DE1558538A1 - Berylliumverbundmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Berylliumverbundmaterial und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
P. R. MALLORY &'CO. IFC.
3029 East Washington Street, Indianapolis, Indiana /V. St. A.
Berylliumverbundmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial aus Beryllium,
Aluminium und Magnesium und Insbesondere die Mittel und
Methoden zur Herstellung eines solchen Verbundmaterials durch Sintern in einer flüssigen Phase.
Das Sintern in einer flüssigen Phase unterscheidet sich
von den verschiedenen anderen Sinterungsmethoden darin, daß das Sintern des kompakten Körpers in Anwesenheit
einer flüssigen Phase erfolgt. Beim Sintern in flüssiger
Phase
Dr.Ha/Mü
009815/076
Phase wird die Temperatur der zusammengepreßten, aus Metallpulver bestehenden Bestandteile auf eine Temperatur
erhöht, bei welcher eine vorherbestimmte Menge der flüssigen Phase auftritt. In der flüssigen Phase wird einer
der Metallbestandteile, nämlich der feste, fortschreitend in dem anderen Metallbestandteil, nämlich dem flüssigen,
gelöst. Die Mengen dieser Bestandteile sind jedoch so gewählt, daß im Gleichgewichtszustand noch immer etwas feste
Phase vorliegt. Man nimmt an, daß die Flüssigkeit den Peststoff benetzt, wodurch günstige Oberflächenenergien
zwischen der Flüssigkeit und dem Feststoff auftreten, welche eine Lösung in der flüssigen Phase ermöglichen.
Bei der bisherigen Herstellung von Beryllium-Aluminium-Magnesium-Verbundmaterial
nach bekannten Sintermethoden in flüssiger Phase hat sich jedoch gezeigt, daß das feste
Beryllium die flüssige Aluminium-Magnesium-Berylliumlegierung während des Sinterns aus dem Preßling
austreibt. Man nimmt an, daß das ungünstige Oberflächenenergiegleichgewicht, welches das Austreiben der Flüssigkeit
verursacht, auf einen zähen, festen Berylliumoxydfilm zurückzuführen ist, welcher sich auf jedem Berylliumpartikelchen· befindet.
Die vorliegende Erfindung verhindert nun das Austreiben der Flüssigkeit aus den Proben, indem man ein Mittel verwendet,
das während der Sinterung wirksam wird. Dieses
Mittel
009815/0767
BAD ORIGINAL
Mittel zerstört.entweder den Oxydfilm auf dem Beryllium
oder wandert an die Zwischenfläehe zwischen Metall und Oxyd und erniedrigt so die Oberflächenenergie des flüssigen
Metalls in Bezug auf den Berylliumöxydfilm, so daß
- das flüssige Metall fortschreitend das feste Metall"auflöst.
: . . ■ -; ; ·
üieses'Mittel kann als Flußmittel bezeichnet werden;.
es besitzt jedoch noch andere Eigenschaften, welche die Benetzung von Beryllium unterstützen, so daß das Beryllium
mit einer duktilen, umhüllenden Phase aus einer Aluminium-Magnesium-Berylliumlegierung
umgeben wird., welche das
Matrixmetall bildet, wodurch das Austreiben der Flüssigkeit aus den Proben verhindert wird. / .
'Beryllium besitzt verschiedene günstige physikalische
Eigenschaften, welche es für viele Anwendungszwecke, z. B. als leichte Getriebe, Verschlüsse, Seile von
Flugzeugen oder dergleichen, geeignet macht. Beryllium besitzt Jedoch einen wesentlichen llachteil, der seine
technische Anwendung stark beschränkt hat; Beryllium
ist nämlich-bei Raumtemperatur spröde.
Das; Fehlen der Duktilität von Beryllium wird auf die
hexagonal dichte Kristallstruktur des Berylliums zurückgeführt.
Während der Verformung werden die Basisebenen
• der.
00981 570767
der hexagonal dichten Struktur, welche am leichtesten gleiten, in der Bearbeitungsrichtung angerichtet. Da
ein Gleiten senkrecht zur Basisebene kristallographisch nur schwer zu erzielen ist, ist die Duktilität von
Beryllium senkrecht zu der primären Bearbeitungsrichtung praktisch Null.
Mehrere versuchsweise 'Lösungen wurden schon vorgeschlagen,
um Berylliummetall so duktil zu machen, daß das Metall erfolgreich in der Technik Verwendung finden kann.
