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Verfahren zum Herstellen von mindestens zweischichtigem, ebenem Verbundmetall
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von mindestens zweischichtigem,
ebenem Verbundmetall, bei dem die Plattierungsflächen der Metalle von als Sperrhäute
wirkenden Schichten durch Erhitzen gereinigt werden und die Metalle unter Aufrechterhalten
dieses Zustandes der Plattierungsflächen durch Warmverformen bei einer Temperatur
miteinander verbunden werden, die zwischen der Rekristallisationstemperatur des
Metalls mit der niedrigsten Rekristallisationstemperatur und der Warmzerreißtemperatur
des Metalls mit der niedrigsten Warmzerreißtemperatur bzw. der Temperatur liegt,
bei der sich zwischen den Plattierungsflächen flüssige Phase oder schädliche, metallische
Zwischenverbindungen bilden, wobei jeweils die niedrigere der beiden zuletzt genannten
Temperaturen angewendet wird.
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Bei der Herstellung von kupferplattierten Stahlblechen für den Behälterbau
war es bekannt, die Stahloberfläche vor dem Verbinden von allen Zunder-und Walhäuten
durch Sandstrahlen, Bürsten oder Beizen zu befreien und auch bei der Kupferauflage
eine metallisch reine Oberfläche herzustellen. Der Verbund der gereinigten Plattierungsflächen
erfolgte bei erwärmten Partnern durch Walzen, d. h. in Art einer Preßschweißung.
Zwar konnte gegebenenfalls das Verbundmetall durch Kaltwalzen noch auf eine geringere
Stärke gebracht werden, doch wurde hierdurch der Verbund nicht mehr verbessert,
der also bereits durch das Warmwalzen in seiner endgültigen Güte hergestellt war.
Dies war der Grund, warum dieser Warmwalzvorgang üblicherweise mit einer hohen,
vielfach maximalen Reduktion der Partner durchgeführt wurde, in der Meinung, hierdurch
den besten Verbund zu erreichen (»Kupfer-Plattierungen, Werkstoffe für den Fortschritt«,
Copyright 1942, Broschüre des Deutschen Kupferinstitutes, E. V., S.15).
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Außerdem war ganz allgemein schon die Notwendigkeit bekannt, bei der
Herstellung von Verbundmetall die Plattierungsflächen zu säubern und diesen Zustand
bis zum Verbinden aufrechtzuerhalten. Auch die Temperaturen für die verschiedenen
Arten der Herstellung eines Verbunds waren bereits bekannt. Während unterhalb der
Rekristallisationstemperatur der Oberfläche der Partner ein Eintreten einer Bindung
zweifelhaft erschien, war es bekannt, daß bei Temperaturen oberhalb der Rekristallisationstemperatur
des Kristallinnern eine Bindung zu erwarten war, die derjenigen zwischen den Körnern
eines entsprechend rekristallisierten Vielkristalls entsprach. Wenn dann die Temperatur
weiter gesteigert und der Schmelzpunkt überschritten wurde, so wurde festgestellt,
daß die Art der Vereinigung in die Form der Angliederung der einzelnen Atome überging.
Die Plattierungstemperaturen lagen dabei im allgemeinen wesentlich höher als die
Rekristallisationstemperaturen. Ferner wurde dabei schon erkannt, daß zwischenmetallische
Verbindungen zwischen den Plattierungsflächen im allgemeinen spröde sind und daher
vermieden werden sollen. Es wurde daher versucht, die Bindung bei einer Temperatur
herzustellen, bei der noch keine Diffusion technischen Ausmaßes und damit keine
nennenswerte Bildung neuer Phasen eintrat.
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Das bedeutungsvollste der bekannten Plattierverfahren bestand in der
Verbindung zweier Metalle im festen Zustand durch Walzplattierung. Die Partner wurden
bei Vereinigungstemperatur durch eine Walze unter meist kräftigem Druck und damit
kräftiger Verformung zur Vereinigung gebracht. Die Abwalung sorgte gleichzeitig
für die erforderliche Annäherung und für eine gegenüber Verunreinigungen und Häuten
günstige
Vergrößerung der Grenzfläche. Auch hier war der Fachmann der Ansicht, daß durch
eine entsprechende Verformung ein entsprechend günstiger Verbund zustande käme.
