DE1291904B

DE1291904B - Walzplattierter Aluminium-Verbundwerkstoff fuer das Aufbringen von Glasemail-UEberzuegen

Info

Publication number: DE1291904B
Application number: DEA50710A
Authority: DE
Inventors: Wallace Paul Francis; Walton Charles Joseph
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1964-11-09
Filing date: 1965-11-08
Publication date: 1969-04-03
Also published as: SE312714B; US3377145A

Description

Die Erfindung betrifft einen walzplattierten Aluminium-Verbundwerkstoff für das Aufbringen von Glasemail-Überzü en, dessen Kern aus einer AI-Mg-9 . .
Legierung, plattiert mit, einer Aluminiumlegierung, besteht.
Beim Aufbringen von Glasemails auf AI-Mg- und Al-Mg-Si-Legierungen, die zwar hohe Festigkeit unter Belastungen von seiten der Konstruktion selbst oder unter atmosphärischen Einwirkungen aufweisen, traten vielfach auf Grund von einsetzenden Reaktionen in der Grenzschicht zwischen Email und Legierung Farbveränderungen und eine Verringerung der Haftfestigkeit auf. Zielder,Erfindung ist ein für das Auftragen eines Glasemails geeigneter plattierter Aluiniumwerkstoff bestimmter Zusammensetzung, bei dem die schädlichen Effekte, nämlich Farbveränderungen und/oder Neigung Zum Abplatzen und Absplittern des Emails-Überzuges nach dem Brennen weitgehend vermieden werden. Hierf ür soll die Legierung des Kerns 0,3 bis 501, Magnesium und die aufplattierte Legierung 0,2 bis 0,75 % Kupfer enthalten. Wesentlich ist hierbei auch eine genügend feste Unterlage für ein Email, die dem Temperaturbereich von 482 bis 566'C beim schmelzflüssigen Aufbringen handelsgängiger Emailzusammensetzungen widersteht.
Bei dem erfindungsgemäß zu emaillierenden Alan-iinium-Verbundwerkstoff besteht der Kern aus einer Al-Mg-Legierung, die Magnesium allein oder in Kombination mit anderen Elementen, wie Silizium, Mangan, Chrom, Kupfer, Nickel od. dgl., enthält. Zum Plattieren von Magnesium enthaltenden Kernenden aus einer Legierung benutzte man vielfach Reinaluminium. Zumeist wurde durch 4iigiffundieren von Elementen aus dem Kern in die aufplattierte Legierung das Anhaften eines auf diese aufgetragenen Emails nachteilig beeinflußt. Eine zu große Dicke der Plattierung zum Verhindern dieses Eindiffundierens an der Grenzschicht Email-Metall vermindert infolge entsprechend zu reduzierender Dicke des Kerns die Gesamtfestigkeit des emaillierten Erzeuanisses und erhöht die Herstellungskosten. Vorldem, Aufbringen des Glasemail-Überzuges darf die atifzuplattierende Legierung keine Elemente enthalten, die ein Abplatzen des Glasemails und dessen Farbänderungen bewirken, muß sich leicht nach üblichen Arbeitsverfahren durch Warmwalzen an den aus einer Al-Mg-Legierung bestehenden Kern festhaftend aufplattieren lassen und soll zu diesem elektrochernisch so in Beziehung stehen, daß der auf ihrer Oberfläche aufgebrachte Glasemail-Überzug nicht durch selektive galvanische Korrosion abgelöst wird. Auch soll'eihe'äu'ßergewöhnliche Vorbehandlung des Kerns und der aufzuplattierenden Legierung vor dem Verwalzen entfallen. Der erfindungsgemäße Aluminium-Verbundwerkstoff kann nach einfachen Verfahren entfettet werden; kostspielige Vorbehandlungen durch Desoxydieren und Chromatieren sind nicht erforderlich.
Der erfindungsgemäße Aluminium-Verbundwerkstoff, dessen Kern aus einer Al-Mg-Legierung, plattiert mit einer Aluminiunilegierung, besteht, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung des Kerns 0,3 bis 5 0/0 Magnesium und die aufplattierte Legierung 0,2 bis 0,75 0/0 Kupfer enthält.
Nach dem Plattieren des Kerns mit einer Aluminiumlegierung festgelegter Zusammensetzung und nach dem Aufbringen des Glasemails wird der Gegenstand auf eine Temperatur von 482 bis 566'C erhitzt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Schon durch.Zugabe geringer Mengen von Kupfer, wie 0,2 bis 0,75 0/", vorzugsweise 0,3 bis 0,5 0/" zu Reinaluminium erhält man eine zufriedenstellende, auf den Kern des erlindungsgemäßen Verbundwerkstoffes aufzaplattierende Legierung; diese soll erfahrungsgemäß nicht mehr als 0,0501, Magnesium enthalten. Die im Reinaluminium vorkommenden Verunreinigungen stören nicht.
In den für den Kern des walzplattierten Verbundwerkstoffes bestimment, eine Warmaushärtung nicht erfordernden Al-Mg-Legierungen können, wie angegeben, 0,3 bis 5 0/0 Magnesium zugegen sein, das primär maßgebend f ür die gewünschte Festigkeit ist. Diese und andere Eigenschaften können verbessert werden durch Zugabe von 0,15 bis 0,740/, Kupfer oder geringer Mengen von mindestens einer Gruppe von Elementen mit hohem Schmelzpunkt, und zwar von 0,15 bis 0,75 0/0 Kupfer und/oder 0,05 bis 10/, Mangan, 0,05 bis 0,350/, Chrom oder 0,05 bis 10/, Nickel als Aushärtungselement.
Für einen warmaushärtbaren Kern des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes können der AI-Mg-Legierung 0,2 Nils 3 % Silizium zwecks Bildung von 0,5 bis 7,9 0/0 Mg2Si zugegeben werden. Den Höchstwert erhält man durch Kombinieren von 5 % Magnesium mit 2,9 0/0 Silizium. Leichter verarbeiten lassen sich Le ierungen mit einem Gehalt von 0,5 bis 3 0/0 .g Z> Mg2Si. Gemäß der Erfindung sollen nicht mehr als .0,501, Magnesium oder mehr als 1,501, Silizium über die in der intermetallischen Verbindung Mg2Si vorhandenen Mengen hinaus zugegen sein, d. h., bei dem bevorzugten -Bereich für das Mg,.,si- i-st--der Gehalt an Magnesium maximal 2,4 0/, und an Silizium 2,6 0/, und für das Bilden einer niedrigsten Mg,Si-Menge minimal der Gehalt an Silizium 0,20/0. Für die Legierung des Kerns kann f ür den höheren Mg.Si-Gehalt das Silizium bis zu 3 % zugegen sein. Handelsübliche Legierungen Mit M92Si in dem bevorzugten Bereich enthalten 0,8 bis 1,2 0/0 Magnesium und 0,4 bis 0,8 % Silizium.