Schrägwalzen und Schrägschmieden wurden zur Erhöhung der Duktilität von Beryllium vorgeschlagen. Diese Methoden
verringerten die Anzahl der Basisebenen i,n der Walzrichtung
und ergaben eine verbesserte Duktilitä. Der Grad der erzielten Verbesserung war jedoch bei weitem noch
nicht zufriedenstellend. Die Tatsache blieb bestehen, daß Beryllium als ein bei Raumtemperatur sprödes Metall
selbst bei Anwendung der vorstehend besprochenen Methoden eingestuit werden muß, was seine Duktilität senkrecht zu
der Bearbeitungsrichtung angeht. Außerdem sind die vorstehend angegebenen Methoden dann nicht anwendbar, v/enn
die Verarbeitung nur entlang einer Achse erfolgt, z. B. beim Gesenkschmieden, Ziehen und Strangpressen.
In den letzten Jahren wurde die Auimerksainkeit auf .
eine Methode zur Herstellung von Berylliumlegierungen ohne die dem Beryllium selbst anhaftende Sprödigkeit
gerichtet.
009815/0767
gerichtet, welche jedoch verschiedene ausgezeichnete
Eigenschaften des Metalls, z. B. eine geringe Pichte,
kombiniert mit großer !Festigkeit, besitzen. Nach der
USA-Patentschrift 5 082 521 dürfte die erste duktile
Berylliumlegierung durch rasches Abschrecken von einer Temperatur, bei welcher sie flüssig ist, erhalten worden
sein. Der Berylliumgehalt dieser Legierungen überstieg
jedoch nicht 86,5 Atom-$, was etwa 30 Gew.-^ entspricht.
Obwohl die Berylliumlegierung duktil war, war ihre Dichte doch größer als die von Aluminium und etwa gleich
derjenigen von Titan.
Es wurde auch schon vorgeschlagen, Berylliumlegierungen
durch Pressen und Sintern einer Mischung von Metallpulvern
herzustellen. Eine solche Methode bewirkt jedoch einen Austritt des Matrixmetalls oder der Matrixmetalle aus
der Berylliumprobe und gegebenenfalls eine Erstarrung ■des Matrixmetalls oder der Matrixmetalle zu Kügelehen
auf der Oberfläche der festen Probe. Man nimmt an, daß der Austritt des Matrixmetalls oder der Matrixmetalle
auf die Oberflächenenergien des festen Berylliums und der verschiedenen gebildeten Flüssigkeiten zurückzuführen
ist. Das ungünstige Oberflächenenergiegleichgewicht ist wahrscheinlich die folge eines zähen, festen
Berylliumoxydfilms, der auf jedem Berylliumpartikelchen
zugegen ist.
Es 009815/0767
;■ - 6 -
Es wurden nun Mittel und eine Methode zur Herstellung eines Verbundmaterials aus Beryllium, Aluminium und
Magnesium gefunden, welches 50 bis 85 Gew.-fi Beryllium,
13,5 bis 45 Gew.-$ Aluminium und 1,5 bis 7,5 Gew.-$ Magnesium enthält; ein sabhes Verbundmaterial besitzt
etwa die gleiche oder eine geringere Dichte wie Aluminium, eine hohe Festigkeit und eine gute Duktilität. Die Duktiiität
ist auf die MikroStruktur des Verbundmaterials zurückzuführen. Umgibt man die Berylliumpartikelchen
mit einer duktilen, umhüllenden Phase, so erhält man ein Verbundmaterial, in welchem das Beryllium unter
einer Belastung durch die duktile Phase so stark zusammengepreßt wird, daß das Beryllium und die duktile Phase
sich kontinuierlich verformen.
Die 85 Gew.-$ Beryllium in dem Verbundmaterial bedeuten,
daß eine beträchtliche Menge von Teilchen aneinander direkt angrenzt und bedeuten wahrscheinlich eine obere
) Grenze der in dem Verbundmaterial möglichen Gew.-;£
Beryllium. Eine Abnahme des Berylliumgehalts unter Gew.-$ würde wahrscheinlich die Dichte des Verbundmateriais
auf einen wenig interessierenden Wert erhöhen. Man nimmt an, daß das Verhältnis von Aluminium zu Magnesium variiert
werden kann, ohne daß dadurch ein nachteiliger Einfluß auf die Eigenschaften des Verbundmaterials ausgeübt wird.
