange oder bei einer hohen Temperatur anzulassen, was eine Energieersparnis mit sich bringt.
-
Als Vorteil des großen Unterschiedes in den Ausdehnungskoeffizienten ergibt sich außerdem, dass sich hohe Scherspannungen zwischen dem ersten und dem zweiten metallischen Werkstoff ergeben. Dies führt zu einer guten und sicheren Trennung des ersten und des zweiten Werkstoffs voneinander.
-
Im Fall, dass ein Verbundwerkstoff aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf einem Stahlrücken in der oben genannten Art getrennt wird, besteht die Sprödphase aus intermetallischen Eisen-Aluminium-Verbindungen. Insbesondere kommen die Verbindungen FeAl, FeAl2 FeAl3 und Fe2Al5 vor. Intermetallische Verbindungen, insbesondere der genannten Form, zeichnen sich durch eine hohe Sprödigkeit aus, weshalb sie leicht zu einer Separierung der angrenzenden Werkstoffe führen.
-
In diesem Zusammenhang ist es weiterhin ratsam, dass die Aluminiumlegierung Zinn enthält und dass auch die Sprödphase vorzugsweise Zinn aufweist. In Versuchen hat sich gezeigt, dass eine solche Sprödphase vergleichsweise gut trennbar ist, so dass das Verfahren erleichtert und Energie gespart wird.
-
Es ist außerdem vorteilhaft, als Verbundwerkstoff zinnhaltige Aluminiumwerkstoffe zu verwenden. Diese lassen sich gut aufspalten, weshalb auch hier eine hohe Materialausbeute bei der Auftrennung erzielt wird. Je größer der Zinngehalt ist, desto besser lassen sich die folgenden Werkstoffe auftrennen:
AlSn6SiCuMnCr auf Stahl
AlSn8NiMnCu + Al-Zwischenfolie auf Stahl
AlSn10SiCuCr + Al-Zwischenfolie auf Stahl
AlSn10NiMnCu auf Stahl
AlSn12SiCuCr auf Stahl
AlSn20Cu auf Stahl
AlSn20CuMn auf Stahl
AlPb6SiSn auf Stahl
AlSn6SiCu auf Stahl
-
Allen gemeinsam ist Zinn als Legierungselement, und alle diese Werkstoffe haben ein gutes Auftrennverhalten.
-
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass das Abkühlen an Luft bei einer Temperatur zwischen 0 und 50°C stattfindet. Der Grundgedanke hierbei ist, dass der Verbundwerkstoff nach dem Anlassen an der Fabrikluft abgekühlt wird, d. h. dass man den angelassenen Verbundwerkstoff aus der Anlassvorrichtung (z. B. Ofen) herausnimmt und ihn dann ohne Übergang der Fabrikluft aussetzt. Ein Vorteil hiervon ist, dass ein solches Verfahren leicht umgesetzt werden kann, da keine separate Abschreckeinrichtung benötigt wird. Des Weiteren ist bei der Abkühlung an Luft wichtig, dass Abkühlraten von mindestens 100 K/min erreicht werden. Durch Versuche wurde beobachtet, dass erst in diesem Bereich die entstehenden Schubspannungen groß genug sind, um die beiden metallischen Werkstoffe entlang der Sprödphase zu trennen. Um diese Abkühlraten zu erreichen ist ein guter Kontakt der Probe beim Ankühlen zum Untergrund notwenig. Zudem ist ein gut wärmeleitender Untergrund von Vorteil (z. B. metallischer Untergrund: Stahl, keramischer Untergrund: Graphit).
-
Zur Bildung der Sprödphase ist es weiterhin von Vorteil, wenn der Verbundwerkstoff in einer Luftatmosphäre in etwa zwischen 300°C und 600°C angelassen wird. Hierbei hat sich ein Temperaturbereich von 450°C bis 580°C als besonders vorteilhaft erwiesen. Insbesondere wird der Verbundwerkstoff bevorzugt zwischen 10 Minuten und 48 Stunden, besonders bevorzugt zwischen 10 und 30 Minuten bei bei dieser Temperatur angelassen. Die genannten Temperaturbereiche und die genannte Zeitspanne führen zu einer sicheren Trennung der Werkstoffe, wobei kurze Anlasszeiten zu einem geringen Energieverbrauch beitragen.
