DE1921442A1

DE1921442A1 - Explosion coating of titanium

Info

Publication number: DE1921442A1
Application number: DE19691921442
Authority: DE
Inventors: Wilms Dipl-Ing Hans-Friedrich; Ehle Dipl-Ing Joachim; Klein Dipl-Ing Winfried
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1969-04-26
Filing date: 1969-04-26
Publication date: 1970-11-19

Abstract

Explosion coating of titanium and similar metals on the base metal is carried out by placing an explosive layer over the coating metal and forming a space between the ground metal layer. The space is then filled with an inert gas with outer edges sealed off by welding. The edges are preferably blocked by pipes with holes for argon filling which are closed after the completion of the gas charge.

Description

"Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen mittels Explosionsplattieren, wobei mehrere Werkstofflagen übereinander auf einen Grundwerkstoff aufplattiert werden. Die aufzuplattierenden Werkstofflagen sollen dabei insbesondere aus Titan, Tantal, Molybdän, Zirkon oder einem anderen verwandten Werkstoff bestehen. Diese Metalle bilden beim Verschmelzen mit Stahl oder anderen Metallen spröde intermetallische Phasen und haben eine große Affinität zu Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Die Aufnahme von Sauerstoff und Stickstoff verläuft dabei im Gegensatz zur Wasserstoffaufnahme nicht umkehrbar und führt ebenfalls zur Versprödung. Auierdom nehmen diese Metalle in gelöstem Zustand viele anders Metalle in sich auf, was ebenfalls zu einer Versprödung führen kann. Außer den genannten Gründen ist eine Aufplattierung dieser Metalle auf Stahl oder einem anderen Grundwerdstoff, z.B. Kupfer oder rostfreier Stahl, auf konventionellem Wege durch Walzplattieren oder Schweißen nicht möglich, weil die spröden Grenzschichten zwischen den verschiedenn Metallen schon bei geringster mechanischer Beanspruchung den Zusammenhalt verlieren. "Process for the manufacture of composite materials" The invention relates to a process for the production of composite materials by means of explosion cladding, whereby several layers of material are plated on top of one another on a base material will. The material layers to be plated should be made of titanium in particular, Tantalum, molybdenum, zirconium or another related material exist. These Metals form brittle intermetallic ones when fused with steel or other metals Phases and have a great affinity for hydrogen, oxygen and nitrogen. The uptake of oxygen and nitrogen is in contrast to the uptake of hydrogen not reversible and also leads to embrittlement. Auierdom take these metals in the dissolved state many different metals in itself, which also leads to embrittlement can lead. In addition to the reasons mentioned, these metals are plated on steel or another base material, e.g. copper or stainless steel, not possible in the conventional way by roll cladding or welding because the brittle boundary layers between the different metals even at the slightest lose cohesion due to mechanical stress.

Die genannten Schwisrigkeiten sind durch das bekannte Explosionsplattieren weitgehend beseitigt.The difficulties mentioned are due to the known explosion plating largely eliminated.

Erhebliche Schwierigkeiten entstehen jedoch dann, wenn Stahl oder ein anderer Grundwerkstoff mit einer verhältnismäßig dicken Auflage aus Titan.However, significant difficulties arise when steel or Another base material with a relatively thick layer of titanium.

oder einem anderen verwandten Metall nach diesem Verfahren versehen werden soll. Die Grenzdicke einer noch einwandfrei zu plattierenden Auflage liegt etwa bei 8 mm. Darüber hinaus versagt das Verfahren in zunehmendem Maße, wofür verschiedene Gründe, die im übrigen noch nicht alle geklärt sind, in Frage kommen können. Werden dickere Platierauflagen verlangt, so muß man zur Mshrlagenplattierung, dem sogenannten Sandwich-Verfahren Ubergehen, wobei in der Regel die aufzuplattierenden Werkstofflagen gleichzeitig auf den Grundwerkstoff aufgeschossen werden Es hat sieh Jedoch gezeigt, daß der Verbund der aufplattierten Werkstofflsgen und untereinander von geringer Festigkeit ist. Die Ursache ist eine Aufhärtung in der Grenzsohicht. likrohärteuntersuchungen an Titan/Titan-Grenzschichten habenergeben, daß dort die Härte un das 4- bis 5-fache angestiegen ist. Damit ist nicht nur die Haltbarkeit der Verbindung bei mechanischer Beanspruchung sondern auch die spanende Bear beitung zumindest erheblich eingeschränkt. die Ursache dieser Veruprödung ist die Auf nahme von Stickstoff, Sauerstoff und/oder Wasserstoff aus der Luft, in/dem sich während des Verfahrens ausbildenden sogenannten Kollisionspunkt, in dem sich unter dem hohen Druck plastisches oder sogar flüssiges Metall bildet.or another related metal by this process shall be. The limit thickness of a layer that can still be properly plated is around 8 mm. In addition, the method is increasingly failing, for which various reasons Reasons which, by the way, have not yet all been clarified, may come into question. Will requires thicker plating layers, one has to use brass plating, the so-called Skip the sandwich process, with the layers of material to be cladded as a rule be shot at the same time on the base material However, it has shown that that the bond between the clad materials and one another is less Strength is. The cause is a hardening in the border layer. Liquor hardness tests on titanium / titanium boundary layers have shown that the hardness there is 4 to 5 times has increased. This not only increases the durability of the connection with mechanical Stress but also machining, at least considerably limited. the cause of this brittleness is the uptake of nitrogen, oxygen and / or Hydrogen from the air, in the so-called that forms during the process The point of collision in which plastic or even liquid forms under the high pressure Metal forms.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, Stahl oder einen anderen metallischen Grundwerkstoff mit einer verhältnismäßig dicken Auflage zu versehen, die aus Titan, Tantal, Molybdän, Zirkon oder einem verwandten Metall besteht und die vorgenannten Nachteile nicht aufweist. Diese Aufgabe wurde durch ein Explosionsplattierverfahren gelöst, bei dem mehrere Werkstofflagen übereinander auf einen Grundwerkstoff aufplattiert werden und das sich dadurch auszeichnet, daß die jeweils aufzuplattierende Werkstofflage vor der Zündung mit Abstand vom Grundwerkstoff bzw. von den bereits aufplattierten Werketoffiagen angeordnet und in an sich bekannter Weise auf ihrer dem Grundwerkstoff abgekehrten Seite unmittelbar oder unter Vischenlegen einer Schutzschicht mit Sprengstoff beschichtet wird und daß der beim Anordnen der Werkstofflagen zwischen diesen Jeweils ausgebildete Raum mit inertem Gas ausgefüllt wird.The object on which the invention is based exists in this, Steel or another metallic base material with a relatively thick Edition made of titanium, tantalum, molybdenum, zirconium or a related one There is metal and does not have the aforementioned disadvantages. This task was solved by an explosion cladding process, in which several layers of material on top of each other be plated on a base material and which is characterized in that the material layer to be cladded before ignition at a distance from the base material or arranged from the already plated Werketoffiagen and known per se Place directly on the side facing away from the base material or under a mixture a protective layer is coated with explosives and that when arranging the Material layers between these respectively formed space filled with inert gas will.