Die Verfahren wurden ferner in der Weise durchgeführt, daß der einmal durch Warmwalzen
erreichte Verbund später nicht noch verbessert werden mußte (Enge 1 h a r d , Plattierung,
in »Die Technik«, 9.9.1948, S. 382 bis 384).
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das eingangs erwähnte
Verfahren in der Weise zu verbessern, daß die Verformung mit einem verhältnismäßig
niedrigem Verformungsgrad durchgeführt werden kann, und das Verfahren so auszugestalten,
daß im endgültigen Verbundmetall ein guter Verbund vorhanden ist. Diese Aufgabe
wird gemäß der Erfindung nach dem eingangs erwähnten Verfahren dadurch gelöst, daß
die Metalle auch bei Erwärmen nur eines Metalls durch die Verformung nur mit geringer,
für die nachfolgende Behandlung jedoch ausreichender Haftfestigkeit stellenweise
verbunden werden und daß anschließend die verformten Metalle durch Wärmebehandeln
ohne Bildung flüssiger Phase oder schädlicher, metallischer Zwischenverbindungen
unter Vergrößerung der stellenweisen Verbindungen fest aneinander gebunden werden.
Hierdurch ist es also möglich, mit einer verhältnismäßig niedrigen Verformung die
Plattierungspartner lediglich vorläufig zu verbinden und diese Verbindung dann durch
Wärmebehandeln auf den endgültigen Gütegrad zu bringen.
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In der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
Es zeigt F i g. 1 einen Teilquerschnitt eines Verbundmetalls mit Kernbindungen in
stark vergrößertem Maßstab, F i g. 2 eine Draufsicht auf F i g.1, F i g. 3 einen
Querschnitt ähnlich F i g.1, in der das Endprodukt nach dem Wärmebehandeln dargestellt
ist, F i g. 4 eine graphische Darstellung mit Kurven, die die Beziehung der Verbundgüte
zum Prozentsatz der Verformung bei verschiedenen Temperaturen darlegen, F i g. 5,
6 und 7 Kurvendiagramme, auf denen Kennlinien eingezeichnet sind, die die Beziehung
zwischen Verbundtemperatur und minimaler Reduktion bei verschiedenen Verbundmetallen
darlegen.
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Zuerst sollen an Hand der F i g. 1 bis 3 das erfindungsgemäße Verfahren
und einige bei der Definierung der Erfindung benutzte Begriffe des näheren erläutert
werden.
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Es wird angenommen, daß eine metallische Verbindung durch das interatomare,
die Metallatome umgebende Kräftefeld entsteht. Bei der ursprünglichen atomaren oder
Kernbindung ist die Verbindung nicht zusammenhängend über die ganze Plattierungsfläche,
sondern besteht aus zahlreichen getrennten Bindungsstellen, die sich über die Plattierungsfläche
in beliebiger Weise verteilen können. Dies zeigen die F i g.1 und 2, wo stark vergrößert
ein Querschnitt und eine Draufsicht auf diese mittels Kernbindung gebundenen Partner
schematisch dargestellt sind. Aus diesen Figuren ist ersichtlich, daß Kernstellen
bei 43 zwischen noch nicht verbundenen Räumen 45 bestehen, deren Dicke außerordentlich
klein ist. Diese Verteilung der Verbindungen ergibt sich daraus, daß vom atomaren
Gesichtspunkt aus die Oberfläche der Metalle ziemlich rauh ist und daß diese Flächen
beim Zusammendrücken nur an einzelnen getrennten, hohen Punkten oder Flächen und
nicht über die ganze Fläche in Berührung kommen. Ohne Zweifel ist eine gewisse,
plastische Verformung und Abflachung der hohen Punkte bei Druck vorhanden. Wenn
die Druckverbindung zwischen abgeflachten, höhen Punkten der Plattierungsflächen
so ist, daß sich die Metallatome einander innerhalb des Bereiches mehrerer atomarer
Abstände nähern, dann wird durch die interatomare Kraft der Anziehung eine Bindung
die Folge sein.
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Da ferner die Verformung bei erhöhter Temperatur stattfindet, entsteht
eine gewisse Vergrößerung der Plattierungsfläche durch die größere atomare Beweglichkeit
bei dieser Temperatur. Es muß betont werden, daß angenommen wird, daß die Plattierungsflächen
der Metalle genügend rein und frei von Verunreinigungen, wie Asche und kohlenhantigen
Substanzen, sind, die durch die Zersetzung von organischem Material entstehen können,
so daß also eine wirkliche- Berührung Metall auf Metall über eine genügend große
Fläche entstehen kann.
