DE1577106A1

DE1577106A1 - Verbundmetalle und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1577106A1
Application number: DE19661577106
Authority: DE
Inventors: Joseph Winter
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1966-01-13
Filing date: 1966-11-30
Publication date: 1970-06-04
Also published as: CH510741A; GB1166466A; GB1166465A; DE1577106B2; SE308852B; DE1577106C3

Description

OLIN MATKIESON CHSMICAL CORPORATION

New York, N.Y., V.St.A.

"Verbundmetalle und Verfahren zu ihrer Herstellung"

Prioritäten: I3. Januar 1966 / V.St.A.,· 30. März I966 / V.St.A.

Anmeldenummern: 520 404

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundmetallen aus mindestens zwei verschiedenen Metallen. Insbesondere betrifft die Erfindung Verbundmetalle, bei denen mindestens eine Komponente ein verhältnismäßig weiches Metall, zum Beispiel Kupfer, und mindestens eine weitere Komponente ein
verhältnismäßig hartes Metall ist, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Vorzugsweise betrifft die Erfindung Verbundmetalle, bei welchen auf Kupfer von handelsüblicher- Reinheit als Grundmetall ein-

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oder beidseitig Cupro-Nickel, eine Kupfer-Hickellegierung aus 75 °/o Kupfer und 25 °* Nickel, auf plattiert ist. Dieses Verbundmetall findet vorzugsweise in der neuen Münze der Vereinigten Staaten von Amerika Verwendung.

Verbundmetalle mit voneinander verschiedenem Grundmetall und aufplattiertem Metall sind wirtschaftlich und technisch außerordentlich interessant, da sie die günstigen Eigenschaften des Grundmetalles und des aufplattierten Metalles in sich vereinigen. Viele Materialeigenschaften, zum Beispiel Elastizitätsmodul, Farbe, Dichte und Festigkeit bei gleichzeitiger hoher Wärme- oder elektrischer Leitfähigkeit, können bei einer einheitlichen Legierung durch Verändern der Legierungszusammensetzung oder unterschiedliche Wärmebehandlung häufig nur geringfügig variiert werden. Hingegen ist es möglich, Verbundmetalle herzustellen, die die Oberflächeneigenschaften der Plattierung aufweisen und dennoch insgesamt im wesentlichen die Eigenschaften des Grundmetalles behalten. Es ist also vielfach möglich, Verbundmetalle herzustellen, die im Vergleich zu einer einheitlichen Legierung stark abgewandelte und sehr wünschenswerte Eigenschaften besitzen.

Kupfer hat zum Beispiel die vorteilhaften Eigenschaften, ein sehr guter Leiter zu sein und sich ausgezeichnet kalt bearbeiten zu lassen. Durch Plattieren von Kupfer kann man Verbundmetalle erzeugen, die sowohl die günstigen Eigenschaften des Kupfers (Grundmetall) als auch die günstigen Eigenschaften des jeweils aufplattierten Materials besitzen, zum Beispiel Ver-

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schleißfestigkeit, Farbe und Oxydations- oder Anlaufbeständigkeit und Möglichkeit der Oberflächenveredelung, das heißt Oberflächengüte.

Kupferverbundnetall kann nit Erfolg für verschiedene Zwecke eingesetzt werden, zunBeispiel für hochleitfähige elektrische Leitungen, hochfeste Federn, hochwirksame Stromabnehmer und durch Kaltverformung gehärtete TTetallwaren.

Die Herstellung von Kupferverbundnetallen bereitet jedoch zahlreiche Schwierigkeiten. Die Herstellung von Verbundmetallen befriedigender Oualität, bei welchen mindestens eine der Schichten aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, war bislang infolge der Neigung eines der Metalle, an der Berührungsfläche mit der Kupferschicht eine Schicht aus spröden intermetallischen Verbindungen zu bilden, schwierig. Diese Schicht kann sich sowohl bei verhältnismäßig niedrigen, als auch bei hohen Temperaturen ausbilden. Sie splittert beim Biegen des Verbundraetallmaterials leicht und begrenzt dessen Verwendbarkeit dadurch stark.

Weiterhin ist es häufig schwierig, Verbundnetalle mit fest aneinander gebundenen Schichten herzustellen, die der Beanspruphung im normalen Gebrauch standhalten.

Die Herstellung von Kupferverbundmetallen bietet ferner dadurch besondere Schwierigkeiten, daß das Kupfer bei den erhöhten oder hohen Temperaturen, die zum V,^rarmwalzen erforderlich sind, leicht oxydiert. Durch die Oxydation entsteht eine Oxyd-

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zwischenschicht, die die Bindung zwischen Grundnetall und aufplattiertem Metall behindert. Einige Kupferoxyde sind besondern ungünstig, da sie eine stark haftende, plastische Schicht bilden, die die Bindung zwischen den Metallschichten besonders stört. .Andere Oxyde hingegen, zum Beispiel Aluminiumoxyde und Eisenoxyde, neigen beim Warmwalzen dazu, aufzubrechen und bilden so keine Zwischenschicht aus.