Alkali-0098 15/076 7
■■. .-,■ - -. - 7 -. · ' .-■■■ ■;. ■.,■
Alkali- und Erdalkalihälogenide, ζ. B. Iithiumfluorid,
lithiumchlorid oder dergleichen;, werden in einer bestimmten
Menge verwendet, um sich an der■ fesfc-en Zwischenfläche
der Berylliumtellchen abzulagern und entweder den auf den Berylliumteilchen befindlichen Film zu zerstören und/oder die Oberflächenenergie zwischen !Flüssig-Kelt
und!Feststoff in dem System zu ändern.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines
Mittels zur Verbesserung der Sinterung in flüssiger Phase einer Beryllium-Aluminium-Magnesiummischung.
'Die Erfindung betrifft ferner ein duktiles Berylliumverbundmaterial alt geringer Dichte und größer Festigkeit,
dessen Matrix einer Wärmebehandlung unterworfen Werden kann.
In dem erfindungsgemäßen duktilen Verbündmaterial bildet
Beryllium den überwiegenden Bestandteil.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Herstellung
eines duktilen Verbundmaterials aus Beryllium, Aluminium und Magnesium, dessen MikroStruktur aus Berylliumpartüelchen
besteht, welche von einer duktilen Phase aus einer das
Matrixmetall bildenden Aluminium-Magnesium-Berylliumlegierung umhüllt sind. Das erfindungsgemäße, duktile Verbundmaterial
aus .Beryllium, Aluminium und Magnesium enthält etwa 50 bis
■ . 85 G-ew.-^
009815/0767 l v
BAD ORiGlNAL
85 Gew.-$ Beryllium, 15,5 bis 45,0 Gew.-^ Aluminium
und besteht im übrigen aus Magnesium.
Gemäß der Erfindung wird ferner der Austritt von Matrixmetall
aus einer Berylliumprobe vermieden.
Erfindungsgemäß werden Alkali- und Erdalkalihalogenide zur Herstellung eines *Berylliumverbundmaterials verwendet,
welches dann bis zur Erzielung von etwa der theoretischen Dichte gesintert werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines duktilen Berylliumverbundmaterials ist sowohl praktisch
als auch wirtschaftlich.
Vorzugsweise verwendet man erfindungsgetnäß lithiumfluorid-Lithiumchlorid
zur Verbesserung der Sinterung einer Mischung aus Beryllium, Aluminium und Magnesium
in Anwesenheit einer flüssigen Phase.
Das Lithiumfluorid-Lithiumchlorid wird gemäß der Erfindung
in einem vorherbestimmten Mengenverhältnis verwendet.
In den Rahmen der Erfindung fallende Abänderungen ergeben sich für den Fachmann von selbst, bzw. werden in der
folgenden Beschreibung erläutert.
In
009815/0767
BAD
.;.■■■ _ ■ ; - 9 - ,
, Inder Zeichnung zeigen: -..-_.
FIg. 1 ein Phasendiagramm für binäre legierungen
-" von Aluminrum und Magnesium,
. Fig. 2 ein Mikrophotogramm einer Berylliumprobe, wobei
ein Matrixmetall aus der Probe durch die Oberflächenenergiekräfte
zwischen festem Beryllium und verschiedenen gebildeten Flüssigkeiten ausgetrieben
würde und
Fig. 5 ein Mikrophotogramm eines aus 70 Gew.—?° Beryllium,
2? Gew. -fo^ Aluminium und im übrigen aus Magnesium
bestehenden Verbundmaterials, in welchem die Berylliumpartikelchen von einer duktilen Hülle
aus einer Aluminium-Magnesium-Berylliumlegierung umgeben sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der
Beryllium^Aluminittra-Magnesium-Verbundmaterialien durch
Sintern in Anwesenheit einer flüssigen Phase besteht .
darin, daß man vorherbestimmte Anteile aus Beryllium-*
pulver und einer pülverförmigen Legierung aus Aluminium
und Magnesitim oder Aluminiumpulver und Magnesiumpulver
mit einer vorherbestimmten Menge eines: Äikalihälögeniäs
und/oder Srdalkalihslogenids mischt. Die •'jeweiligen. -
00Ü1 S/0 7S7
ην
Mengen, werden in einer Form zu einem Rohling zusammengepreßt.
Dieser wird dann auf die Sintertemperatur erhitzt. Bei dieser Temperatur bewirken die zugesetzten
Halogenide ein günstiges Oberfiächenenergiegleichgewicht zwischen dem Beryllium und der Aluminium-Magnesiumlegierung,
so daß die Legierung fortschreitend das Beryllium bei der Sintertemperatur löst. Dann kann das
Verbandmaterial einer 'värmebehandlung unterworfen und
rasch abgeschreckt v/erden, so daß die bei der Temperatur der 7/armebehandlung erzielte Struktur beibehalten und
das Aluminium mit Magnesium übersättigt wird.