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Ferner wird darauf hingewiesen, daß brüchige Oberflächenhäute, z.
B. gewisse Oxydhäute, die unter der Verformung platzen und dadurch Metalloberflächen
freigeben, nicht notwendigerweise Verunreinigungen sind, die eine Bindung verhindern.
Bei der Verformung unter erhöhter Temperatur ergibt sich durch die Reduktion der
Metalle eine ausgedehnte Zunähme der Plattierungsfläche, und es wird angenommen,
daß diese Flächenvergrößerung oder Flächenstreckung ein wichtiger Faktor für den
Erfolg des Verfahrens ist, weil dadurch die relativ brüchigen Oxydhäute auseinandergerissen
werden können und unberührte Metalloberflächen, die für die Verbindung besonders
geeignet sind, freigelegt werden und weil ferner dadurch Scherbeanspruchungen und
andere Kräfte entstehen, die die Bildung von Kernbindungen unterstützen. Es wird
angenommen, daß in einzelnen Fällen die anschließende Wärmebehandlung noch restliche,
an der Plattierungsfläche vorhandene Oxydassoziationsprodukte in das andere Metall
hinüberdiffundieren läßt.
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Es soll nun des näheren erklärt werden, was unter Wärmebehandeln verstanden
wird.
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Das zusammengesetzte, kernverbundene Material wird erwärmt, um ein
Wachsen der Kernbindungen an den Plattierungsflächen zu erzielen und so die Gesamtfestigkeit
der Bindung zwischen den Metallpartnern zu erhöhen. Unter Wärmebehandeln soll dabei
das Erwärmen des kernverbundenen Materials auf eine solche Temperatur und für eine
solche Zeit verstanden werden, daß dieses Wachstum der Kernbindungen erreicht wird.
Es wird angenommen, daß durch das Wärmebehandeln eine Umwandlung des kerngebundenen
Materials in die F i g. 3 gezergte Form erzielt wird, aus der ersichtlich ist, daß
die bei 43a angedeuteten Plattierungsflächen an Größe zugenommen haben und daß der
bei 45a angedeutete, offene Raum an Größe abgenommen hat. Im Idealfall ist
dieser Raum ganz verschwunden, so daß eine vollkommene Bindung erreicht wird. Es
wird angenommen, daß die Erwärmungstemperatur ein Wachstum der Plattierungsflächen
bewirkt, weil die atomare Beweglichkeit vergrößert wird und im Einklang mit thermodynamischen
Gesetzen eine Wanderung der Atome in den offenen Raum an der Plattierungsfläche
hinein stattfindet, um so die freie Oberflächenenergie zu vermindern.
Das
Wärmebehandeln wird bei einer Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur
des Metalls mit der niedrigsten Rekristallisationstemperatur durchgeführt, jedoch
unterhalb der Temperatur, bei welcher zwischen den Plattierungsflächen brüchige,
intermetallische Verbindungen sich in spürbarem Umfang bilden.
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Die oben angegebenen Theorien können eine mögliche Erklärung für die
Wirkungsweise des Verfahrens gemäß der Erfindung sein, doch muß darauf hingewiesen
werden, daß keineswegs eine Festlegung auf diese Theorien erfolgen soll, da noch
andere Gründe für die Bindungs- und Wärmebehandlungsvorgänge möglich sind.
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Bei der Verwendung eines Walzgerüsts für die für die Erfindung notwendige
Warmverformung wurde festgestellt, daß für jede bestimmte Kombination von Metallen
eine bestimmte Beziehung zwischen der Temperatur und dem minimalen, für den Zweck
erforderlichen Verformungsgrad besteht. Diese Beziehung zeigt einmal, ob die Metalle
Kernbindungen eingegangen sind, und zum anderen, ob die Kernbindungen noch in eine
widerstandsfähige, dauernde Bindung übergeleitet werden können. Mit anderen Worten:
Es gibt für jede besondere Kombination von Metallen und für jede bestimmte Temperatur
einen minimalen Verformungsgrad, der beim Walzen zur Erzielung einer guten Bindung
notwendig ist.
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Bei den anderen Verformungsarten, wie Strangpressen, Drücken, Ziehen,
Stauchen usw., bestehen ähnliche Beziehungen.