Infolge der Eigenschaft des Kupfers, ein derartiges Oxyd zu bilden, waren bislang spezielle und kostspielige Verfahrensbedingungen zur Herstellung von Kupferverbundmetallen notwendig.

Ein Verfahren zur Herstellung von Kupferverbundnetall, bei den diese Schwierigkeit überwunden werden soll, besteht darin, durch Kaltwalzen und anschließendes !Diffusionsglühen eine teilweise Bindung zwischen den Metallschichten herzustellen. Lises Verfahren ist teuer, und außerdem werden durch Diffusionsglühen leicht die Eigenschaften des Verbundmetalles verschlechtert.

Bei einem anderen Verfahren v/ird nur die das Grundmetall bildende Kupferlegierung hoch erhitzt und anschließend nit dem kalten Plattiermetall unter Anwendung hoher V/alzgeschwindigkeiten von mindestens 31»15 m pro Minute zusammengewalzt, wobei die Stärke in einem Stich um einen bestimmten Betrag herabgewalzt und das Grundmetall mit dem Plattierraetall erst im Walzenspalt so zusammengeführt v/ird, daß das Plattiermetall zuerst die ^v'alze und dann erst das Grundmetall berührt.

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Mit diesen Verfahren lassen sich auf Grund der kritischen Bedingungen und der im Vergleich zur Temperatur des Plattiermetalles hohen Temperatur des Grur.dnetalles ausgezeichnete Bindungen erzielen. Der Temperaturunterschied führt zu einem stark erhöhten Duktilitätsunterschied zwischen Grundmetall und Plattiernetall. Bei diesem Verfahren tritt auch Turbulenz an der Berührungsfläche zwischen Grundmetall und Plattiermetall auf, v/odurch eine bessere Bindung der Komponenten zustandekommt. Der Duktilitätsunterschied und die erzeugte Turbulenz genügen, um die .Ausbildung einer Oxydzwischenschicht zu verhindern, da die Oxydschicht aufgebrochen wird.

Die Schaffung eines wirtschaftlichen und zweckmäßigen Verfahrens zur Herstellung von Verbundmetall aus Materialien des vorstehend bezeichneten Typs wäre äußerst erwünscht. Insbesondere wäre es wünschenswert, ein Verfahren zu schaffen, das die bei den vorstehend beschriebenen Verfahren durch die erforderliche Anwendung erhöhten Temperaturen in der Praxis auftretenden Schwierigkeiten überwindet. Insbesondere wäre es wünschenswert, ein Verfahren zu schaffen, das die Anwendung niedriger Temperaturen gestattet. Hier setzt die Erfindung ein.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Verbundmetallen aus mindestens zwei verschiedenen "etallen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß (A) ein Metall mit einer unter 260° C liegenden Pekristallisationstemperatur und (B) ein zweites Metall mit einer in Bezug auf das erste

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Metall um mindestens 55>6 C höheren Rekristallisationstemperatur (C) in direkten Oberf l'^;chenkontakt gebracht und mit einer Geschwindigkeit von mindestens 6,01 m pro Minute zu einem Verbundmetall zusamrnengewalzt werden, wobei man die ursprüngliche Stärke in einem Stich um 40 bis 90 ^c/j vermindert, und zwar so, daß beim Zusammenwalzen nur die erste Komponente (A) rekristallisiert.

Die Rekristallisation des ersten Metalles kann dabei entweder im Spalt der '-Valzen oder unmittelbar nach dem Austritt des Verbundmetalles aus dem '"alzenspalt erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren überwindet die Kachteile der bekannten Verfahren und ermöglicht es, in einfacher und zechmäßiger '"eise vielfach verwendbare Verbundmetalle, die wahlweise auf einer oder auf beiden Seiten plattiert sind, herzustellen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Metall, welches eine Fekristallisationstemperatur von höchstens 260 C besitzt, also das weiche Metall, das Grundmetall und das andere das Plattiermetall. V'eiterhin werden Grundmetall und Plattiermetall vorzugsweise erst im Walzenspalt zusammengeführt.

Unter "rekristallisieren" bzw. "rekristallisiert" wird ein Gefüge verstanden, bei welchem auf mindestens 25 # der metallographisch untersuchten Oberfläche metallographisch sichtbares, gleichachsiges Korn aus nicht deformiertem Material vorliegt. Unter "rekristallisieren" ist auch eine Verminderung der Härte des rekristallisierten Materials um mindestens 2^F '«

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des Unterschiedes zwischen den Härten des durch Kaltverformen vollständig ausgehärteten Materials und des vollständig weichgeglühten Materials zu verstehen.

