DE10254084A1

DE10254084A1 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials umfassend einen Kern aus Magnesium

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Publication number: DE10254084A1
Application number: DE10254084A
Authority: DE
Inventors: Horst Dr. Friedrich; Stefan Langenfeld; Klaus Dr. Dröder; Florian Moll; Ulrich Bayer; Horst Dr. Müller; Jürgen Schmidt; Gunter Prof. Dr. Lehmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-03
Also published as: FR2847186A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials, umfassend wenigstens einen Kern aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung und wenigstens eine Oberflächenschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, bei dem das auf den Kern (10) aufgebrachte Material der Oberflächenschicht (11) gemeinsam mit dem Kern erwärmt und unmittelbar im Anschluss daran Kern und darauf aufgebrachte Oberflächenschicht gemeinsam umgeformt werden unter Reduzierung der Materialstärke bei gleichzeitiger Herstellung des Verbunds. Vorzugsweise wird dabei eine Folie oder ein Blech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf den Kern (10) aufgewalzt. Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einem Verbundmaterial mit hoher Haftfestigkeit zwischen dem Magnesiumkern und dem vorzugsweise aufgewalzten Aluminium. Die Korrosionsbeständigkeit der Oberflächenschicht ist wesentlich höher als die des Grundwerkstoffs (Kern). Die mechanischen Eigenschaften des Magnesiumkerns werden dabei durch die Art und Weise der Aufbringung der Oberflächenschicht nicht negativ beeinflusst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials umfassend wenigstens einen Kern aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung und wenigstens eine Oberflächenschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, bei dem man wenigstens den Kern zunächst auf eine erhöhte Temperatur etwa im Bereich der Umformtemperatur erwärmt und bei dem in wenigstens einem späteren Arbeitsschritt die Aufbringung der wenigstens einen Oberflächenschicht unter Herstellung eines festen Verbunds mit der Kernschicht erfolgt.
Aus dem japanischen Patent Abstract Nr. JP 6114574 , veröffentlicht am 26.04.1994 ist ein Verfahren der zuvor genannten Art bekannt, bei dem ein Kernmaterial aus einer Magnesiumlegierung mit einem Aluminiummaterial plattiert wird. Dabei wird das Kernmaterial auf eine erhöhte Temperatur gebracht, die bei etwa 450 C° und unterhalb der Schmelztemperatur liegt, um an den Oberflächen des Kernmaterials Magnesiumoxid zu bilden. Dieses Magnesiumoxid an den Oberflächen wird danach entfernt durch einen Waschvorgang mit Hilfe einer alkalischen Lösung. Anschließend wird dann auf die so gereinigte Oberfläche reines Aluminium oder eine Aluminiumlegierung durch Warmwalzen aufgebracht. Das Problem bei diesem vorbekannten Verfahren liegt darin, dass das Magnesiumkernmaterial zunächst durch einen nasschemischen Prozess von der den Aufwalzprozess störenden Oxidhaut befreit werden muss. Dies setzt das Vorhandensein einer Beizstrecke voraus, die sich nur schwer in eine Walzanlage integrieren lässt. Zudem ist damit zu rechnen, dass sich bei dem alkalischen Beizen gasförmige Verbindungen bilden, die den sich unmittelbar anschließenden Aufwalzprozess negativ beeinflussen. Außerdem wird durch den Reinigungsprozess mit der alkalischen Lösung die Oberfläche des Magnesiummaterials zwischenzeitlich abgekühlt, so dass das Material für den anschließenden Walzvorgang wieder erwärmt werden muss. Bei diesem bekannten Verfahren geht es nicht in erster Linie um eine Umformung des Kernmaterials. Vielmehr wird ein bereits vorliegendes Kernmaterial aus Magnesium durch ein Aluminiumblech oberflächenveredelt.
Das japanische Patent Abstract JP 6328270 , veröfentlicht am 29.11.1994 beschreibt ein Verfahren, bei dem auf ein Kernmaterial aus einer Magnesiumlegierung ein Oberflächenmaterial aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung in einem Strangpressverfahren bei erhöhter Temperatur aufgebracht wird.
Die PCT-Anmeldung WO 02/40210 A2 beschreibt ein Verfahren, bei dem auf ein Kernmaterial aus einer ersten Aluminiumlegierung ein Oberflächenmaterial aus einer zweiten Aluminiumlegierung aufgewalzt wird, wobei die Zusammensetzungen der verschiedenen Aluminiumiegierungen unterschiedlich sind ebenso wie die Materialstärken und wobei das Kernmaterial eine andere Härte aufweist als das Oberflächenmaterial. Die erste Aluminiumlegierung kann Magnesium enthalten, jedoch nur in geringem Umfang von weniger als einem Prozent. Diese Druckschrift gibt dem Fachmann keine Anregung für die Aufbringung von Aluminiumschichten auf Kernmaterial aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen, die überwiegend Magnesium enthalten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials umfassend wenigstens einen Kern aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung und wenigstens eine Oberflächenschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zur Verfügung zu stellen, welches gegenüber Magnesium und Magnesiumlegierungen, soweit bislang aus dem Stand der Technik bekannt, verbesserte mechanische und chemische Eigenschaften aufweist.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß erfolgt die Aufbringung des die wenigstens eine Oberflächenschicht bildenden Materials auf das Kernmaterial quasi gleichzeitig mit einer Umformung auch der Kernschicht unter Reduzierung der Materialstärke. Es wird also der Verbund hergestellt in einem Umformprozess sowohl des Kernmaterials als auch des Oberflächenmaterials. Diese Vorgehensweise unterscheidet sich von dem eingangs genannten Verfahren, bei dem zunächst die Oberfläche eines im Prinzip bereits fertig vorliegenden zuvor auf eine bestimmte Materialstärke gebrachten Kernmaterials nasschemisch behandelt und dann oberflächenveredelt wird.