Insbesondere besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß man etwa 50 bis 85 Gew.-'/» Beryliiumpulver mit
einer pulverförmigen Legierung aus Aluminium und Magnesium
mischt. Etwa 0,5 bis 2,0 Gew.-?o, bezogen auf die gesamten
Metalle, eines aus Lithiumfiuorid-Lithiumcr-lorid bestehenden
Zusatzes werden dann mit dem Beryllium und dem Legierungspulver oder dem Pulver der Elemente .aluminium und
Magnesium gemischt. Die Bestandteile des Halogenidzusatzes liegen in einem Gewichtsverhältnis von et v/a 1 : 1 vor«
Das Beryllium, das Legierungspulver oder das Pulver der elementaren Metalle und der Zusatz v/erden zu einem Rohling
gepreßt. Dieser Rohling wird in einer nicht-oxydierenden Atmosphäre, z. B. Argon, auf etwa 1 000 bis 1 100°G erhitzt.
Bei diesen Temperaturen schafft der Halogenidzusatz
ein
009815/0767
" EAD
; - 11 '-:■ ■-.;■
ein günstiges Oberflächenenergiegleichgewicht zwischen
dem Beryllium und "der .Legierung, so. daß die Aluminium-Magnesiumlegierung
fortschreitend das Beryllium löst.
Die Milcr ο struktur des erhaltenen .Verbundmaterials "besteht aus Berylliumpärtikelehen, die von einer duktilen
Hülle aus einem Matrixmetall umgeben^sind, welches aus
einer Aluminium-Magnesium-Berylliümlegieruhg besteht.
Die'"-legierung wird,/dann. Isis etwa zur Erreichung ihrer
theoretischen Dichte gesintert.- Die Legierung kann auch
einer speziellen Wärmebehandlung;-.unter wo rf en und rasch
abgekühlt, werden,, so daß die bei der Temperatur der
Wärmebehandlung erzielte Struktur beibehalten und das
Aluminium mit Magnesium- übersättigt'wird; es folgt dann
eine Ausscheidungshärtung.
Bei Durchführung der Erfindung wird ein Preßling auf Berylliumbasis auf beliebige geeignete Weise, zum Beispiel
nach pulvermetallurgisehen Methoden, hergestellt.
Eine solche Methode besteht darin, Berylliumpulver mit
einem !Pulver einer Alurainium-Kagnesiumlegierung oder
den Pulvern der'elementaren Metalle und mit einem aus gleichen Teilen.Lithiuafluorid und Lithiumchlorid bestehenden
Zusatz zu mischen. Das Mischen der Pulver
erfolgt in einer Kugelmühle.Die gemischten Pulver
werden dann nach üblichen metallurgischen Methoden zu
einem Rohling gepreßt, z. B. durch Pressen in einer Form
einer hydraulischen oder einer automatischen Presse oder
durch 009815/0767 bad original-
durch Verdichten in einer Form für Kautschuk oder Kunststoff in einer hydrostatischen Presse. Der Rohling
wird in einer nicht-oxydierenden Atmosphäre, z. B. Argon oder dergleichen, bei etwa 1 000 bis 1 1000O
gesintert. Wie man sieht, liegen diese Sintertemperaturen unter 1 277 C, dem Schmelzpunkt von Beryllium, jedoch über
4500C, der Verflüssigungstemperatur der Aluminium-Magnesiumlegierung.
Die Aluminiüm-Magnesiumlegierung löst kleinere ^ Berylliumpartikelchen und löst auch die Oberflächen der
größeren Berylliumpulverteilchen an, so daß die verbleibenden Berylliumpartikelchen mit einer duktilen Umhüllung
aus Aluminium-Magnesium-Berylliumlegierung während der Sinterung des Preßlings umgeben werden.
Der Zusatz, nämlich das Lithiumfluorid-Lithiumchlorid,
zerstört entweder den Oxydfilm auf dem Beryllium oder scheidet sich an der Metalloxydzwischenfläche unter Herabsetzung
der Oberflächenenergie des flüssigen Metalls ) gegenüber dem Berylliumoxydfilm ab. Einfach ausgedrückt,
bewirkt der Zusatz eine Benetzung des Berylliums mit der !Flüssigkeit.
