Verbundmetall Die Erfindung betrifft Verfahren zum Plattieren von
Metallen und insbesondere Verfahren zum Verbinden von rostfreiem Stahl mit Aluminium
oder einem anderen ungleichartigen 1..'ietall. Es wurden zwar bereits zahlreiche
Metallplattierungsverfahren vorgeschlagen, doch besitzen diese sämtlich gewisse
Begrenzungen und Nachteile. In gewissen Fällen ist es erwünscht, daß die beiden
die Verbundschichten bildenden Metalle unterschiedliche Härte"gIrade besitzen oder
daß die physikalischen Eigenschaften der beiden Metalle des Endprodukts in gewisser
Weise eingestellt werden sollen. Bei den bisher vorges*clilagenen Verfahren hat
sich dies als praktisch undurchführbar erwiesen. Erfindungsgemäß wurde dagegen ein
Verfahren zum Beschichten bzw. Plattieren von Metallen geschaffen, welches die bisherigen
Schwierigkeiten
zu überwinden vermag und welches eine genaue Einstellung der physikalischen Eigenschaften
der Metalle des endgültigen Verbundmetalls sowie eine gleichzeitige Einstellung
und Hervorbringung einer festen Verbindung zwischen den den Verbundkörper bildenden,
ungleichartigen Metallen gewährleistet. Bei der bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung werden die Oberflächen der zu verbindenden Metalle mit Hilfe eines mechanischen
oder eines chemischen Verfahrens gereinigt, wobei alle Oxyde entfernt werden. Das
Entfernen von Oxyden, Schmutz, öl usw. erfolgt vorzugsweise mitteld eines
mechanischen Reinigungsvorganges, beispielsweise durch Abschleifen, so daß eine
vollkommen saubere Oberfläche freigelegt wird. Nach der Reinigung der zu verbindenden
Metalle werden diese in getrennten Glühöfen auf eine ausgewählte Temperatur erhitzt,
welche die Zewünschten Eigenschaften des fertigen Verbundmetalls hervorbringt, wobei
die Erhitzung in einer Atmosphäre erfolgt, welche die Metallflächen vor einer Oxydation
schützt. Anschließend werden die gereinigten Oberflächen in einer ähnlichen Schutzatmosphäre
zusammengebracht und wird ein Druck auf die Metalle ausgeübt, wodurch sie sich unter
Stärkenreduzierung miteinander verbinden.Das Erhitzen und Zusammenbringen der gereinigten
Oberflächen wird vorzugsweise in einer inerten Atmosphäre, einer Reduktionsatmosphäre
oder im Vakuum vorgenommen.Composite Metal This invention relates to methods of plating metals and, more particularly, to methods of joining stainless steel to aluminum or other dissimilar metal. While numerous metal plating processes have been proposed, all of them have certain limitations and disadvantages. In certain cases it is desirable that the two metals forming the composite layers have different degrees of hardness or that the physical properties of the two metals of the end product are to be adjusted in a certain way. In the methods previously proposed, this has proven to be practically impracticable According to the invention, on the other hand, a method for coating or plating metals has been created which is able to overcome the previous difficulties and which enables precise adjustment of the physical properties of the metals of the final composite metal as well as simultaneous adjustment and production of a firm connection between the composite bodies forming, In the preferred embodiment of the invention, the surfaces of the metals to be joined are cleaned with the aid of a mechanical or chemical process, whereby all oxides are removed Oxides, dirt, oil etc. are preferably removed by means of a mechanical cleaning process, for example by grinding, so that a completely clean surface is exposed. After the metals to be joined have been cleaned, they are heated in separate annealing furnaces to a selected temperature which produces the desired properties of the finished composite metal, the heating being carried out in an atmosphere which protects the metal surfaces from oxidation. The cleaned surfaces are then brought together in a similar protective atmosphere and pressure is exerted on the metals, whereby they bond together with a reduction in strength. The cleaned surfaces are preferably heated and brought together in an inert atmosphere, a reducing atmosphere or in a vacuum.
In der Zeichnung ist die praktische Ausführung der Erfindung
in
Verbindung mit einem mit rostfreiem Stahl plattierten Aluminiumträger dargestellt.