Vorzugsweise umfasst in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Umformung des Verbundmaterials wenigstens einen Walzschritt. Es handelt sich also vorzugsweise um ein Walzverfahren, bei dem man beispielsweise eine Folie oder ein Blech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf einen Kern aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung aufwalzt. Dabei wird auch der Kern umgeformt, vorzugsweise durch Walzen zur Erzielung einer reduzierten Materialstärke in einem mehrstufigen Walzverfahren. Bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Aufwalzen einer Folie oder eines Blechs aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf das Kernmaterial im letzten Walzstich erfolgen.

Es ist bekannt, dass Magnesium und Magnesiumlegierungen auf Grund ihrer Position in der elektrochemischen Spannungsreihe eine hohe Korrosionsneigung aufweisen. Um diese Werkstoffgruppe immer besser für technische Anwendungen zugänglich zu machen, werden seit Jahrzehnten Anstrengungen zur Entwicklung von Korrosionsschutzschichten unternommen.

Diese Anstrengungen konzentrieren sich vor allem auf die Verfahren der nachträglichen Oberflächenbehandlung von Bauteilen, die nach Gießprozessen oder spanenden Bearbeitungsverfahren an fertigen Bauteilen stattfinden. Auf diesen Gebieten etablierten sich sowohl chemische, elektrochemische als auch physikalische Technologien.

Die chemischen und die Mehrzahl der elektrochemischen Verfahren sind dadurch gekennzeichnet, dass diese über die Umwandlung und/oder Modifizierung der unter atmosphärischen Bedingungen vorliegenden Oberflächenzusammensetzung von Magnesiumlegierungen einen höheren Korrosionsschutz erzielen.

Dabei werden zum Beispiel die oxidischen, hydroxidischen und carbonathaltigen Bestandteile der Oberfläche mit weiteren anorganischen und/oder organischen Verbindungen gezielt chemisch und strukturell verändert. Andere Verfahren nutzen die Prinzipien der künstlichen Verstärkung der oxidischen Oberflächenbestandteile durch die anodische Oxidation.