Die theoretische Erklärung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist folgende: Je nehr das Verbundmetall beim V'alzen verformt wird, das heißt je weiter es in einem Stich herabgewalzt wird, umso mehr V'ärne wird dem Verbundmetall zugeführt, das heißt, daß durch Herabwalzen um 75 $ das Verbundmetall höher erhitzt wird als durch Ilerabwalzen, beispielsweise um 40 fo. "'enn man also die Stärkeverminderung so wählt, daß einer der beiden Bestandteile des Verbundmetalles durch die Einwirkung der dabei entwickelten Kitze und der nicht in Wärme umgewandelten restlichen mechanischen Energie rekristallisiert, so wird dieser Bestandteil praktisch einem Warmwalzvorgang unterworfen und wird dabei weicher als der andere Bestandteil, das heißt, daß der andere, nicht rekristallisierende Bestandteil während des V'alzens relativ härter wird. Der gesteigerte Duktilitätsunterschied zwischen dem Grundmetall und dem Plattiermetall führt zu Turbulenz an der Grenzfläche zwischen ^-rundmetall und Plattiermetall, wodurch eine bessere Bindung zustande kommt.

Die Rekristallisation ist natürlich zeit- und temperaturabhängig. Sie tritt deshalb nicht spontan durch die ganze rekristallisierende Komponente auf. Die Rekristallisation erfolgt in einem endlich großen Zeitraum und hängt von dein Prozentsatz der Stärkeverminderung und der Temperatur ab,

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auf die sich das Material in ^vralzenspalt erhitzt. Die Rekris.tallisationsgeRchwindigkeit ist umso höher, je höher die im "'alzenspalt erreichte Temperatur des Materials ist.

Dementsprechend beginnt zv/ar der Rekristallisationsvorgang beim erfindungsgenäßen Verfahren im Walzenspalt, hält aber zumindest einige Sekunden nach dem Austritt des Verbundmetalles aus dem "'alzenspalt weiter an. Der Abstand von der 7/alze, in welchem keine weitere Rekristallisation im Verbundmetall mehr auftritt, hängt von der Walzgenchwindigkeit ab.

Nach den erfindungsgenäßen Verfahren hergestellte Verbundmetalle sind dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Komponenten ein Gefüge mit mindestens 25 $, vorzugsweise 50 $ gleichachsigem rekristallisiertem Korn aufweist, das heißt, das Gefüge enthält kugelförmige Körnchen mit untereinander praktisch gleichen Achsen. Dies ist eine Folge der Kernbildung und des 'Vachstums nicht deformierter Körnchen, die gespanntes Material verbraucht. Das Gefüge der anderen Komponen te ist in Walzrichtung stark gelängt, wobei die Länge der gelängten Körnchen sich zur Dicke mindestens wie 2:1 verhält. Grundraetall und Plattiermetall sind ohne eine Oxydzwischenschicht direkt miteinander verbunden, das heißt, zwischen Grundmetall und Plattiermetall ist wenig oder kein feststellbares Oxyd vorhanden, "'eiterhin ist die Grenzfläche zwischen Grundmetall und Plattiermetall dadurch gekennzeichnet, daß keine atomare Diffusion in der einen oder an-

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deren Richtung zu erkennen ist, und ferner dadruch, daß die Berührungsfläche zwischen den beiden Metallen um mindestens 10 ^c/o größer ist als die plane Fläche der Verbundnetallbleche.

Gemäß einer bevorzugten .Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens v/erden Grundnetall und Plattiermetall den ^T'^ralzen so zugeführt, daß sie einen *'^rinkel von mindesten 5° und in der Hegel mindestens 10 einschließen, wodurch erreicht wird, daß Grundnetall und Plattiermetall erst im Walzenspalt miteinander in Berührung kommen. Diese Maßnahme ist jedoch nicht verfahrensnotwendig. In der Pegel beträgt der von Grundmetall und Plattiermetall engeschlossene V'inkel zwischen 5 und 22°.

Gemäß der bevorzugten .Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berührt das Plattiermetall die V.'alze, bevor es mit dem Grundnetall in Berührung kommt, und zwar unabhängig davon, ob das Grundmetall ein- oder beidseitig plattiert wird, /n der Vorderseite der ",'alzen (Eintrittsseite) bewegen sich die "alzen und das Plattiernetall mit verschiedenen Geschwindigkeiten, während sie sich auf der /ustrittsseite infolge der Verminderung der Stärke des Verbundmetalles beide mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen. Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem Plattiermetall und den Unfangsflachen der '"alzen führt, zusammen mit der Verfahrensrnaßnahme, daß das Plattiermetnil, bevor es das Grundraetall berührt, nit den Y.'alzen in Kontakt gebracht wird, sov/ie mit der mit der Rekristallisation des Grundnetalles

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verbundenen Atomverschiebung zu einer turbulenten Strömung des Metalles in der Grenzschicht, die eine innige Bindung bewirkt und. die Grenzfläche zwischen den Schichten des Verbundmetalles im allgemeinen um 20 $ oder mehr vergrößert.