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Das Walzen erzeugt Spannungen, die die Tendenz haben, die Kernbindung
in folgender Weise aufzureißen: Beim Walzen hat sogar bei einer einzelnen Blechtafel
der obere Teil des gewalzten Materials die Tendenz, sich an der Austrittsseite nach
oben und in ähnlicher Weise das untere Teil des gewalzten Materials sich nach unten
zu biegen. Diese Tendenz ist wohlbekannt und wird oft als Auseinanderklaffen bezeichnet.
Die Kernbindung, die durch Verformung und Druck entsteht, muß nun genügend stark
sein, um ihre Zerstörung durch diese Aufklaffkraft zu verhindern. Sie muß außerdem
so fest sein, daß das Band entsprechend weiterverarbeitet werden kann.
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Im allgemeinen ist der für eine genügend feste Kernbindung zur Vermeidung
des Aufklaffens notwendige Verformungsgrad um so größer, je größer die Dicke der
betreffenden Metalle und je größer ihre Kaltreckfähigkeit ist. Andererseits ist
die erforderliche Reduktion, um dieser Tendenz entgegenzuwirken, um so kleiner,
je besser die Schmierung und je größer die Spannung des Bandes ist.
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Bei anderen Verformungsverfahren können die Trennkräfte größer oder
kleiner sein, je nach den verwendeten Verformungsmitteln und den Plattierungspartnern.
Hierfür gelten ähnliche überlegungen.
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Im folgenden soll beschrieben werden, wie die Verbundgüte bei verschiedenen
Temperaturen festgestellt wird.
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Die Verbundgüte wurde wie folgt bezeichnet: unbrauchbar, schlecht,
befriedigend, gut und sehr gut. In der Praxis wird die Verbundgüte für ein Diagramm
dadurch bestimmt, daß das verbundene Material in einem Schraubstock festgeschraubt
wird und ein Band von seinem Partner mit Hilfe einer Zange von Hand abgezogen wird.
Um diese Prüfung zu erleichtern, werden die Bänder an ihren Enden vom Eingehen einer
Bindung dadurch abgehalten, daß eine Trennmasse zwischen die Enden der Bänder eingebracht
wird.
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Falls die Bänder bei der Weiterbearbeitung ohne weiteres auseinandergehen,
so wird die Bindung als unbrauchbar bezeichnet. Wenn die Bänder schon bei der Anwendung
einer geringen Kraft auseinandergehen, ist die Bindung schlecht. Wenn sie unter
einer mäßigen Kraft auseinandergezogen werden können, so ist die Bindung befriedigend.
Falls es ziemlich schwierig ist, die Bänder überhaupt von Hand auseinanderzubringen,
so ist die Bindung gut. Falls die Bänder überhaupt nicht auseinandergezogen werden
können oder nur mit größter Schwierigkeit, wobei eines der Metalle zerreißt, so
zeigt sich daraus, daß die Bindung so kräftig wie das Metall selbst ist, und die
Bindung ist dann sehr gut.
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Ein Versuch zur Bestimmung der minimalen Reduktion bei einer bestimmten
Verformungstemperatur, die zur Bildung einer guten Bindung notwendig ist, wird nunmehr
beschrieben. Bei einer bestimmten Kombination von Metallen und für eine bestimmte
Verbundtemperatur erhält man die Einzelangaben für ein Diagramm entsprechend F i
g. 4 wie folgt: Zuerst werden die Plattierungsfiächen der beiden Prüfbänder sehr
sorgfältig gereinigt, dann werden die Bänder übereinandergelegt und punktgeschweißt
oder sonstwie an einem Ende verbunden. Die Metallbänder werden dann in ein Rohr
gelegt, durch welches eine reduzierende Atmosphäre, z. B. disassoziiertes Ammoniak,
geblasen werden kann. Das die Bänder enthaltende Rohr wird dann in einen Ofen mit
Temperaturkontrolle eingebracht und auf die Prüftemperatur erwärmt. Wenn das Prüfstück
die Temperatur erreicht hat, wird das Rohr, durch das das Gas immer noch hindurchgeblasen
wird, schnell hinüber zu den Walzen des Walzengerüsts gebracht. Das Prüfstück ragt
so weit aus dem Rohr heraus, daß es in die Walzen eingeklemmt werden kann und dann
aus dem Rohr durch die Walzen herausgezogen wird, die für eine vorbestimmte Reduktion
eingestellt sind. Schutzgasstrahlen werden gegen die Seiten des Prüfstücks gerichtet,
während dieses aus dem Röhr herauskommt und in die Walzen eintritt, so daß eine
Oxydation der Ränder nicht stattfinden kann. Nachdem das Prüfstück auf diese Weise
Kernbindungen eingegangen ist, wird es erwärmt, und zwar vorzugsweise in einem temperaturgesteuerten
Ofen so lange, daß das Metall mit der niedrigsten Rekristallisationstemperatur rekristallisieren
kann. Nach dem Erwärmungsvorgang wird das Prüfstück in üblicher Weise auf ungefähr
50% seiner ursprünglichen Dicke kalt heruntergewalzt.