Etwa 50 bis 85 Gew.-# Beryllium enthaltende und im übrigen
aus einer Aluminium-Magnesiumlegierung bestehende Verbundmaterialien
wurden so erfolgreich hergestellt. Der HaIogenidzusatz
verhinderte den Austritt der flüssigen
Aluminium-
009815/076 7
Aluminium-Mägnesiuni-Berylliumlegierung aus dem Preßling
aufgrund von-Oberflächenenergiekräften, dVh...-er verhinderte die Bildung.sehr feiner, abgerundeter Tröpfchen
aus der Aluminium-Magnesium-Beryiliumlegierung an der
'Oberfläche der Berylliumprobe,, Fig. 2 zeigt eine Berylliumprobe
20,auf deren Oberfläche sich ausgetriebene Aluminium-Mägnesiiim-Berylliumlegierung'21
zeigt. Proben, aus denen die Aluminium-Magnesium-Berylliumlegierung ausgetrieben
wurde, besitzen eine starke Porosität und sind infolgedessen schwach, spröde und von geringem technischem Wert,
Die Zusammensetzung des verwendeten Zusatzes beträgt etwa
50 Gewiehtsteile lithiumfluorid auf etwa 50 Gewichtsteile
Lithiumohlqrid. Dieser Zusatz übt .eine solche Wirkung aus,
daß beim Erhitzen oder Sintern der gepreßten Pulvermisehung
auf"die Temperatur, bei welcher sich die flüssige Phase
bildet, die Schmelze nicht aus der Probe ausgetrieben
wird. Ferner wurde gefunden, daß die Lösung des Berylliums
in der Iiegierung begünstigt "wird, was die abgerundeten
Berylliumpartikelchen in der Mikrostruktur beweisen.
Es wurde gefunden, daß die Gewichtsmenge des Lithiumfluorid-L·ithiumchioridausatzes
mehr als 0,5 Gew.-^ der gesamten Metallanteile· der Mischung betragen soll. Es
scheint, daß der optimale Bereich des Zusatzes etwa
.0,5 bis etwa 2,0 Gew.-^, bezogen auf das gesarate anwesende
Metall, beträgt. Man nimmt·an, daß die erforderliehe Menge
Lithiumfluorid-009815/0767
.i'
Lithiurofluorid-Lithiumchlorid zu der zur Bedeckung
der gesamten Berylliumoberfläche erforderlichen. Menge
iri Beziehung steht. Die erforderliche Mindestmenge des
Zusatzes ist somit exne Funktion der Oberfläche des Berylliumpulvers.' Die Verwendung des lithiiunfluorid-Lithiumchloridzusatzes
ist auch in anderen als gleichen Anteilen möglich. Man nimmt jedoch an, daß eine aue
gleichen Teilen bestehende Mischung optimale Ergebnisse liefert.
Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Methoden und des
Lithiumfluorid-Lithiumchloridzusatzes erzielte sian
Preßlinge mit einem Berylliumgehait bis zu 85 Gev/.->4,
Rest eine Aluminium-Magiesiumlegierung, ohne Anwendung
von Dructc während des Sinterns. Der Verbundkörper wurde
dann auf etwa 92 bis 99 fo seiner theoretischen Dichte
während einer einzigen Sinterung gesintert. Die gute Festigkeit und die geringe Dichte des Berylliums wurden
beibehalten und der erhaltene Beryllium-Aluininium-Magnesium-Verbundkörper
besaß eine gute Duktilität.
Indem man so die Berylliumpartikelehen mit einer duktilen
Umhüllung aus einem aus einer Aluminium-Magnesiura-Berylliumlegierung
bestehenden Matrixmetall umgibt, verforaen sich das Beryllium und das Matrixmetall unter Belastung gleichmäßig.
■ " .
00 9 815/0767
Fig. 1 zeigt ein Aluminium-Magnesium-Phasendiagranmi.
Magnesium ist ein wirksamer Stoff zum Härten von
Aluminium. Me Theorie der Verformung von dispergierte Teilchen enthaltendem Verbundmaterial besagt, daß die
Duktilität in einem solchen Verbundmaterial verbessert
wird, wenn der erzwungene Fließwiderstand der Matrixphase möglichst gleich dem Fließwiderstand der dispergierten
Partikelchen gemacht v/erden kann* Magnesium .wird daher zum Härten von Aluminium verwendet. Nachdem
der Verbundkörper auf Raumtemperatur abgekühlt ist,
wird die Wirkung des Magnesiums durch eine anschließende
Wärmebehandlung entfaltet. Zu einer möglichst v/irksamen Härtung des Materials."wird, der Verbundkörper bis zur
vollständigen Umwandlung in die 06-Aluminiumphase erhitzt.