-
Ergänzend zu dem genannten Verfahren zur Erzeugung von Schubspannungen durch Abschrecken ist es von Vorteil, wenn die Schubspannungen zumindest teilweise durch mechanische Einwirkung auf den Verbundwerkstoff erzeugt werden. Diese mechanische Einwirkung kann das Erzeugen von Schubspannungen durch Abschrecken ersetzen. Bei einem derart abgewandelten Verfahren ist besonders eine Verformung des Verbundwerkstoffs sinnvoll. Dadurch ist es leicht möglich, Schubspannungen gezielt aufzubringen, ohne an die Schubspannungen, die sich aufgrund der verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten ergeben, gebunden zu sein. Verbundwerkstoffe, die nur geringe Unterschiede in den Ausdehnungskoeffizienten haben, können in ihre Komponenten aufgetrennt werden. Außerdem kann dadurch das Auftrennen von Verbundwerkstoffen, deren Komponenten vergleichsweise große Unterschiede in den Ausdehnungskoeffizienten haben, unterstützt werden. Die sichere Trennung wird gewährleistet. Eine Verformung führt zu einer hohen Schubspannung. Eine gute Trennung der Werkstoffe kann sichergestellt werden.
-
Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Verbundwerkstoff Schwingungen, beispielsweise in einer Rüttelmaschine, ausgesetzt wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Verbundwerkstoff wiederholt verformt wird, was eine Trennung erleichtert.
-
Es ist außerdem von Vorteil, dass der Verbundwerkstoff Impulsen von mindestens einem Hammer ausgesetzt wird. Ein Hammer oder eine Hammereinrichtung ermöglicht kurze Impulse mit einer hohen Intensität. Diese führen somit zu hohen Schubspannungen. Daher kann eine solche Behandlung eine sichere Trennung des Verbundwerkstoffs in dessen Komponenten gewährleisten.
-
Die Werkstücke können auch durch ein Ultraschallbad geführt werden. Dies würde auch die Ablösung entlang der Sprödphase unterstützen. Ein solches Verfahren wäre außerdem kontaktlos. Anstelle eines Ultraschallbads kann auch eine andere Ultraschallbearbeitung vorgenommen werden. Durch eine Ultraschallbehandlung können hohe Schubspannungen aufgebracht werden.
-
Des Weiteren ist zur Trennung der Schichten ein Walzstich mit geringer Umformung vorstellbar. Dadurch werden Schubspannungen erzeugt, die ebenfalls zur Trennung der beiden metallischen Schichten beitragen können. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit der Trennung unterstützt.
-
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn Lagerschalen oder Bänder aus einem Verbundwerkstoff in zumindest einige von dessen Komponenten aufgetrennt werden. Dies ist insbesondere für Anwendungen im Automobilbereich relevant, in dem oft Verbundwerkstoffe (z. B. für Lagerschalen) verwendet werden.
-
Weiterhin können Verbundwerkstoffe, die Gefüge- und/oder Abmessungsfehler aufweisen, in zumindest einige ihrer Komponenten aufgetrennt werden. Hierdurch können Werkstücke, die ansonsten Ausschuss bilden würden, recycelt werden, was eine Materialersparnis ermöglicht.
-
Auch ist es von Vorteil, wenn der erste und/oder zweite metallische Werkstoff nach dem Trennen des Verbundwerkstoffs als Bandrolle aufgewickelt oder zerhackt wird. Hierbei kann der Platz, der von den Komponenten des metallischen Verbundwerkstoffs beansprucht wird, verringert werden. Insbesondere können die Komponenten auch nach dem Zerhacken leicht eingeschmolzen und dem Produktionsprozess, z. B. einem Abguss in einem Belt- oder Rollcaster, zugeführt werden.