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Das Prüfstück wird kalt gewalzt, um das zu prüfende Material ungefähr
in den Zustand zu bringen, in dem es als handelsübliches Ausgangsmaterial Beanspruchungen
unterworfen wird. Nachdem das Prüfstück gewalzt wurde, wird die Verbundgüteprobe,
wie oben beschrieben, durchgeführt, wobei die betreffenden Bänder auseinandergerissen
werden. Auf diese Weise kann eine Anzahl von Prüfstücken, die alle bei der gleichen
Temperatur vereinigt sind, mit zunehmenden Verformungsgraden geprüft werden, wobei
jede Prüfung die ausreichenden Angaben zur Festlegung eines Punktes im Kurvenbild
liefert.
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Bevor auf die Kurvendarstellungen, und zwar der minimalen Reduktion
in Funktion der Verbundtemperatur nach den F i g. 4 bis 7 eingegangen wird, wird
zum Verständnis der in den Figuren und den
Tabellen verwendeten
Bezeichnungen für die Metalle deren Zusammensetzung im folgenden erläutert. 18-8
rostfreier Stahl: Eine Legierung aus 18 Gewichtsprozent Chrom, 8 Gewichtsprozent
Nickel und dem Rest Eisen. OFHC-Kupfer: Elektrolytisches Kupfer, frei von kupferhaltigen
Oxyden und erzeugt ohne Verwendung von metallischen oder metalloiden Deoxydierungsmitteln..
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Kupferlegierung Mo: Eine Legierung aus 65 bis 67 Gewichtsprozent Nickel,
28 bis 34 Gewichtsprozent Kupfer, mit kleinen Zusätzen aus Eisen, Magnesium, Kohlenstoff
und Silizium.
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12 K-Gelbgold: Eine Legierung aus 50 Gewichtsprozent Gold und im übrigen
Kupfer, Silber, Zink und Nickel.
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S#20: Eine Legierung aus 92 Gewichtsprozent Kupfer, 7 Gewichtsprozent
Zink und 1 Gewichtsprozent Zinn. L-Nickel: Handelsübliches, reines Nickel mit einem
Maximalgehalt von 0,01% Kohle.
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KH-7-Lot: Ein Silberlot aus 50 Gewichtsprozent Silber, 15,5 Gewichtsprozent
Kupfer, 16,5 Gewichtsprozent Zink, 18 Gewichtsprozent Cadmium. SAE-1010: Eine amerikanische
Normbezeichnung für Stahl, ungefähr entsprechend einem Stahl C 10 nach den DIN-Normen.
In F i g. 4 wurden beispielsweise 18-8 rostfreier Stahl und OFHC-Kupfer auf 316°
C vor der Bindung erhitzt und mit 51% Reduktion in einem Stich gewalzt. Die Bindung
nach dem anschließenden Erwärmen und Kaltwalzen war gut, während eine Bindung bei
derselben Temperatur und 48% Reduktion unbrauchbar war. In ähnlicher Weise gab auch
die Verbundtemperatur von 537° C und 13 % Reduktion eine gute Bindung. Bei 871°
C ist für eine gute Bindung 30% Reduktion erforderlich.
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Derartige Kurven, wie sie in F i g. 4 dargestellt sind, werden für
eine bestimmte Reihe von erhöhten Temperaturen unter Angabe der Verbundgüte bei
dieser Reduktion durchgeführt, wobei der Bereich der Rekristallisationstemperatur
des Metalls mit der niedrigsten Rekristallisationstemperatur bis hinauf zur Warmzerreißtemperatur
des Metalls mit der niedrigsten Warmzerreißtemperatur oder der höchsten zulässigen
Temperatur reicht, bei der sich. zwischen den Plattierungsfiächen noch keine brüchigen
Legierungen, chemische Verbindungen oder flüssige Phasen bilden.