Aus der Sicht geringer Verfahrenskosten ist die Umwandlung (Konversion) der unter atmosphärischen Bedingungen vorhandenen Zusammensetzung von Magnesiumoberflächen zwar eine preisgünstige, aber oft nicht ausreichende Variante für den Korrosionsschutz.

Um die vielfältigen Anforderungen, die an die Oberflächen technischer Produkte aus Magnesiumlegierungen gestellt werden zu bewerten, ist eine ganzheitliche Betrachtungsweise unbedingt erforderlich. Diese muss sowohl die zu erwartenden mechanischen, als auch korrosiven Belastungskomponenten und deren Wechselwirkungen berücksichtigen. Besonders den aus der Automobilindustrie bekannten Schadensmechanismen, die vor dem Auftreten einer korrosiven Belastung zunächst meist eine mechanische Beschädigung der Oberfläche voraussetzen, wird in der Patentliteratur nur ungenügend Aufmerksamkeit geschenkt.

Magnesiumlegierungen, die sich zukünftig weite Anwendungsfelder im Karosseriebereich erschließen werden, bedürfen in jedem Fall einer Oberflächenbehandlung, die zu folgenden Eigenschaften führt:

1. Die Korrosionsfestigkeit der Oberfläche muss höher sein, als die des Grundwerkstoffs.
2. Adhäsionsfestigkeit der erfindungsgemäßen Oberflächenschicht auf dem Magnesiumgrundmaterial sollte gleich oder größer als die Adhäsionsfestigkeitswerte üblicher Deckschichten sein.
3. Hohe plastische Verformbarkeit der Oberflächenschicht aufgrund nachfolgender Umformschritte bei der Bauteilherstellung sowie aufgrund von Forderungen zur Schadenstoleranz.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verbundmaterial mit einem Kern aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen und mit einer Oberflächenschicht mit gegenüber dem jetzigen Stand deutlich verbesserten mechanischen und chemischen Eigenschaften zu entwickeln. Diese sollte insbesondere folgenden Anforderungen genügen:

1. Die plastische Verformbarkeit der erfindungsgemäßen Oberflächenschicht soll besser sein als die des Magnesiumgrundwerkstoffes und somit der Gefahr der Rissbildung von Magnesiumwerkstoffen bei Umformprozessen entgegenwirken.
2. Die Korrosionsbeständigkeit der erfindungsgemäßen Oberflächenschicht soll wesentlich höher sein als die des Grundwerkstoffs.
3. Die erfindungsgemäße Oberflächenschicht soll in der Lage sein, sowohl mit als auch ohne nachfolgende elektrische Tauchlackierbehandlung einen guten Haftgrund für weitere Lackschichten darzustellen.
4. Das Aufbringen der erfindungsgemäßen Oberflächenschicht soll aus Gründen der Wirtschaftlichkeit im Prozess der Halbzeugherstellung oder unmittelbar danach erfolgen.
5. Die erfindungsgemäße Oberflächenschicht soll in der Lage sein, auf verschiedenen Legierungszusammensetzungen von Magnesiumwerkstoffen aufgebracht zu werden und somit auch hoch korrosionsgefährdete Magnesiumlegierungen zu schützen.
6. Die Art und Weise des Aufbringens der erfindungsgemäßen Oberflächenschicht soll zu einer Nivellierung unterschiedlicher Rauheitswerte des Magnesiumgrundwerkstoffs führen.
7. Die Art und Weise des Aufbringens der erfindungsgemäßen Oberflächenschicht soll die mechanischen Eigenschaften des Magnesiumgrundwerkstoffes nicht negativ beeinflussen.
8. Die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Oberflächenschicht sollte so sein, dass die oberflächenbehandelten Bauteile im montierten Zustand ohne weiteres die bereits existierenden, für Mischbauweise im Automobilbau entwickelten Vorbehandlungsanlagen durchlaufen können und durch diese Prozesse einen weiteren Korrosionsschutz erfahren oder ihre ursprünglichen Korrosionseigenschaften beibehalten.
9. Die erfindungsgemäße Oberflächenschicht soll in der Lage sein, im Verbund Lacksystem / erfindungsgemäße Oberflächenschicht / Magnesiumgrundwerkstoff diesen vor mechanischen Beschädigungen wie kratzende, schleifende beziehungsweise Steinschlagbeanspruchung durch hohes plastisches Deformationsvermögen zu schützen und das Freilegen des Magnesiummaterials weitestgehend zu verhindern.
10. Die erfindungsgemäße Oberflächenschicht soll auch in der Lage sein, auf Einzelteilen aufgebracht zu werden, bei extrem hohen Anforderungen an den Korrosionsschutz mittels organischer und/oder anorganischer Verfahren behandelbar zu sein und je nach Verfahren als Stoffquelle für Selbstheilungseffekte zu fungieren.