Es wurde gefunden, daß durch das vorstehend beschriebene einfache Verfahren technisch außerordentlich vorteilhafte Verbundmetalle hergestellt werden können, bei welchen die Grenzfläche zwischen Grundmetall und Plattiermetall die vorstehend angegebenen Eigenschaften aufweist. Die erfindungsgemäßen Verbundmetalle besitzen hervorragende physikalische Eigenschaften, zum Beispiel eine hohe Bindungsfestigkeit, und weisen auch keine Metalldiffusion zwischen den Schichten auf, die zur Bildung spröder Verbindungen führen könnte. Die überraschenden Vorteile der Erfindung werden mittels eines einfachen und zweckmäßigen Verfahrens erzielt, zu dessen Durchfüh rung keine teuren Anlagen erforderlich sind wie häufig bei bekannten Verfahren.

'"ie bereits erwähnt, muß erfindungsgemäß mindestens eine Komponente des Verbundmetalles eine Rekristallisationstemperatur unter 260 C besitzen, während eine zweite Komponente eine Rekristallisationstemperatur besitzen muß, die um mindestens 55»·5 C höher liegt als die der ersten Komponente.

Mit Rekristallisationstemperatur wird hier die niedrigste Temperatur bezeichnet, bei der eine Rekristallisation des kalt verformten Metalles in einer bestimmten Zeit erfolgt.

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Nominell bedeutet "kalt verformt", daß mindestens 50 ^cß> des Materials ein durch Kaltverformung entstandenes Gefüge besitzen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Komponente mit der tieferen Pekristallisationstemperatur das Grundmetall. Die Erfindung wird deshalb an Hand dieser bevorzugten Ausführun^sform erläutert. Selbstverständlich kann jede der Komponenten als Grundmetall verwendet werden. Beispiele für Kupferlegierungen mit einer Rekristallisationstemperatur unter 260° C sind: Kupfer von handelsüblicher Reinheit, verschiedene hochleitfähige Kupferqualitäten mit einer Leitfähigkeit von mehr als 50 <f° IACS. Wahlweise kann das Gurnmetall ein niedrigschmelzendes Metall, zum Beispiel Blei, Zinn, Zink, Aluminium, oder eine Legierung aus diesen Metallen sein.

Das Grundmetall wird vorzugsweise in Form von weniger als 12,7 mm starken Platten verwendet, das heißt, das Grundmetall kann zum Beispiel in Form von P.ollen, 3ändern und Blechen verwendet werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die zu verbindenden Oberflächen des Grundmetalles und des Plattiermetalles mechanisch aufgerauht, um einen guten Kontakt der Oberflächen beim Zusarnmenwalzen sicherzustellen. Die Oberflächen können zum Beispiel mit einer Draht-"t'irste behandelt oder geschliffen werden. Diese Vorbehandlung ißt jedoch nicht unbedingt erforderlich.

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Das Plattiermetall nuß eine Rekristallisationstenperatur besitzen, die um mindestens 56,65° C, vorzugsweise 167° C, höher liegt als diejenige des jeweiligen Grundmetalles. Der Grund hierfür ist natürlich der, daß bei dem angegebenen Unterschied zwischen den Pekristallisationstemperaturen die Verfahrensbedingungen so gewählt v/erden können, daß nicht beide Komponenten in der vorstehend definierten Weise merklich rekristallisieren.

Als Plattiermetall kann zum Beispiel eine Kupferlegierung oder Blei, Zinn, Wickel, Zink, Titan, Eisen, Silber oder Aluminium oder eine Legierung dieser Metalle verwendet v/erden. Erfindungsgemäß kann das Kupfergrundmetall natürlich auch auf beiden Seiten mit verschiedenen Metallen plattiert werden.

Das Plattiermetall soll in Form von Platten mit einer Stärke von weniger als 6,35 nim verwendet werden, das heißt, Plattiermetall und Grundmetall werden zweckmäßig in Form von zu Rollen aufgewundenen Bändern oder Blechen, usw. verwendet. Dementsprechend ist das fertige Verbundmetall höchsten 15»24 mm stark, wenn das Grundmetall auf beiden Seiten plattiert v/ird, und höchsten 11,43 mm im Falle eines nur auf einer Seite beschichteten Grundmetalles. Die geringste Materialstärke, in der sov/ohl Grundmetall als auch Plattiermetall nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet werden können, beträgt etwa 0,0254 mm.