Es -'wurde gefunden, daß eine etwa ein- bis zweistündige
Wärmebehandlung des Verbundkörpers bei einer Temperatur zwischen 340 und 53O0C ausreicht, um das ganze Magnesium
vollständig in dem Aluminium zu lösen. Der Verbundkörper
wird dann rasch in einem geeigneten Medium, z. B. Wasser
oder dergleichen, abgeBchreckt, so da3 die bei der hohen Temperatur entwickelte Struktur beibehalten und das Aluminium
an Magnesium übersättigt wird. Das der.löslichmachenden
Behandlung unterworfene Material enthält somit das gesamte
Magnesium in lösung. Die Gleichgewichtskonzentration von
Magnesium in Aluminium bei Raumtemperatur beträgt jedoch nur 1,9 Gew.-5& und. eine anschließende Alterung bei
Temperaturen '■ ; 009815/0767 BÄD
Temperaturen zwischen 250 und 3250C ergibt eine Ausscheidung
einer etwa 37 1/2 Gew.-^ Magnesium enthaltenden ß-Phase. Das aus der übersättigten festen Lösung ausgeschiedene
Magnesium erhöht die Festigkeit der Aluminium-Magnesiummatrix. Ein ausgeprägter Vorteil des Beryllium-Aluminium-Magnesium-Verbundmaterials
besteht darin, daß die Mätrixphase wärmebehandelbar ist.
Es wird auf Fig. 3 verwiesen, welche in fünfhundertfacher Vergrößerung ein Mikrophotogramm eineB Verbundmaterials
aus 30 Gew.-$ Aluminium-Magnesiumleä-erung in Beryllium
nach dem Ätzen, z. B. mittels einer verdünnten Lösung von Ammoniumhydroxyd und Wasserstoffperoxyd, zeigt.
Die Flächen 10 sind Berylliumpartikelchen. Die Flächen 11 sind die die Berylliumpartikelchen umgebende Aluminium-Magnesium-Berylliumlegierung
.
Das nachstehende Beispiel 1 erläutert den Austritt der Flüssigkeit aus einer Berylliumprobe und die Beispiele
bis 8 erläutern die Herstellung von Beryllium-Aluminium-Magnesium-Verbundkörpern
durch Sintern in Anwesenheit einer flüssigen Phase.
Austritt der flüssigen Aluminium-Magnesium-Berylliumlegierung
auö- d'em festen Beryllium während des Sinterns
in Anwesenheit einer flüssigen^Phase bei Abwesenheit
009815/076^*
" des
des Lithiumfluorid-Lithiumchloridzusatzes bei der
Herstellung -eines Beryllium-Aluminium-Magnesium-Verbundkörpers. ■ ' ■
Eine Mischung aus etwa 70 Gew.-$ Beryllium mit einer
Teilchengröße von 200 mesh oder feiner und etwa 50
Gew.-?έ einer Aluminium-Magnesiumlegierung oder den
Pulvern der Elemente mit geeigneter Teilchengröße wurde in einer Kugelmühle gemischt. Die Legierung
enthielt 90 Gew. -j? Aluminium und 10 Gew. -fo Magnesium.
Die gemahlene Mischung würde auf beliebige geeignete
Weise, z. B. in einer automatischen Presse, unter einem zur Erzielung eines handhabbaren Rohpreßlings
ausreichenden Druck gepreßt. Es wurde gefunden, daß Drücke zwischen etwa 1 050 und 1 410 kg/cm einen
Rohpreßling mit etwa 50 bis 60 fo der theoretischen
Dichte ergaben, der so fest war, daß er gehandhabt werden konnte. Die Sinterung des Preßlings erfolgte
in einer Argonatmosphäre bei etwa 1 1000G während etwa
einer Stunde. Bei dieser Methode wurde infolge der
Oberflächenenergien des festen Berylliums und der gebildeten' Flüssigkeit die Flüssigkeit aus'der Probe
ausgetrieben und erstarrte gegebenenfalls zu abgerundeten
Knötehen auf der Oberfläche der Probe, wie dies ; Fig. 2 zeigt.
- i ■■:■: ■■■ BelapXel.-E.
ÖÖ9815/0767
Verbundmaterial aus etwa 70 Gew.->£ Beryllium, 27 Gew->S
Aluminium, Rest Magnesium.