Vorzugsweise wird geeignetes Ausgangsmaterial aus Magnesiumlegierungen auf die für Magnesiumlegierungen erforderlichen Umformtemperaturen von beispielsweise 250°C bis 400°C vorzugsweise möglichst schnell temperiert und dem erforderlichen Umformprozess wie zum Beispiel dem Walzen unterzogen. Dabei wird der Walzprozess vorzugsweise so gestaltet, dass der vor dem Erreichen der Endabmessungen erforderliche letzte Walzstich durch das Plattieren mit Al-Folie beziehungsweise Al-Blech ergänzt wird. Dies wird z. B. realisiert, indem jeweils zwischen der oberen und unteren Walze Al-Folie in den Walzspalt geführt wird und diese bei üblichen Walztemperaturen auf das Magnesiummaterial gewalzt (plattiert) wird. Dabei ist es bevorzugt, dass der Gesamtumformgrad zwischen 30 % und 60 beträgt. Die Walzung kann mit angewärmten (z. B. 100°C bis 180°C) oder mit kalten (RT) Walzen erfolgen. Die Walzgeschwindigkeit kann z. B. im Bereich zwischen 0,4 und 2 m/s liegen. Anschließend kann der so erzeugte Verbundwerkstoff an der Luft abkühlen.

Die zur Anwendung kommenden Foliendicken können z. B. im Bereich zwischen 10 um und 1,5 mm liegen. Bei einem Gesamtumformgrad von ca. 42 % verringert sich dabei die Dicke des Magnesiumausgangsmaterials als auch der Aluminiumfolie um ca. ein Drittel. Eine derartige Behandlung führt zu fest haftenden Aluminiumschichten auf Magnesium.

Vorzugsweise ist das auf den Kern aufgebrachte Material Aluminium oder eine Aluminiumlegierung mit einem Gehalt von wenigstens etwa 90 %, vorzugsweise wenigstens etwa 98 % Aluminium. Vorzugsweise handelt es sich um einen Aluminiumwerkstoff, bei dem das Aluminium mit Magnesium und/oder Silizium und/oder Mangan und/oder gegebenenfalls weiteren eine Lokalelementbildung verhindernden Elementen legiert ist. Eine besonders bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass man den Kern aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung mit einer Folie oder einem Blech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ummantelt. Dabei kann man das Kernmaterial, welches zum Beispiel ein Magnesiumblech ist, mit dem für die Oberflächenschicht vorgesehenen Material aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung allseitig einschließlich der Schnittkanten ummanteln, bevor der (weitere) Umformvorgang erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass das Kernmaterial auch im Bereich der Schnittkanten geschützt ist. Es wird also in diesem Fall allseitig ringsum eine Oberflächenschicht auf das Kernmaterial aufgebracht.