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Nachdem die auf dem Diagramm eingezeichneten Angaben für eine bestimmte
Kombination von Metallen festgestellt wurden, kann derjenige Punkt auf jeder Kurve
festgelegt werden, in dem diese die Ordinate mit der Bezeichnung »gut« schneidet.
Die Koordinaten dieses Punktes ergeben die Verbundtemperatur und den minimalen Reduktionsgrad';
bei dem für eine bestimmte Metallkombination eine gute Bindung nach anschließender
Behandlung erzielt wird, d. h. eine Bindung, die die handelsübliche Güte in dem
Sinne aufweist, daß das Verbundmetall Verarbeitung und Verwendung ohne Trennung
der Partner aushält. Durch Aufzeichnen dieser Wertepaare von Verbundtemperaturen
und minimalen Reduktionsgraden erhält man die charakteristischen Verbundkurven für
diese besondere Kombination.
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F i g. 5 zeigt eine charakteristische Verbundkurve für 18-8 rostfreien
Stahl auf OFHG-Kupfer. Die Ordinaten stellen die minimalen Reduktionsgrade bei einem
einzelnen Stich dar, die notwendig sind, um eine Bindung herzustellen, die nach
dem Wärmebehandeln und 50% Kaltwalzen als gut bezeichnet werden kann.
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Die Abszissen stellen die Verbundtemperatur, das ist die ungefähre
Temperatur der Metalle beim Eintritt in die Walzen des Walzengerüsts, in ° C dar.
Es ist offenbar, daß die Verbundkennlinien ungefähr die minimale Reduktion anzeigen,
die zusammen mit einer bestimmten Temperatur zur Erreichung einer Kernbindung beim
Warmwalzen in einem Stich notwendig ist, wenn nach dem Erwärmen eine zusammenhängende
Bindung handelsüblicher Güte erreicht werden soll.
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Die vorerwähnte Kombination von rostfreiem Stähl auf Kupfer wurde
gewählt, nicht nur um zu zeigen, wie eine Verbundkennlinie aus F i g. 4 hergeleitet
wird, sondern um auch ein überraschendes Ergebnis der Erfindung darzustellen. Diese
Kurve zeigt nämlich, daß eine solche Kombination mit Hilfe der Verfahrensstufen
gemäß der Erfindung bei einer Reduktion von ungefähr 13 % bei einer Temperatur von
537° C erzielt werden kann.
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Ist die Temperatur größer oder kleiner, so muß die Reduktion erhöht
werden. Dies ist genau das Gegenteil von dem, was bisher von Fachleuten angenommen
wurde, und es ist auch das Gegenteil dessen, was man nach der üblichen metallurgischen
Lehre annehmen sollte.
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Dieser gleiche Vorgang ist in vielen anderen Metallkombinationen,
aber nicht bei allen, vorhanden, und im folgenden wird die Temperatur, bei der die
prozentuale Reduktion am niedrigsten ist, als sie minimale Reduktionstemperatur
bezeichnet.
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Vom praktischen Standpunkt aus erlaubt die Vereinigung beim minimalen
Punkt ein Binden von Metallen auf üblichen Einrichtungen, während sonst sehr kräftige
Verformungsgeräte notwendig waren, mit deren Hilfe sehr große Reduktionen durchgeführt
werden können.
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Die F i g. 6 und 7 zeigen Verbundkennlinien anderer Metallkombinationen.
Es sind die Kennlinien: für
ein bestimmtes Metall mit anderen Metallen
als verschiedene Plattierungspartner eingetragen.
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Aus den F i g. 6 und 7 ist ersichtlich, daß die verschiedenen Verbundkennlinien
von der Raumtemperatur an aufwärts eingetragen sind. Es muß jedoch beont werden,
daß in diesem Fall nur der Teil jeder Kurve für eine bestimmte Metallkombination
interessiert, der bei der Rekristallisationstemperatur des Metalls mit der niedrigsten
Rekristallisationstemperatur beginnt.