Eine Mischung aus etwa 70 Gew.-^ Berylliumpulver mit
einer Teilchengröße von 200 mesh oder feiner und etwa 30 Gew.-$ einer pulverförmigen Aluminium-Magnesiuinlegierung
mit geeigneter Teilchengröße wurde in einer Kugelmühle- gemischt. Die Legierung enthält 90 Gew.-p
Aluminium und 10 Gew.-^ Magnesium. Zusammen mit dem Beryllium- und dem Legierungspulver werden in der Kugelmühle
etwa 1,0 Gew,-;5, "bezogen auf die gesamten Metallpulver,
eines aus gleichen Teilen Lithiumfluorid und Lithiumchlorid bestehenden Zusatzes gemischt. Mischungen
aus dem Beryllium- und Legierungspulver wurden auch mit 0,5 Gew.-$ des Zusatzes, beaogen auf die gesamten Metallpulver,
hergestellt. Die gemahlene Mischung wurde z. B. in einer automatischen Presse unter einem solchen Druck
gepreßt, daß man einen rohen Preßling erhielt, der fest genug für eine Handhabung war. Bei Drücken zwischen etwa
1 050 und 1 410 kg/cm erhielt man einen rohen Preßling mit etwa 50 bis 60 $>
der theoretischen Dichte, der für eine Handhabung ausreichend fest war. Der Preßling wurde
in einer Argonatinosphäre etwa eine Stunde bei etwa 1 000°C
gesintert. Der Verbundkörper wurde dann etwa eine Stunde einer Wärmebehandlung bei etwa 45O0C zur vollständigen
Lösung
009815/0767
Lösung des gesamten Magnesiums in dem Aluminium unterworfen.
Der Verbundkörper wurde dann rasch abgeschreckt,
so daß die durch die Wärmebehandlung erzielte Struktur
beibehalten und das Aluminium mit Magnesium übersättigt
wurde. Nach der die Löslichkeit bewirkenden Behandlung lag daB gesamte Magnesium in Lösung vor. Das Magnesium
kann aus der übersättigten festen Lösung als ^ -Phase
ausgefällt werden (siehe Fig. 1). Nach der vorstehend beschriebenen Methode erhielt man die MikroStruktur von
Fig. 3»
Herstellung eines Verbundmaterials aus etwa 70 Gew.-#
Beryllium, 27 Gew.—# Aluminium, Rest MagnesiumV
Das Verfahren von Beispiel 2 wurde unter Verwendung von
70 Gew.~# Berylliumpulver, 27 Gew.-56 Aluminiumpulver
und im übrigen Magnesiumpulver wiederholt. Man stellte einzelne Verbundnfaterialien unter Verwendung von 0,5.
und 2,0, bezogen aufdie gesamten Hetallpulver, Lithiumfluorid-LithiumdiLorid
her.
Herstellung eines Verbundmaterials ausvetwa 70 Gew.-^
Beryllium, 27 Gew.-jS Aluminium, Rest Magnesium.
009815/0767 Das.
Das Verfahren von Beispiel 2 wurde unter Verwendung von 70 Gew.-$ Berylliumpulver, gemischt mit etwa 30
Gew.-$ einer pulverförmigen Aluminium-Magnesiumlegierung
wiederholt. Die Legierung enthielt 90 Gew.-$ Aluminium
und 10 Gew.-^ Magnesium. Einzelne Verbundmaterialien
wurden unter Verwendung von 0,5, 1,0 und 2,0 Gew.-$ Lithiumfluorid-Lithiumchlorid, bezogen auf das gesamte
Metallpulver, bei einer Temperatur von etwa 1 1000O
nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt.
Herstellung eines Verbundmaterials aus etwa 50 Gew.-^
Beryllium, 45 Gew.-^ Aluminium, Rest Magnesium.
Das Verfahren von Beispiel 2 wurde unter Verwendung von 50 Gew.-$ Berylliumpulver, gemischt mit etwa 50 Gew.-^
eines Aluminium-Magnesiumlegierungspulvers wiederholt. Die Legierung enthielt 90 Gew.-^ Aluminium und 10 Gew.-#
Magnesium. Einzelne Verbundkörper wurden unter Verwendung von 0,5, 1,0 und 2,0 Gew.-^ Lithiumfluorid-Lithiumchlorid,
bezogen auf die gesamten Metallpulver, bei Temperaturen von etwa 1 000 und 1 1000C nach dem vorstehend beschriebenen
Verfahren hergestellt.
1eispiel 6
009815/0767
■".- 21 - :
Herstellung eines Verbundmaterials aus etwa 60 Beryllium, 36 Gew.-^Aluminium, Rest Magnesium.
Das Verfahren von Beispiel 2 wurde unter Verwendung von
60 Gew.-fo Berylliumpulver, gemischt mit etwa 40 Gew.-$
eines Aluminium-Magnesiumlegierungspulvers wMerholt.