-
Schließlich ist eine bevorzugte Ausführungsform, dass das Anlassen kontinuierlich, bevorzugt in einer Sintereinrichtung wie z. B. einem Durchlaufofen, erfolgt. So kann ein Verfahren erzielt werden, bei dem die Verbundwerkstoffe kontinuierlich und reproduzierbar in ihre Komponenten aufgespaltet werden. Ein weiterer Vorteil einer Sintereinrichtung wie z. B. einem Durchlaufofen, ist dass solche Einrichtungen im Bereich der metallverarbeitenden Industrie weit verbreitet sind. Daher entstehen nur geringe zusätzliche Kosten für das Durchführen eines solchen Verfahrens (hohe Produktivität durch geringe Durchlaufzeiten). Gleichzeitig sind solche Einrichtungen gut charakterisiert, weshalb man sie gut und präzise steuern kann. Dies führt zu einer hohen Trennqualität.
-
Kurze Beschreibung der Figuren
-
1a und b zeigen lichtmikroskopische Aufnahmen eines Schliffs des Verbundwerkstoffs AlSn10SiCuCr + Stahl, der entweder 8 Stunden lang bei 300°C (1a) oder 4 Stunden lang bei 400°C (1b) angelassen und anschließend abgeschreckt wurde.
-
2a und b zeigen lichtmikroskopische Aufnahmen eines Schliffs des Verbundwerkstoffs AlSn10SiCuCr + Stahl, der entweder (2a) 4 Minuten lang bei 475°C oder (2b) 6 Minuten lang bei 510°C angelassen und anschließend abgeschreckt wurde.
-
3a und b zeigen lichtmikroskopische Ansichten eines Schliffs des Verbundwerkstoffs AlSn10SiCuCr + Stahl, der entweder (3a) 23 Minuten lang bei 538°C oder (3b) 2 Minuten lang bei 565°C angelassen und anschließend abgeschreckt wurde.
-
4a und 4b zeigen den Werkstoff der 3a in einem energiedispersiven Röntgenspektroskopie(EDX)-Scan (4a) und in einer rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme (4b).
-
5a und b zeigen den Werkstoff der 3a. Hierbei wird in 5a eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Werkstoffs gezeigt, während 5b einen EDX-Scan zeigt.
-
6a und b zeigen eine ähnliche Messung wie 5, jedoch für den Werkstoff der 3b.
-
Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und der Figuren
-
Im Folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und die Figuren beschrieben.
-
So wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein AlSn20CuMn- und ein AlSn10SiCuCr-Werkstoff auf einem Stahlrücken verschiedenen Versuchen zur Bestimmung des Trennverhaltens der verschiedenen Metallschichten voneinander unterzogen.
-
Hierbei wurde festgestellt, dass bei AlSn20CuMn auf Stahl und AlSn10SiCuCr auf Stahl nach 14 Stunden Anlassen bei 480°C in Luft und anschließendem Abschrecken an Luft (Entfernen der Probe aus dem Ofen und Ablage auf einem metallischem Untergrund) eine Abtrennung der Schichten auftritt. Dadurch werden Abkühlraten von 100 K/min realisiert. Hierbei hatten sich an der Grenzfläche zwischen dem Stahl und Lagermetall aus einer Aluminiumlegierung (Zwischenfolie) des Verbundwerkstoffs Sprödphasen der Zusammensetzung FeXAlY gebildet, welche die Bindungsfestigkeit herabsetzen. Die durch das Abschrecken auftretenden Scherspannungen an dieser Grenzfläche führen zu einer Trennung der Schichten voneinander. Im vorliegenden Beispiel wird davon ausgegangen, dass das Abschrecken der Probe an Luft hierfür wichtig ist. Sie führt dazu, dass sich der Verbundwerkstoff in einem kurzen Zeitraum stark abkühlt. Hierdurch treten zum einen durch die stark unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Aluminiumwerkstoffs und des Stahls starke Schubspannungen auf. Gleichzeitig wird durch die kurze Zeitdauer des Abschreckens verhindert, dass sich die Spannungen z. B. durch eine Verformung des Verbundwerkstoffs, die nicht zu dessen Auftrennen führt, abbauen.