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Grundmetall und Plattiermetall können vor der Verarbeitung "beliebig angelassen werden und ein beliebiges Gefüge besitzen, sofern sie den vorstehend genannten Bedingungen bezüglich der Rekristallisationstemperaturen genügen, Vorzugsweise soll das Grundmetall durch Kaltverformen gehärtet und das Plattiermetall weichgeglüht sein, da dann der Unterschied zwischen den Rekristallisationstemperaturen größer ist. Oberflächenoxyde, es sei denn sehr starke Schichten, stören im allgemeinen beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht. Dies ist besonders überraschend und ein bemerkenswerter Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, da bei den herkömmlichen Verfahren die .Ausgangsmaterialien vor der Verarbeitung von Oberflächenoxydschichten befreit werden müssen. Bei herkömmlichen Verfahren wird häufig unter Schutzgas gearbeitet, um die Bildung von Oxydschichten vor dem Zusanmenwalzen der Verbundmetallkomponenten zu vermeiden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind diese speziellen Schutzmaßnahmen nicht erforderlich.

Schmutz oder anhaftende Schmiermittel sollen jedoch auch beim erfindungsgemäßen Verfahren von den Metalloberflächen vor der Verarbeitung entfernt werden, um eine hohe Haftreibung zwischen Grundmetall und Plattiermetall sicherzustellen. Es können beliebige, bekannte Reinigungsverfahren angewendet werden, zum Beispiel taschen des Grundraetalles und Plattiermetalles mit einer Seifen- oder lietzmittellösung, zum Beispiel mit einem alkalischen Reinigungsmittel, oder mit Lösungsmitteln, wie Tetrachlorkohlenstoff oder Trichloräthylen.

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Es ist überraschend, daß das Verbundmetall durch Zusanmenwalzen von Grundmetall und Plattiermetall hergestellt werden kann, ohne daß eine oder gar beide der Komponenten erhitzt werden müssen. Es kann allenfalls erforderlich sein, das Grundmetall leicht zu erwärmen. Dies ist ein besonderer Vorteil der Erfindung. V.'ird zum Beispiel ein Verbundmetall hergestellt aus Kupfer von handelsüblicher Reinheit, das bei etwa 191° C rekristallisiert, als Grundmetall und einer Kupf er-liickellegierung aus 75 ^cß> Kupfer und 25 $ Nickel als Plattiermetall, die bei etwa 538 C rekristallisiert, so muß, wenn Grundnetall und Plattiernetall ohne vorherige Erwärmung der Grundmetalles zusammengewalzt werden, in einem Stich sehr stark herabgev/alzt werden, um das Grundmetall zum Rekristallisieren zu bringen, das heißt, die Stärkeverninderung in einem Stich muß mindestens 81 bis 90 $ betragen, "ill-man bei der Herstellung des Verbundmetalles eine geringere Stärkeverminderung je Stich anwenden, so ist das Grundmetall etwas anzuwärmen, zum Beispiel auf 94 bis 135° C, wodurch ein Herabwalzen um nur 70 bis 80 fo erforderlich ist, um das Grundmetall zum Rekristallisieren zu bringen. Wahlweise kann das Grundmetall ein kaltverformte.8 Gefüge aufweisen, zum Beispiel 3 Ms 50 ^c/o Kaltverformung. In diesem Fall erfolgt die Rekristallisation bereits bei einem Herabwalzen von 70 bis 80 fo auch ohne Vorerwärmung des Grundmetalles. Gewünschtenfalls können die Walzbedingungen zum Beispiel durch Regelung des Schmiermittels oder der "^ralzgeschwindigkeit so gewählt werden, daß das Grundraetall sich auf eine Temperatur von über 191° C erhitzt, wo-

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durch es rekristallisiert. Auf Grund seiner hohen Rekristallisationstenperatur rekristallisiert die Kupfer-Nickellegierung unter der Einwirkung der dem Verbundmetall beim Walzen zugeführten verhältnismäßig geringen Wärmemenge natürlich nicht. Grundmetall und Plattiernetall treten erfindungsgemäß vorzugsweise in einem V'inkel in die Walzen ein, so daß sie erst am Eingriffspunkt der V'alzen miteinander in Berührung kommen. Die Materialien werden mit einer hohen '.'alzgeschwindigkeit von mindestens 6,01 m pro Minute, zusammen- und in einem Stich um 40 "bis 90 °/o ihrer Stärke heruntergewalzt. Der jeweils anzuwendende "'ert dieser Variablen hängt vom verwendeten Grundnetall bzw. von dessen Rekristallisationstemperatur und seiner Temperatur beim Eintreten in die V'alzen ab. Vorzugsweise werden die Komponenten mit einer Geschwindigkeit von 18,28 bis 91,44 m pro Minute und mit einer.Stärkeverminderung von 70 bis 85 i" je Stich zusammengewalzt. Das Kupfergrundmetall soll in Abhängigkeit davon, in welchem Ausmaß es durch Kaltverformen gehärtet ist, beim Eintritt in die Walzen eine Temperatur von vorzugsweise etwa 15 bis 155° C besitzen. Je höher der Anteil an kaltverformtem Gefüge ist, umso niedriger kann die Eintrittstemperatur sein.