Gemäß der Zeichnung werden eine Spule rostfreier Stahl 10 und eine Spule
mit Aluminium 11 in getrennten Streifenbahnen 13 bzw. 14 an Schleifscheiben
15 bzw. 16 vorbeigeführt, welche die mit einander zu verbindenden
Oberflächen reinigen. Unmittelbar darauf werden die beiden Streifen in getrennte
Erhitzungskammern 17 und 18 eingeführt, die unter einer Inertgasatmosphäre
stehen. In diesen Glühöfen 17 und 18
werden die'aus rostfreiem Stahl
bzw. Aluminium bestehenden Streifen auf eine über ihren Spannungsentlastungstemperaturen
liegende Temperatur erhitzt. FUr die beiden genannten Metalle weichen diese Temperaturen
stark voneinander ab, indem für rostfreien Stahl mindestens etwa 370 OC und
bis zu etwa lolo 0 C ange-_ wandt werden können, wobei im letzteren Fall
eine völlige Erweichung des Metalls auftritt, während im Fall von Aluminium diese
Temperatur bei etwa 2400C liegt. Im Anschluß hieran werden die beiden Streifen in,eine
Kammer 19 mit derselben inerten Atmosphäre wie im Glühofen eingebracht, wo
sie mit Hilfe von Klemmrollen 20 zusammengebracht werden. Im Anschluß hieran werden
die Streifen einem Walzwerkgerüst 21 zugeführt, wo sie eine Stärkenreduzierun,g
erfahren und wodurch die Verbindung vervollständigt wird.The drawing shows the practical implementation of the invention in connection with a stainless steel clad aluminum support. According to the drawing, a reel of stainless steel 10 and a reel of aluminum 11 are passed in separate strip strips 13 and 14, respectively, past grinding wheels 15 and 16 , which clean the surfaces to be joined. Immediately thereafter, the two strips are introduced into separate heating chambers 17 and 18 which are under an inert gas atmosphere. In these annealing furnaces 17 and 18 , the strips consisting of stainless steel or aluminum are heated to a temperature above their stress relief temperatures. For the two above-mentioned metals, these temperatures vary considerably, by at least about 370 OC may be and Wandt up to about lolo 0 C ange-_ for stainless steel, in the latter case a complete softening of the metal occurs, while in the case of aluminum this temperature is around 2400C. Subsequently, the two strips are introduced into a chamber 19 with the same inert atmosphere as in the annealing furnace, where they are brought together with the aid of pinch rollers 20. Following this, the strips are fed to a rolling mill stand 21, where they experience a reduction in thickness, thereby completing the connection.
Durch dieses Verfahren ist es möglich, die beiden Metalle auf unterschiedliche
Temperaturen zu erhitzeng wodurch eine Schmelzverbindun#--t eine Diffusionsverbindung
oder eine Kombination
-dieser Verbindungsarten hervorgebracht werden
kann. Vienn beispielsweise ein gereinigter Streifen bzw. Lage aus rostfreijem Stahl
durch den Glühofen 17 hindurchgeleitet wird, in welchem dieses Metall wie
vorstehend beschrieben auf eine oberhalb seiner Rückkristallisierungstemperatur
liegenä e Temperatur erhitzt wird, und wenn das Aluminium im getrennten Glühofen
18
ebenfalls höher als auf seine Rückkristallisierungstemperatur erhitzt wird
und die beiden Metalle anschließend gewalzt werden, ergibt sich eine Schmelzverbihdung,
wobei sich soNchl der rostfreie Stahl als auch das Aluminium im endgültigen Verbunderzeugnis
in völlig ausgeglühtem Zustand befinden. Dieses Verfahren ermöglicht außerdem erheblich
größere Stärkenreduzierungen der Metalle und somit eine festere Verbindung. Beispielsweise
hat in diesem Fall eine Stärkenreduzierung von 60% beim Aluminium oder beim
rostfreien Stahl bei einer obe.rhalb der Rückkristallisierungstemperatur liependen
Temperatur der Metalle keinen Einfluß auf ihre endgültige Dehnbarkeit b"7,w. Biegsamkeit.
Eine bei unterhalb der Rückkristallisierungstemperatur liegender Temperatur erfolgende
Stärkenreduzierung des rostfreien Stahls von 60% entspräche
60%, wobei das erhaltene Produkt für Formvorgänge unbrauchbar wäre. Bei einem
anderen Beispiel wird der rostfreie Stahl auf eine oberhalb seiner Rückkristallisierungstemperatur
liegende Temperatur erhitzt, während das Aluminium weniger als Rückkristallisierungstemperatur
besitzt. Dies führt zu einer Kombination einer Schmelz-Diffusionsverbindung mit
völlig ausgeglUhtem rostfreien Stahl und teil-,-eise gehärtetem Aluminium.