-
Insbesondere hat sich bei einem Anlassen von AlSn20CuMn auf Stahl bei 480°C und Anlassdauern von 14 Stunden, 3 Stunden, 1 Stunde, 30 Minuten, 20 Minuten und 10 Minuten mit sich daran anschließendem Abschrecken auf einen metallischen Untergrund eine gute Wärmeabfuhr und hohe Abkühlraten sowie eine Trennung der Aluminiumschicht vom Stahlrücken ergeben.
-
Hingegen war eine Anlassdauer von 5 Minuten bei 480°C und anschließendes Abschrecken für ein Trennen nicht ausreichend.
-
Im Vergleich dazu wurden Studien an einem AlPb6SiSn-Material, das auf einen Stahlrücken aufgebracht wurde, ausgeführt. Hierbei wurde eine Rolle aus diesem Verbundwerkstoff, welche eine Breite von 196,9 mm, eine Gesamtdicke von 2,77 mm und eine Dicke des Stahls von 2,02 mm aufwies, in einer Sinterlinie bei 552°C angelassen. Da diese Temperatur nicht zu einem Trennen der Werkstoffe voneinander führte, wurde ein weiterer Versuch bei 566°C durchgeführt, der auch nicht zu einem Trennen geführt hat. Hierbei wurde in beiden Fällen keine Vorheizung eingesetzt, und das Anlassen fand in einer Stickstoffatmosphäre statt. Die Linie lief mit 1 m/min Geschwindigkeit, bei einer Länge von 21 m.
-
Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen der derart behandelten Proben haben gezeigt, dass sich an der Grenzfläche zwischen dem Stahlrücken und dem Aluminiumwerkstoff eine Schicht aus intermetallischen Verbindungen gebildet hat. Unter anderem wies diese Schicht Zinn auf. Der Aluminiumwerkstoff hatte eine hohe Porosität aufgrund der Diffusion von Zinnatomen aus der Aluminiummatrix zur Stahl/Aluminium Grenzfläche. Dies wurde aus den lichtmikroskopischen Aufnahmen ersichtlich.
-
Es wurden weitere Proben des gleichen Verbundwerkstoffs (AlPb6SiSn auf Stahl) getestet. Sie wurden jeweils 30 Minuten lang bei 510°C und 550°C angelassen. In beiden Fällen trat auch bei Biegen des Verbundwerkstoffs um 45° keine Trennung der Schichten auf. Unter dem Lichtmikroskop war zu erkennen, dass sich auch hier eine Grenzflächenschicht aus einer intermetallischen Sprödphase, die diesmal Risse aufwies, gebildet hat.
-
Aus diesen Studien wurde geschlossen, dass es zum Trennen der Werkstoffe nicht allein darauf ankommt, dass sich eine Sprödphase mit einer höheren Sprödigkeit bildet. Zusätzlich ist es auch wichtig, hinreichend hohe Schubspannungen aufzubringen, um den Verbundwerkstoff entlang der Sprödphase aufzutrennen. Auch war vergleichsweise wenig Zinn in der Sprödphase vorhanden, wie EDX-Scans gezeigt haben. Dieses kann sich auch nachteilig auf das Trennverhalten ausgewirkt haben.
-
Um das Trennverhalten zu den mikroskopischen Veränderungen im Gefüge des Verbundwerkstoffs in Beziehung zu setzen wurde in einem weiteren Testverfahren der Werkstoff AlSn10SiCuCr + Stahl auf sein Trennverhalten beim Anlassen getestet. Die mikroskopische Struktur des sich durch Anlassen ergebenden Werkstoffs wurde elektronenmikroskopisch und über EDX untersucht.