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Einzelheiten der Prüfstücke, auf denen die in F i g. 6 und 7 dargestellten
Kennlinien basieren, sind nachstehend tabellarisch dargestellt. Die Bänder waren
34,93 mm breit und wurden in einem Walzengerüst mit Arbeitswalzen von 127 mm Durchmesser
gewalzt.
| Stärke Stärke Kurve Erwärmungs- |
| Erstes Metall Zweites Metall in Flg. temperatur |
| mm mm °C |
| Feinsilber ...................... 1,448 S420 1,524 6
649 |
| Kupfer ........................ 1,524 Münzsilber 1,143 7 649 |
| Kupfer ........................ 1,676 18-8 rostfreier
Stahl 1,524 7 540 |
Aus den obigen Angaben ist klargestellt, wie für irgendeine Metallkombination die
gegenseitige Beziehung zwischen Temperatur und der prozentualen, zur Herstellung
einer ausreichenden Kernbindung erforderlichen Reduktion bestimmt werden kann, d.
'h. einer Bindung, die durch Erwärmen in eine gute Bindung umgewandelt werden kann.
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Im allgemeinen kann irgendein Verhältnis von Temperatur und prozentualer
Reduktion gewählt werden, sofern nur dieses Verhältnis aus dem Diagramm genommen
wird, das oberhalb der Verbundkennlinie liegt, da es ersichtlich ist, daß die Werte
unterhalb der Kurve im allgemeinen bei dem angegebenen Verfahren eine gute Bindung
nicht ergeben.
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Die Auswahl einer zweckmäßigen Verbundtemperatur und der entsprechenden
minimalen prozentualen Reduktion hängt in den meisten Fällen von den Einrichtungen
und den Abmessungen der Plattierungspartner ab.
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Es muß betont werden, daß die in den Verbundkennlinien niedergelegten
Werte aus Versuchen stammen, bei denen das in der Tabelle beschriebene Material
nach dem Wärmebehandeln einer 50%igen Kaltverformung unterworfen wurde und daß entsprechende
Angaben für die Haftfestigkeit von Prüfstücken ohne diese Kaltverformung von den
angegebenen Werten etwas abweichen können. Doch können diese Unterschiede durch
das oben beschriebene Verfahren festgestellt werden, falls dies erforderlich ist.
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Ferner muß darauf hingewiesen werden, daß die Dicke der zur Bestimmung
der für F i g. 4 verwendeten Prüfstücke etwas die endgültige Verbundkennlinie beeinfiußt.
Dies rührt unter anderem daher, daß bei einem bestimmten Walzendurchmesser die Trennkräfte,
auf die weiter oben im Zusammenhang mit dem Walzen eingegangen wurde und die die
Kernbindung zum Aufklaffen zu bringen versuchen, eine Funktion der Stärke des gewalzten
Materials sind. Daher ist die Materialstärke ein Faktor, der bei der Anwendung der
Verbundkennlinie in Betracht gezogen werden muß.
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Die folgenden Beispiele zeigen die Anwendung der Erfindung in kontinuierlichen
Verfahren. Beispiel 1 Feinsilber wurde mit Kupferlegierung Mo wie folgt verbunden:
Ein fortlaufendes Feinsilberband von 101,6 mm Breite und 0,46 mm Stärke und ein
fortlaufendes Band von Kupferlegierung Mo von 101.,6 mm Breite und 2,29 mm Stärke
wurden auf ihren zu verbindenden Oberflächen durch Drahtbürsten gereinigt, um die
groben Verunreinigungen zu entfernen. Die Bänder wurden dann in der in F i g. 1
dargestellten Art mittels Kernbindung vereinigt, wobei sie in einem Ofen in einer
Atmosphäre von dissoziiertem Ammoniak bei einer Temperatur von 649° C erwärmt wurden.
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Beim Eintritt in die Walzen waren die Bänder ungefähr 482 bis 537°
C warm. Die Walzen wurden auf eine Reduktion von ungefähr 32,5% eingestellt, wodurch
sich eine Gesamtstärke von 1,854 mm ergab. Diese Reduktion war etwas oberhalb des
minimalen Wertes für das Vereinigen bei 482 bis 537° C.
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Das Walzgerüst war ein Doppelwalzengerüst mit Walzen von 254 mm Durchmesser.