Grundmetall und Plattiermetall werden den V'alzen vorzugsweise bo zugeführt, daß sie einen Winkel von mehr als 10°, im allgemeinen zwischen 5 und 22 , einschließen, um sicherzustellen, daß sie erst im Walzenspalt in Berührung kommen sowie möglichst hohe Scherkräfte in der Grenzfläche zwischen den beiden Komponenten zu erzeugen. Die Scherung an der Grenzfläche ermög-

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licht es, eine Grenzfläche zu erzeugen, die um mindestens 10 ^c/i größer ist als die plane Oberfläche des Verbundmetalles, das heißt, die Grenzfläche zwischen dem Grundmetall und dem Plattiermetall ist wellenartig ausgebildet, wodurch eine merkliche Vergrößerung der Berührungsfläche zwischen den beiden Komponenten zustandekomnt. Es sei darauf hingewiesen, daß in der Grenzfläche zwischen Grundmetall und Flattiermetall keinerlei feststellbare atomare Diffusion auftritt. V'ird zum Beispiel eine Aluminiumlegierung als Plattiermetall verwendet, so diffundieren praktisch keine .Aluminiumatome in das Kupfergrundmetall. Dadurch bilden sich auch keine feststellbaren Mengen von schädlichen intermetallischen Cu-Al-Verbindungen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zur Fertigstellung des Verbui.dnetalles kein Diffusionsglühen erforderlich ist, wie dies bei herkömmlichen Verfahren zur Erzielung einer sicheren Bindung zwischen Grundraetall und Plattiermetall häufig notwendig ist. Daß bei erfindungsgemäßen Verbundmetallen kein Diffusionsglühen erforderlich ist, ist deswegen besonders vorteilhaft, weil durch Diffusionsglühen infolge der langen Behandlungszeiten und durch Codiffusion von Gasen in die Grenzschicht zwischen Grundmetall und Plattiermetall Blasenbildung erfolgen kann und häufig auch erfolgt. Das Diffusionsglühen fördert außerdem die Bildung von Metall-Metallverbindungen.

Bei den erfindungsgemäßen Verbundmetallen sind nach dem Zusammenwalzen keinerlei weitere Behandlungen erforderlich. Die erfindungsgemäßen Verbundmetalle werden bereits in handels-

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üblicher Form hergestellt und können sofort für den gewünsch- . ten Verwendungszweck benutzt v/erden. Pur spezielle Anwendungszweeke kann -es natürlich fallweise erwünscht sein, die erfindungsgeraäßen Verbundmetalle üblichen Nachbehandlungen zu unterziehen. Zum Spannungsfreiinachen oder um dem Verbundnetall gewünschte besondere Eigenschaften zu verleihen, können sie zum Beispiel kurzen V'ärmebehandlungen unterzogen werden, zum Beispiel angelassen oder zur Alterung wärmebehandelt werden, "'eitere Beispiele derartiger Nachbehandlungen sind Nachwalzen zur Erzielung besserer Maßhaltigkeit oder zusätzliches Verformungshärten usw.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Als Grundmetall wird ein 4,06 mm stärker Streifen aus Elektrolytkupfer handelsüblicher Reinheit mit einem Kupfergehalt von 99f9 io auf beiden Seiten mit einer 75 /° Kupfer und 25 $ Nickel enthaltenden Kupferlegierung plattiert, die in Form von 1,143 mm starken Blechstreifen verwendet wird.

Alle Verfahrensschritte werden unter Luftzutritt durchgeführt. Grundmetall und Plattierraetall sind vollständig weichgeglüht und somit beide restlos rekristallisiert.

Grundnetall und Plattiermetall werden in einer alkalischen Netzraittellösung gereinigt, mit warmem Nasser gespült und mit Warmluft getrocknet. Die Oberflächen des Grundmetalles und der Plattiermetallstreifen v/erden dann mit einer Drahtbürste angerauht.