Der Kern des Aluminium-Verbundwerkstoffes kann auch 0,1 bis 1,00/0 Kupfer und/oder 0,01 bis 0,40/, Chrom, 0,1 bis 0,501, Mangan, 0,05 bis 0,20/, Titan und 0,1 bis 0,5 0/0 Nickel enthalten. Eisen kann als Verunreinigung bis zu 0,7 0/, ohne nachteiligen Einfluß zugegen sein. Als geeignet f ür den Kein wurde eine handelsgängige Aluminiumlegierung ermittelt, bestehend aus 1,0 0/0 Magnesium, 0,6 0/0 Silizium, 0,25 0/0 Kupfer, 0,25 0/0 Chrom, Rest Aluminium und Verunreinigungen bzw. aus 0,5 01, Magnesium, 1,5 0/0 Silizium, 0,3 % Kupfer, 0,25 % Nickel. Bei den auf diese Legierungen aufgebrachten Emailüberzügen traten Farbänderungen nicht auf.
Unter Benutzung des erfindungsgemäßen: Verbundwerkstoffes wurde, verknüpft mit dem Emailliervorgang, das Magnesium und das Siliziam durch Glühen in feste Lösung gebracht#-worauf das mit dem Glasemail-Überzug versehende Erzeugnis relativ rasch von Emaillierungstemperatur abgekühlt wurde. Zwecks Verbesserung der Festigkeit und Härte kann das emaillierte Erzeugnis bei 135 bis 204'C in bekannter Weise warmausgelagert werden. Durch das Wiedererhitzen wird ein schädliches Eindiffundieren von Elementen in die aufplaitierte Legierung nicht induziert.
Erläutert wird die Erfindung in den folgenden Beispielen. Beispiel 1 Es wurden zwei plattierte Aluminium-Verbundwerkstoffe aus einem Kern aus einer Aluminiumlegierung, bestehend aus 0,90/, Magnesium, 0,61/0 Silizium, 0,250/0 Kupfer, 0,250/0 Chrom, Rest Aluminium, hergestellt, wobei in einem Falle ein Blech aus Reinaluminium und im anderen Falle ein Blech aus einer Aluminium-0,30/ü-Kupfer-Legierung aufplattiert wurde; beide plattierten Werkstoffe wurden zu 0,635 mm dicken Platten kaltgewalzt: Die Plattierschicht war 0,0635 mm dick, auf deren Oberfläche ein Schlicker eines handelsüblichen pigmentierten Emails aufgebracht wurde. Nach Erhitzen der Proben auf 538'C während 10 Minuten wurden sie in Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Dieser Zyklus wurde noch zweimal wiederholt, um die schädlichen Auswirkungen von in die Plattierschicht eindiffundierten Elementen deutlicher werden zu lassen. Dann wurden die Proben in einer 50/,igen wäßrigen Ammoniumchloridlösung der Standard-Abplatzprüfung entsprechend der Anleitung im Enamel-Institute Bulletin Al-la (Juni 1956) unterworfen. Die Proben mit der Reinaluminiumplattierung platzten ab, die Probe mit der aufplattiertenAluminium-Kupfer-Legierungjedoch nicht.
Bei einer zweiten Prüfung wurden mit demselben Email überzogene und 0,03810 mm dick plattierte Proben der Ammoniumchloridprüfung nach nur einmaligem Erhitzen auf 538'C unterworfen. Auch hier platzte das Email von den Aluminiumproben, jedoch nicht von den mit der Aluminium-Kupfer-Legierung plattierten Stücken auf. Demzufolge wird mit sehr dünnen Plattierschichten der erfindungsgemäßen Art das Abplatzen wirksam verhindert. Dies ist äußerst vorteilhaft dort, wo vom emallierten Erzeugnis höchste Festigkeit verlangt wird.
Beispiel 2 Die der Prüfung unterzogenen plattierten Proben hatten denselben Kern, aber eine unterschiedliche Plattierung. Einmal wurde Reinaluminium, im anderen Falle eine Aluminium-0,25 "/,-Kupfer-Legierung in bekannter Weise auf den Kern aufgebracht. Beide Walzprodukte wurden zu einer 0,6350 mm dicken Platte kalt gewalzt, wobei die Plattierung in jedem Falle 0,06350 mm dick war. Nach dem Entfetten der Oberfläche der Plattierschicht wurde ein herkömmlicher, zur Erzeugung eines dunkelgefärbten Emails geeigneter Emailschlicker auf derselben aufgebracht. Dann wurden die Proben auf 538'C erhitzt und in Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Der mit Reinaluminium plattierte Verbundwerkstoff wies bei der zuvor beschriebenen Prüfung mit Ammoniumchlorid abgeplatztes Email auf, während der mit einer AlLiminium-Kapfer-Legierung plattierte Werkstoff solche Schäden nicht zeigte.
t> Auch andere Versuchsreihen wurden für das Feststellen der Wirkung von Magnesium und anderen Legierungselementen auf die Farbbeständigkeit eines Email-Überzuges auf Legierungen, die ein solches Element enthalten, vorgenommen. Hierbei wurde ein handelsübliches transparentes Email auf die Oberfläche von Blechproben einer Legierung, bestehend aus 1,0 0/0 Magnesium, 0,6 % Silizium, 0,25 0/0 Kupfer, 0,25 0/0 Chrom, Rest Aluminium undVerunreinigungen, aufgebracht. Die Proben wurden durch Entfetten und anschließendes Eintauchen in eine herkömmliche Chromsäure-Schwefelsäure-Lösung chromatisiert, dann nach Aufbringen der Emailschlicker in einem Ofen bei 538'C während 10 Minuten gebrannt und in Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Auf den Proben der emaillierten Legierung hatte der Email-Überzug ein opakes Aussehen, während er auf plattierten Proben gemäß der Erfindung klar war und keine Farbänderung aufwies.