Die Geschwindigkeit des Walzgerüsts wurde so gesteigert, daß die Geschwindigkeit
des durch Kernbindung vereinigten, zweilagigen Bandes beim Austritt aus den Walzen
ungefähr 3,7 m je Minute war. Das zweilagige Band wurde beim Austritt aus dem Walzgerüst
eng aufgerollt, wobei die entstandene Kernbindung so kräftig war, daß die Lagen
bei dem Aufrollen auf Weiterverarbeitung in Rollenform nicht getrennt wurden. Dann
wurde das aufgerollte zweilagige Band in einem Ofen üblicher Bauart bei 704° C wärmebehandelt.
Die Rolle, die ungefähr 71,7 kg wog, wurde ungefähr 100 Minuten lang erwärmt. Das
so hergestellte Verbundmetall zeigte dann eine kräftige Bindung.
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Beispiel 2 Ein mehrlagiges Verbundmetall wurde wie folgt hergestellt:
Ein Stahlnickelband wurde durch Kaltwalzen auf 0,38 mm Stärke heruntergewalzt. Die
Breite war 101,6 mm, und dieses Band bildete einen Bestandteil des herzustellenden
Verbundmetalls. Der zweite Bestandteil war ein Band aus SAE-1010-Stahl von 101,6
mm Breite und 1,73 mm Dicke. Der dritte Bestandteil war ein Band aus Feinsilber
von 1.01,6 mm Breite und 1,549 mm Stärke. Die Stahlseite des Stahlnickelbandes wurde
mittels Drahtbürste gereinigt, die beiden Seiten des SAE-1010-Stahlbandes wurden
abgerieben, und eine Seite des Silberbandes wurde ebenfalls mittels Drahtbürste
gesäubert.
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Die drei Bänder wurden dann durch Kernbindungen vereinigt, nur mit
dem Unterschied, daß nunmehr zugleich drei Bänder statt bisher zwei zugeführt wurden.
Das Silberband wurde mit dem 1,73 mm starken Stahlband und dieses mit der Stahlseite
des Stahlnickelbandes verbunden. Die Bänder wurden in einem Ofen bei einer Atmosphäre
von dissoziiertem Ammoniak bei einer Temperatur von 649° C erhitzt
und
waren beim Eintreten in die Walzen ungefähr 482 bis 537° C warm. Es wurde dasselbe
Walzengerüst wie in dem Beispiel 1 verwendet, wobei die Gesamtreduktion 48% betrug,
so daß sich eine Gesamtstärke von 1,91 mm ergab.
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Die Geschwindigkeit wurde so eingestellt, daß das dreilagige Band
beim Austritt aus dem Walzgerüst ungefähr eine Geschwindigkeit von 3,7 m je Minute
hatte. Dabei wurde das Silber erheblich stärker reduziert als das Stahlnickel- oder
das Stahlband.
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Das mehrlagige Band wurde nunmehr auf eine Rolle dicht aufgerollt,
wobei sich ein Gesamtgewicht von 22,7 kg ergab, und dann in einem durchlaufenden
Rollofen bei 677° C ungefähr 1 Stunde wärmebehandelt. Das mehrlagige Verbundmetall
war nunmehr sehr kräftig vereinigt.
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Beim Vereinigen von mehr als zwei Metallschichten, wobei eine oder
mehrere der Schichten beträchtlich weicher als die anderen Schichten sind, muß die
maximale, für irgend zwei nebeneinanderliegende Partner erforderliche Reduktion
auftreten, wenn alle Schichten in einem Stich vereinigt werden sollen.
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Es kann auch sein, daß in einzelnen Fällen die zwei Metalle eine verschiedene
Verbundtemperatur aufweisen, wobei die eine beispielsweise die Raumtemperatur und
die andere eine Temperatur gemäß der Erfindung sein kann. Falls eines der Metalle
unterhalb von 260° C erwärmt ist, so sollte eine besondere Oberflächenbehandlung
zur Entfernung der vorerwähnten, als Sperrhähne wirkenden Schichten angewendet werden.
Ein solcher Fall kann dann eintreten, wenn der Verformungswiderstand der Metalle
so unterschiedlich ist, daß das gewünschte Dickenverhältnis nicht hergestellt werden
kann. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, das härtere der beiden Metalle höher
zu erwärmen. Dadurch kann erreicht werden, daß die Verformungseigenschaften der
beiden Metalle ähnlich sind. In einem solchen Fall wird die Verbundkennlinie in
ähnlicher Weise, wie vorbeschrieben, bestimmt.