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Dann werden Grundmetall und Plattiermetall ohne vorherige Anwärmung einer der beiden Komponenten bei Zimmertemperatur (etwa 25° C) zusammengewalzt. Die V'alzgeschwindigkeit beträgt 12,19 bis 45,72 m pro Minute. Es wird ein '.Valzwerk mit kontinuierlich einstellbarer V'alzgeschwindigkeit verwendet. Die Materialien werden in einem Stich um 80 °/o ihrer Stärke heruntergewalzt. Die Plattiermetallbleche werden der V/alze so zugeführt,daß sie einen '"inkel von 12 einschliessen, der durch das Grundmetall halbiert wird. Grundmetall und Plattiermetallstreifen werden erst im 'Walzenspalt zusammengeführt, wobei die Plattiermetallstreifen zuerst die Walzen und dann erst das Grundmetall berühren.

Figur 1 zeigt einen Schnitt durch das so hergestellte Verbundraetall in 65-facher Vergrößerung. Das Verbundmetall

v/eist eine mäßige Bindungsgüte mit einer Abzugfestigkeit von 18,14 bis 27,22 kp auf. Die Abzugsfestigkeit ist ein Maß für die Bindungsgüte und wird an einem 19»04 mm breiten Probeblech bestimmt, bei welchem das Plattiermetall direkt vom Grundmetall abgezogen wird.

Die Abzugsfestigkeit ist ein Maß für die erforderliche Kraft, um die Komponenten des Verbundmetalles auseinanderzureißen. Je höher die Abzugsfestigkeit, desto besser ist die erzeugte Bindung.

Dob so hergestellte Verbundmetall ist etwa 1,27 mm stark. Die Auswertung der Figur 1 ergibt, daß (1) keine erkennbare

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atomare Diffusion zwischen Plattiernetall und Grundmetall stattgefunden hat und daß (2) die Grenzfläche zwischen Grundmetall und Plattiermetall um mindestens 10 $ größer ist als die plane Fläche eines entsprechenden Stückes des Verbundraetalles. Die Grenzfläche zwischen Grundmetall und Plattiermetall ist durch eine leicht wellenförmige Ausbildung gekennzeichnet. Aus Figur 1 ist weiterhin zu ersehen, daß weder das Grundmetall noch die beiden Plattiermetallschichten rekristallisiert sind. Dies ist aus dem gelängten Korngefüge von Grundmetall und Plattiermetall in Figur 1 zu erkennen.

Beispiel 2

Beispiel 1 wird wiederholt, wobei jedoch abweichend von Beispiel 1 das gereinigte und angerauhte Grundmetall in einem Ofen auf 121,11° C erhitzt und anschließend sofort mit dem kalten Plattiermetallstreifen zusammengewalzt wird.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch das so hergestellte Verbundmetall in*65-facher Vergrößerung. Das Verbundmetall weist eine hohe Bindungsgüte mit einer Abzugsfestigkeit von über 40,82 kp auf. Aus Figur 2 ist zu ersehen, daß (1) keine erkennbare atomare Diffusion zwischen Plattiermetall und Grundmetall stattfindet und daß (2) die leicht wellenförmige Grenzfläche zwischen Grundmetall und Plattiermetall um mindestens 10 $ größer ist als die plane Fläche eines entsprechenden Materialstückes. Weiterhin ist aus Figur 2.

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zu ersehen, daß dos Grundnetall, nicht aber dan Plattiermetall, rekristollisiert ist. Ks sei angenerkt,- daß das Grundnetall nach dem Erhitzen auf 121° C zunächst immer nach rekristallisiert ist, dann jedoch in Walzenspalt ein kaltverformtes Gefüge erhält und anschließend bei der durch das Iierabwalzen um 80 ?■> hervorgerufenen erhöhten Temperatur im Walzenspalt wiederum zu rekristallisieren beginnt.

Beispiel 3

Beispiel 1 wird wiederholt, wobei im Grundmetall vor dem Zusanmenwalz'en 11 ^c/o kaltverforntes Gefüge erzeugt v/erden. Das Grundmetall ist daher beim Eintritt in die Walze nicht rekristallisiert.

Figur 3 zeigt ein so hergestelltes Verbundmetall in 65-facher Vergrößerung. Das Verbundnetall weist eine hohe Bindungsgüte mit einer .Abzugsfestigkeit von über 40,82 kp auf.

Aus Figur 3 ist zu ersehen, daß (1) keine erkennbare atomare Diffusion zwischen Plattiermetall und Grundmetall stattgefunden hat und daß (2) die Grenzfläche zwischen Grundrctall und Plattiernetall um mindesten 10 "/■> größer ist als die plane Fläche eines entsprechenden Verbundmetallstückes, wobei die Grenzfläche zwischen Grundmetall und Plattiermetall leicht wellenförmig ausgebildet ist. Aus-Figur 3 ist weiterhin ersichtlich, daß die Plattiermetallschichten nicht rekristallisiert sind, wahren! das Grundmetall rekristallisiert ist. Vor dem Zusamnenwalzen war urundmetall nicht rekristalli-

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siert. Das Herabwalzen um 80 ^c/> der ursprünglichen Stärke ri)icht jedoch aus, um das Grundmetall zum Rekristallisieren zu bringen, da ihm vor der Verarbeitung 11 $ kaltverformtes Gefüge verliehen wurden.