Claims

Patentansprüche: 1. Walzplattierter Aluminium-Verbundwerkstoff für das Aufbringen von Glasemail-Überzügen, dessen Kern aus einer Al-Mg-Legierung, plattiert mit einer Aluminiumlegierung, besteht, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Legierung des Kerns 0, 3 bis 5 0/, Magnesium und die aufplattierte Legierung 0,2 bis 0,75 0/, Kupfer enthält.
2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufplattierte Legierung 0,3 bis 0,5 ()/, Kupfer enthält. 3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aufplattierte Legierung nicht mehr als 0,0501() Magnesium enthält. 4. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung des Kerns 0,2 bis 3 "/, Silizium enthält und Magnesium und Silizium in genügender Menge zur Bildung von 0,5 bis 7,9 0/0 M92Si vorhanden sind. 5. Verbundwerkstoff nachjedem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung des Kerns 0,15 bis 0,75"/, Kupfer und/oder 0,05 bis 1 % Mangan, 0,05 bis 0,35 0,1, Chrom oder 0,05 bis 10/, Nickel als Aushärtungselement enthält. 6. Verbundwerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung des Kerns 0,1 bis 1,00/, Kupfer und/oder 0,01 bis 0,40/, Chrom, 0,1 bis 0,5 0/, Mangan, 0,05 bis 0,2 0/, Titan, 0,1 bis 0,5 0/, Nickel enthält.