-
So wurde AlSn10SiCuCr + Stahl 8 Stunden lang bei 300°C angelassen. Wie aus 1a zu erkennen ist, hat sich keine Sprödphase in der Form von intermetallischen Verbindungen zwischen dem Stahlrücken 10 und der Aluminiumschicht 12 gebildet. Gleiches trat auch, wie in 1b gezeigt, auf, wenn der gleiche Werkstoff 4 Stunden lang bei 400°C angelassen wurde.
-
Auch bildet sich, wie in 2a zu sehen ist, keine Sprödphase 14 zwischen dem Stahlrücken 10 und der Aluminiumschicht 12 bei Anlassen des AlSn10SiCuCr + Stahl auf 475°C für 4 Minuten und sich daran anschließendes Abschrecken aus. Im Gegensatz dazu hat sich bei dem gleichen Verbundwerkstoff, der 6 Minuten lang bei 510°C angelassen und danach abgeschreckt wurde, eine deutlich sichtbare Sprödphase 14 (siehe 2b) gebildet. Die Werkstoffe, die an diese Phase angrenzen, ließen sich nicht durch mechanische Einwirkung wie z. B. Verbiegen oder Bearbeiten mit einem Hammer trennen.
-
Die in 3a und b gezeigten Werkstoffe sind vielversprechender. 3a zeigt AlSn10SiCuCr + Stahl, das 23 Minuten lang bei 538°C angelassen und anschließend an Luft abgeschreckt wurde. Eine relativ dicke Sprödphase 14 ist deutlich zwischen dem Stahlrücken 10 und der Aluminiumschicht 12 zu erkennen. Diese Probe war durch einfache mechanische Einwirkung, d. h. Hammerschläge bzw. Biegung der Probe um 90° in Längsrichtung des Bandes mit der Aluminiumseite nach oben, trennbar.
-
Im Gegensatz dazu zeigt der gleiche Verbundwerkstoff, der in 3b gezeigt wird, aber zwei Minuten lang bei 555°C angelassen wurde, eine deutlich sichtbare Sprödphase 14. Trotz ihrer Sprödigkeit ließ sie sich durch einwirken mit einem Hammer nicht trennen. Als Grund hierfür wird angenommen, dass das Einwirken durch einen Hammer dazu führen kann, dass das Material der Sprödphase kompaktiert wird. Diese Kompaktierung wirkt einer Auftrennung des Verbundwerkstoffs entgegen, weshalb dieses Ergebnis den oben beschriebenen Ergebnissen nicht widerspricht.
-
In 4a und b sind weitere Analyseergebnisse des in 3a gezeigten Materials dargestellt. Bei 4a, die eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Bruchfläche des Materials der 3a zeigt, wird deutlich, dass signifikante Mengen von Zinn an der Bruchfläche vorhanden sind. Es kommen aber keine Ausfällungen von Zinn an der Bruchfläche vor. Das Zinn ist auch in 4b, einer elektronenmikroskopischen Aufnahme der gleichen Fläche, deutlich in den hellen Flecken auf beiden Seiten der Sprödphase zu erkennen.
-
5 zeigt ein weiteres Beispiel einer elektronenmikroskopischen Aufnahme (5a) der Probe der 3a und auch ein EDX-Spektrum des gleichen Materials (5b). Hieraus kann man erkennen, dass sich Zinn an der Bruchfläche befindet.
-
5a zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme der Probe der 3b. 6b zeigt ein EDX-Spektrum der Grenzfläche des gleichen Materials. Auch hier ist deutlich zu erkennen, dass Zinn an der Bruchfläche (soweit vorhanden) zwischen den beiden Metallen vorliegt. Deshalb ist es plausibel, dass Zinn das Trennen fördert.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 4142107 A1 [0003]
- WO 95/26826 [0005]