Beispiel 4

Beispiel 1 wird unter Verwendung von hochreinem Aluminium als Grundmetall und korrosionsbeständigem Stahl als Plattiermetall wiederholt. Das Aluminium besitzt ein kaltverformtes H-14 Gefüge. Grundmetall- und Plattierraetallschichten werden analog Beispiel 1 zusaramengev/alzt, wobei die Stärke in einem Stich um 60 % herabgewalzt wird. Das so hergestellte Verbundmetall weist eine hohe Bindungsgüte analog derjenigen der Verbundmetalle gemäß Beispiel 2 und 3 sowie ähnlich gute physikalische Eigenschaften" wie diese Verbundmetalle auf. Die Plattiermetallschichten sind nicht rekristallisiert, während das Grundmetall rekristallisiert ist.

Beispiel 5 '

Beispiel 2 und 3 v/erden unter Verwendung von handelsüblichem Patronenmessing mit einem Gehalt von 70 # Kupfer und 30 fo Zink als Plattiermetall wiederholt.

Man erhält dabei Verbundmetalle mit vergleichbaren Eigenschaften wie diejenigen der Verbundmetalle gemäß Beispiel 2 und 3 und mit einer Abzugsfestigkeit von Über 40,82 kp. Das

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Grundmetall ist rekristallisiert, währen!die Plattierraetallschichten nicht rekristallisiert sind.

Patentansprüche

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Claims

1577108 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Verbundnetallen aus mindestens zwei verschiedenen Metallen, dadurch gekennzeichnet, daß

(Λ) ein Metall mit einer unter 260° G liegenden Rekristallisationstemperatur und

(B) ein zweites I-ietall mit einer in Bezug auf das erste Metall um mindestens 55,5° C höheren Rekristallisationstemperatur (C) in direkten Oberflächenkontakt gebracht und mit einer Geschwindigkeit von mindestens 6,01 m pro Minute zu einem Verbundmetall zusannengewelzt werden, wobei man die « ursprüngliche Stärke in einem Stich um 40 bis 90 °/o vermindert, und zwar so, daß beim Zusamraenwalzen nur die erste Komponente (A) rekristallisiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -τ zeichnet , daß das Grundmetall in Form von höchstens 12,7 mm starken Platten verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Plattiermetall in Form von höchstens 6,35 ram starken Platten verwendet wird.

4· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Grundmetall eine Kupferlegierung verwendet wird.

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5. Verfahren nach einen der .Ansprüche T bis 3> dadurch gekennzeichnet , daß Kupfer von handelsüblicher Reinheit als Grundraeta.il auf beiden Seiten mit einer 75 °/o Cu-, 25 i° Ni-Legierung plattiert wird.

6. Verfahren nach ein._;m der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß Grundmetall und Plattiermetall den Walzen so zugeführt werden, daß sie sich erst im V'alzenspalt berühren, daß das Plattiermetall die Walzen eher berührt als das Grundmetall und daß Grundmetall und Plattiermetall beim Eintritt in die Walzen einen Winkel von mehr als 5° einschließen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k_%einzeichnet , daß das Grundmetall vor dem Zuse.nmenwalzen auf etwa 93 bis 135° G vorgewärmt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g eke η nze lehnet , .'la.S ein Plattiermetall verwendet wird, das eine um mindestens 167° C höhere Rekristallisationstenperatur "besit?" als das Jrundnetall.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 8, dadurch gekennzeic h η e t , daß ein Grundmetall mit einem kaltverformen C-efüge verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß ein Plattiermetall mit

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einem weichgeglühten Gefüge verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß Grundnietall und Plattiermetall kalt zusammengewalzt werden.

12. Verbundmetall, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Stärke von höchstens 15,24 mm, ohne erkennbare atomare Diffusion zwischen Grundmetall und Plattiermetall, eine Grundfläche, die um mindestens 10 io größer ist als die plane Fläche eines Verbundmetallbleches von gleicher Kantenlänge, durch ein mindestens 25 i° gleichachsiges Korn enthaltendes Gefüge der einen Komponente und ein Gefüge der zweiten Komponente mit in Walzrichtung stark gelängtem Korn, wobei die Kristallitaßhsen ein Verhältnis der Längsachse zur Querachse von mindestens 2:1 aufweisen, sowie durch einen direkten Kontakt der Oberflächen von Grundmetall und Plattiermetall.

15· Verbundmetall nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmetall die rekristallisierte Komponente ist.

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L e e r s e i t e