Die legierung enthielt 90 Gew.-^ Aluminium und 10 G-ew.-?£
-Magnesium. Einzelne Verbundkörper wurden unter Verwendung ■von 0,5, 1,0 und 2,0 Gew. -fo lithiumfluorid-Mthiumchlorid,
bezogen auf die gesamten Metallpulver, bei Temperaturen
von etwa 1 000 und 1 1000O nach der vorstehend beschriebenen
Methode hergestellt.
Hörstellung eines. Verbundmaterials aus etwa 75 Gew. -fo
Beryllium, 22,5 Gew.-^'Aluminium, Rest Magnesium.
Das Verfahren'von Beispiel 2 wurde unter Verwendung von
75 Gew.-.-$ Beryliiumpulver, gemisiit mit etwa 25 Gew.-f£
eines AlBminium^Magnesiumlegierungspulvers wiederholt,
eines VerbundiBateriala aus etwa 85
1-3,5 Gew»-^ Alumiiiiuni, Heat Magnesium,
00981S/0767 v '■" ^
Das Verfahren von Beispiel 2 wurde unter Verwendung von
85 Gew.-fo Beryiliumpulver, gemischt mit etwa 15 Ge.i.-'/o
eines Aluminium-Magnesiumlegierungspulvers, wiederholt. Die Legierung enthielt 90 Gew.-/o Aluminium und 10" Gew.-^
Magnesium. Einzelne Verbundkörper wurden unter Verwendung von 0,5, 1,0 und 2,0 Gew.-;5 Lithiumfluorid-Lithittmchlorid,
bezogen aui die gesamten Metallpulver, bei Temperaturen
von etwa 1 000 und 1 100°G nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann weitgehende Abänderungen
erfahren, ohne daß dadurch ihr Rahmen verlassen wird.
15/0767 BAD
Claims (12)
1. Durch Sintern in Anwesenheit einer flüssigen Phase
erhaltenes Beryllium-Aluininiiun-Magnesiuni-Verbund-
- material, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Alkali-
und/oder Erdalkalihalogenid enthält und aus Berylliumpartikelehen besteht, welche von einer Matrix aus
einer Aluniinlum-Magnesium-Berylliumlegierung umhüllt
Bind.
2* Verbundmaterial nach Anspruch.1,.dadurch gekennzeichnet, daß es aus etwa 50 bis 85 Gew.-# Beryllium und
im übrigen aue Aluminium-Magnesiumlegierung besteht.
J. Verbundmaterial nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet
, daß die Aluminium-Magnesiumlegjarung
aus mindestens 17,4 Gew.-^ Magnesium und im übrigen
aus Aluminiuia besteht. '
4* yerbundraaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,, daß das Halogenid Lithiiunfluorid-lithiumchlorid in einem Verhältnis
von 1 ? 1 ist.
5. Verfahren zur Herstellung von Berylliumverbundmaterial
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mit einer Aluminium-Magnesiumlegierung durch Sinterung in Anwesenheit einer flüssigen Phase, dadurch gekennzeichnet,
daß man Beryluumpulver und eine pulverförmige
Aluminium-Magnesiumlegierung mit einem Alkali- und/oder Erdalkalilialogenidzusatz mischt, die Mischung zu einem
rohen Preßling preßt, diesen auf die Sintertemperatur · von Beryllium erhitzt, wobei der Zusatz einen Austritt
der legierung aus dem Berylliumpulver verhindert und
daß man dann den Verbundkörper unter Bildung einer Dispersion von Berylliumpartikelchen in einer Matrix
aus Aluminium-Magnesium-Beryllium bis zum Gleichgewicht abkühlt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erhaltene Verbundkörper einer Wärmebehandlung
unterworfen und dann unter Beibehaltung der bei der Wärmebehandlungstemperatur herrschenden Phasenzustände
abgeschreckt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die zugesetzte Aluminium-Magnesiumlegierung aus maximal 17,4 Gew.-^ Magnesium, Rest Aluminium,
besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß etwa 50 bis 85 Gew.-^ Beryllium, Rest Aluminium-Magnesiumlegierung
mit etwa 0,5 bis 2,0 Gew.-^ des
Zusatzes, • * 009815/0767
Zusatzes, bezogen auf die gesamte Metallmenge,
gemischt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz Lithiumfluorid-Lithiuinchlorid verwendet
wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet,
daß das Lithiumfluorid-Lithiumchlorid in einem Verhältnis
von etwa 1:1 angewendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern in einer Argonatmosphäre bei etwa
1 000 bis 1 1000C während etwa einer Stunde erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmebehandlung des Verbundkörpers bei etwa 340 bis 53O0C während etwa ein bis zwei Stunden
erfolgt und sich eine Ausscheidungshärtung anschließt.
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