Ein
anderes Beispiel wäre est den rostfreien Stahl auf weniger als RUckkristallisierungstemperaturg
jedoch über die Mindest-Spannungsentlastungstemperatur und das Aluminium auf mehr
als Rückkristallisierungstemperatur zu erhitzen. Hierdurch ergäbe sich eine Diffusionsverbindung
mit voll ausgeglühtem Aluminium und teilweise gehärtetem rostfreien Stahl.With this process it is possible to heat the two metals to different temperatures, whereby a fusion bond or a diffusion bond or a combination of these types of bond can be produced. For example, a cleaned strip or layer of stainless steel is passed through the annealing furnace 17 , in which this metal is heated to a temperature above its recrystallization temperature as described above, and if the aluminum in the separate annealing furnace 18 is also higher than its recrystallization temperature is heated and the two metals are then rolled, the result is a fused connection, with both the stainless steel and the aluminum in the final composite product in a completely annealed state. This process also enables significantly greater thickness reductions of the metals and thus a stronger connection. For example, in this case a thickness reduction of 60% for aluminum or stainless steel when the temperature of the metals is above the recrystallization temperature has no effect on their ultimate ductility b "7, i.e. flexibility. A thickness reduction that takes place at a temperature below the recrystallization temperature of stainless steel of 60%
60%, whereby the product obtained would be unusable for molding operations. In another example, the stainless steel is heated to a temperature above its recrystallization temperature, while the aluminum is below its recrystallization temperature. This leads to a combination of a melt-diffusion connection with completely annealed stainless steel and partly -, - iron hardened aluminum. Another example would be to heat the stainless steel to less than the recrystallization temperature but above the minimum stress relief temperature and the aluminum to more than the recrystallization temperature. This would create a diffusion bond with fully annealed aluminum and partially hardened stainless steel.
Bei einem weiteren Beispiel könnte der rostfr'eie Stahl auf eine oberhalb
seiner Spannungsentlastungstemperatur liegende Temperatur erhitzt werden, während
das Aluminium auf Raumtemperatux gehalten wird. Dies ergäbe eine Diffusionsverbindung
mit spayinungsfreiem bzw, völlig ausgeglühtem rostfreien Stahl und teilweise gehärtetem
Aluminium.In another example, the stainless steel could be on one above
be heated while its stress relief temperature lying temperature
the aluminum is kept at room temperature. This would result in a diffusion bond
with spay-free or completely annealed stainless steel and partially hardened
Aluminum.
Ersichtlicherweise läßt sich eine doppelseitig mit rostfreiem Stahl
plattierte Aluminiumlage dadurch schaffen, daß ein zweiter Streifen rostfreien Stahls
durch einen dritten Glühofen hindurchgeführt wird und alle drei lagen mit als Kern
dienendem Aluminium in einem eine inerte Atmosphäre aufweisenden Gehäuse ähnlichen
Aufbaus wie das vorstehend beschriebene zusammengebracht werden. Durch Regelung-der
Glühofentemperaturen und Steuerung,der Endbearbeitung der Streifen bei der Ausbildung
des Verbundmetalls lassen sich unterschiedliche Härtegrade.beider den Verbundkörper
bildenden Metalle erzielen. Die auf diese Weise erzielbaren verschiedenen physikalischen
Eigenschaften sind nur mit Hilfe des
erfindungsgemäßen Verfahrens
möglich.Obviously, one can be double sided with stainless steel
Create clad aluminum sheet by adding a second strip of stainless steel
is passed through a third annealing furnace and all three were part of the core
serving aluminum in a housing similar to that of an inert atmosphere
Structure like that described above can be brought together. By regulation-the
Annealing furnace temperatures and control of the finishing of the strips in the formation
The composite metal can have different degrees of hardness
forming metals. The various physical
Properties are only available with the help of the
method according to the invention
possible.
Typische mechanische Eigenschaften, wie sie sich mit Hilfe des erfindiincrsgemäßen
Verfahren erreichen lassen, sind in der am Ende angegebenen Tabelle I zusammengestellt.Typical mechanical properties, as they can be achieved with the aid of the invention
Achieve methods are compiled in Table I at the end.
In der vorangehenden Beschreibung wurden bestimmte bevorzugte Verfahren
mit den Merkmalen der Erfindung beschrieben. Ersichtlicherweise kann die Erfindung
jedoch auch auf andere Art ausgeführt werden, ohne daß ihr Rahmen verlassen wird.
In the foregoing description, certain preferred methods having the features of the invention have been described. Obviously, however, the invention can be carried out in other ways without departing from the scope thereof.