Eine Vorbehandlung des für den Kern vorgesehenen Materials und/oder des für die Oberflächenschicht vorgesehenen Materials vor der Herstellung des Verbunds kann sinnvoll sein, wobei beispielsweise ein Schritt erfolgt, in dem dieses Material entfettet wird. Außerdem kann es sinnvoll sein, bei der Vorbehandlung das für den Kern vorgesehene Material und/oder das für die Oberflächenschicht vorgesehene Material zu beizen. Die Vorbehandlung kann beispielsweise in einer wässrigen Lösung aus Glykolsäure und/oder Aluminiumnitrat erfolgen. Insbesondere ist eine solche Vorbehandlung des Kernmaterials sinnvoll, bevor der Umformprozess zur Herstellung des Verbundmaterials erfolgt.

Eine Variante der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 18. Die US Patentschrift US 6,450,396 B1 beschreibt ein Verfahren zur Verbindung von Magnesiumblechen und Aluminiumblechen in einem sogenannten Innenhochdruckverfahren. Bei diesem bekannten Verfahren werden die Bleche durch Beaufschlagen einer Form mit einem Druckgas verformt. Nachteilig ist dabei, dass das Aufbringen von Aluminium bei derart komplizierten Bauteilgeometrien immer zu Zonen am Bauteil führt, die unterschiedliche Verformungsgrade aufweisen. Dies bedeutet, dass die Verbundfestigkeit zwischen der Aluminiumauflage und dem Magnesiumkern unterschiedlich ausgeprägt sein wird und dadurch im späteren Einsatz dieser Teile eine hohe Delaminierungsgefahr besteht.

Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der vorgenannten Variante ist es daher, ein Verbundmaterial der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem ein optimaler Verformungsgrad über den gesamten Querschnitt eingehalten wird, der zu einer hohen Verbundfestigkeit führt.

Bei beiden Varianten der erfindungsgemäßen Verfahren werden folgende technische Vorteile angestrebt:

1. Die kurzen Zeitabläufe zwischen der Erwärmung der Bleche und der Aufbringung der Oberflächenschicht bewirken, dass keine die spätere Verbundfestigkeit destabilisierende Magnesiumoxidschicht entsteht.
2. Durch die Vermeidung des mechanischen Kontakts zwischen den üblicherweise aus Stahl bestehenden Walzen beim Walzverfahren und dem Magnesiumkernwerkstoff findet kein Stoffübergang von Fe-Partikeln beziehungsweise Walzhilfsmitteln in den Mg-Werkstoff statt. Dies hätte anderenfalls eine wesentliche Verschlechterung des Korrosionsverhaltens des Mg-Kernwerkstoffs zur Folge, da Fe zur Lokalelementbildung führt.
3. Andererseits ist es aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung auch möglich weniger korrosionsfeste Mg-Legierungen als Ausgangsmaterial für den Kern zu verwenden, da durch die Al-Plattierung ein Außenkontakt des Mg-Kerns im späteren Einsatz unterbunden wird, insbesondere wenn die Oberflächenschicht den Kern allseitig umgibt.
4. Die bei späteren Umformvorgängen dieses Verbundwerkstoffs entstehenden Zugspannungen können prinzipiell zu Anrissen in oberflächennahen Zonen führen. Diese Risse werden durch die Rissauffangfähigkeit des duktilen Aluminiums, welches die Oberflächenschicht bildet, unterbunden.
5. Ein weiterer Vorteil der eingangs genannten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch die beim Plattieren gegebene Möglichkeit des Herumlegens von Aluminiumblech beziehungsweise -folie um die Kanten des Magnesium-Grundwerkstoffs im späteren Einsatz keine Schnittkantenkorrosion auftritt.

Die in Anspruch 18 genannte Verfahrensvariante sieht vor, dass die Aufbringung der wenigstens einen Oberflächenschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf den Kern wenigstens einen Arbeitsschritt umfasst, bei dem ein Gesenkschmieden des Kernmaterials und/oder des Verbundmaterials erfolgt. Vorzugsweise erfolgt das Gesenkschmieden mit einem mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgekleideten und vorzugsweise temperierten Gesenk, wobei sich die Aluminiumschicht aus dem Gesenk löst und auf den Kern aufgebracht wird.

Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der beiden vorgenannten erfindungemäßen Verfahren.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Abbildung näher beschrieben.

Dabei zeigt 1 ein mit einer Aluminiumfolie plattiertes Magnesiumblech im Schnitt.

Beispiel 1

Ein Magnesiumblech der Legierung AZ 31 (Ausgangsdicke 1,3 mm) wird mit Al-Folie Al 99,5 der Dicke von 50 μm ummantelt und gemeinsam auf eine Temperatur von 400°C gebracht. Bei einer Walzgeschwindigkeit von 24 m/min. und einem Gesamtumformgrad des Paketes von 43 % wird die Al-Folie fest mit der Magnesiumlegierung verbunden.

[Druckscherfestigkeit > 25 MPa (Adhäsionsbruch)].

Die Vorbehandlung beider Verbundpartner erfolgt durch eine alkalische Entfettung sowie Beizen der Magnesiumlegierung in einer wässrigen Lösung aus Glykolsäure und Aluminiumnitrat.

Beispiel 2

Ein Magnesiumblech der Legierung ZE 10 (Ausgangsdicke 1,3 mm) wird mit Al-Folie Al 99 der Dicke von 15 μm ummantelt und gemeinsam auf eine Temperatur von 410°C gebracht. Bei einer Walzgeschwindigkeit von 24 m/min und einem Gesamtumformgrad des Paketes von 43 % wird die Al-Folie fest mit der Magnesiumlegierung verbunden.

In 1 ist ein Ausschnitt aus einem nach dem vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundmaterial im Schnitt dargestellt. Der Kern des Verbundmaterials besteht aus einem Magnesiumblech der Legierung AZ 31 und ist in 1 mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Dieser Kern wurde plattiert mit einer Aluminiumfolie, die eine Oberflächenschicht 11 des Verbundmaterials bildet. Die Materialstärke dieser Oberflächenschicht 11 aus Aluminium beträgt nach der Umformung durch Walzen unter Reduzierung der Materialstärke und Herstellung des Verbunds in etwa zwischen 24 μm und 26 μm. Die mittels Druckscherversuch ermittelten Haftfestigkeitswerte lagen im Bereich zwischen 15 und > 30 MPa. In dem Querschliff (1) ist zu erkennen, dass es zu keiner Spaltbildung zwischen dem Magnesiumsubstrat und dem aufgewalzten Aluminium kam.

Die gute Haftung ist darauf zurückzuführen, dass sich das relativ weiche Aluminium in die durch die vorangegangenen Walzschritte erzeugte und unregelmäßig strukturierte Oberfläche das Magnesium hineindrückt. Dieser Effekt ist um so wirkungsvoller, je größer der Härteunterschied zwischen dem Aluminium und dem Magnesium ist. Im vorliegenden Fall wurde die bei Raumtemperatur ermittelte Härte des Magnesiums vom Legierungstyp AZ 31 mit 57 HB und die des Aluminiums mit 30 HB bestimmt. Des weiteren kann davon ausgegangen werden, dass die beim Walzen kurzzeitig auftretenden hohen Umformdrücke große Reibmomente an der Grenzfläche Aluminium/Magnesium initiieren und es dadurch in mikroskopischen Bereichen zum Auftreten oxidischer Strukturen und zum Plattienrerbund der neuen Werkstoffoberflächen kommt. Daraus resultieren sowohl Kaltverschweißungen als auch Diffusionseffekte, die zu relativ hohen Haftfestigkeitswerten führen.

Durch die Variationsbreite bei der Auswahl des Aluminiummaterials hinsichtlich Dicke, Festigkeitszustand und Art der Legierung können eine ganze Reihe technischer Anwendungen für dieses Material realisiert werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials umfassend wenigstens einen Kern aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung und wenigstens eine Oberflächenschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, bei dem man wenigstens den Kern zunächst auf eine erhöhte Temperatur etwa im Bereich der Umformtemperatur erwärmt und bei dem in wenigstens einem späteren Arbeitsschritt die Aufbringung der wenigstens einen Oberflächenschicht unter Herstellung eines festen Verbunds mit der Kernschicht erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das auf den Kern (10) aufgebrachte Material der Oberflächenschicht (11) gemeinsam mit dem Kern erwärmt und unmittelbar im Anschluss daran Kern und darauf aufgebrachte Oberflächenschicht gemeinsam umgeformt werden unter Reduzierung der Materialstärke bei gleichzeitiger Herstellung des Verbunds.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung des Verbundmaterials wenigstens einen Walzschritt umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Folie oder ein Blech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf den Kern (10) aufwalzt.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (10) umgeformt wird durch Walzen zur Erzielung einer reduzierten Materialstärke in einem mehrstufigen Walzverfahren, wobei das Aufwalzen einer Folie oder eines Blechs aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf das Kernmaterial im letzten Walzstich erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man das Material des Kerns aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung und/oder das Material der Oberflächenschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zunächst auf eine Umformtemperatur im Bereich von zwischen etwa 250 C° und etwa 400 C° erwärmt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man das Material des Kerns und/oder der wenigstens einen Oberflächenschicht möglichst rasch auf die für die Umformung erforderliche erhöhte Temperatur erwärmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufwalzen der Folie oder des Blechs aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung der Gesamtumformgrad im Bereich von zwischen etwa 30 % und etwa 60 % liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Walzschritt mit Walzen erfolgt, die in etwa Raumtemperatur aufweisen und/oder wenigstens ein Walzschritt mit angewärmten Walzen erfolgt, die vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich zwischen etwa 100°C und etwa 180°C erwärmt wurden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzgeschwindigkeit etwa im Bereich zwischen 0,4 m/sek. und etwa 2 m/sek. liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstärke des aufgewalzten Materials aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung im Bereich zwischen etwa 10 μm und etwa 1,5 mm liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das auf das Substrat aufgebrachte Material Aluminium oder eine Aluminiumlegierung mit einem Gehalt von wenigstens etwa 90 %, vorzugsweise wenigstens etwa 98 % Aluminium ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Substrat ein Material aus einem Aluminiumwerkstoff aufgebracht wird, bei dem das Aluminium mit Magnesium und/oder Silizium und/oder Mangan und/oder gegebenenfalls weiteren eine Lokalelementbildung verhindernden Elementen legiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man den Kern aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung mit einer Folie oder einem Blech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ummantelt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial ein Magnesiumblech ist, welches mit dem für die Oberflächenschicht vorgesehenen Material aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung allseitig einschließlich der Schnittkanten ummantelt wird, bevor der (weitere) Umformvorgang erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man das für den Kern vorgesehene Material und/oder das für die Oberflächenschicht vorgesehene Material vor der Herstellung des Verbunds entfettet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass man das für den Kern vorgesehene Material und/oder das für die Oberflächenschicht vorgesehene Material durch Beizen vorbehandelt.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass man das für den Kern vorgesehene Material in einer wässrigen Lösung aus Glykolsäure und/oder Aluminiumnitrat vorbehandelt, bevor der Umformprozess zur Herstellung des Verbundmaterials erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbringung der wenigstens einen Oberflächenschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf den Kern wenigstens einen Arbeitsschritt umfasst, bei dem ein Gesenkschmieden des Kernmaterials und/oder des Verbundmaterials erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesenkschmieden mit einem mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgekleideten und vorzugsweise temperierten Gesenk erfolgt, wobei sich die Aluminiumschicht aus dem Gesenk löst und auf den Kern aufgebracht wird.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials nach Anspruch 18 oder 19, gekennzeichnet durch wenigstens eines der in den Ansprüchen 2 bis 17 genannten Verfahrensmerkmale.