Mit diesem Verfahren ist es möglich, Plattierauflagen von praktisch unbegrenzter Dicke zu erzielen, ohne daß Änderungen der mechanischen oder metallungischen Eigenschaften in den Metallen, insbesondere in den Grenzflächen, auftreten, die zu den genannten Schwierigkeiten bei der weiteren Verarbeitung der Verbundwerkstoffe freon.With this method it is possible to make plating layers of practical to achieve unlimited thickness without changes in the mechanical or metallungischen Properties in the metals, especially in the interfaces, occur that on the difficulties mentioned in the further processing of the composite materials freon.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß der svischen den Werkstofflagen ausgebildete Raum an den äußeren Kanten der Lagen abgedichtet wird.In a further embodiment of the invention, it is advantageous that the The space formed between the layers of material is sealed at the outer edges of the layers will.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Es zeigeg. 1 einen Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 3, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II'in Fig. 3, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig 1 Eine aus Stahl als Grundwerkstoff bestehende Platte 1 ist bereits mit einer aus Titan bestehenden Werkstofflage nach einem der be kannten Explosionsplatierverfahren versehen.In the drawing is an embodiment of the invention Procedure shown schematically. It shows. 1 shows a section along the line I-I in Fig. 3, Fig. 2 a section along the line II-II 'in Fig. 3, Fig. 3 a section according to the line III-III in Fig. 1 A plate made of steel as the base material 1 is already known with a material layer made of titanium according to one of the known Provide explosion plating process.

Über der Werkatoffiage 2 ist eine weitere ebenfalls aus Titan bestehende Werkstofflage 3 angeordnet, die auf der Oberseite mit einem Sprengstoff 4 belegt in Ein Rohr 5 liegt an den einander gegenüber liegenden Kanten 6 und 7 der Werketofflagen 2 und 3 an und ist dort angexchteißt. In gleicher Weise ist an dem gegenüberliegenden Ende der Anordnung an den Kanten 8 und 9 der Werkstofflagen 2 und 3 ein Rohr 10 angeschweißt. Die verbleibenden, einander gegenüberliegenden Kanten der Werkstofflagen 2 und 3 sind durch angeschweite Bleche 11 und 12 miteinander verbunden. Durch die Anordnung der Rohre 5, 10 und der Bleche 11, 12 ist der zwischen den Werkstofflagen 2 und 3 ausgebildete Raum 13 dicht abgesohlossen und gleicbzeitig der erforderliche Abstand der Werkstofflagen 2, 3 voneinander eingestellte Im vorliegenden Fall ist dieser Abstand nicht gleichbleibend, sondern durch die Anordnung von Rohren 5, 10 mit verschiedenen Außendurchmessern vom Zündende ausgehend größerwerdend. Das Zündende ist erkennbar durch am Sprengstoff 4 angeordnete Zünder 14. Die Werkstofflagen 2 und 3 können selbstverständlich auch im gleichbleibenden Abstand zueinander angeordnet werden.Above Werkatoffiage 2 is another one made of titanium Material layer 3 is arranged, which is covered with an explosive 4 on the upper side in a tube 5 lies on the opposite edges 6 and 7 of the Werketofflagen 2 and 3 and is afraid there. In the same way is on the opposite At the end of the arrangement at the edges 8 and 9 of the material layers 2 and 3, a tube 10 welded on. The remaining, opposite edges of the material layers 2 and 3 are connected to one another by welded-on metal sheets 11 and 12. Through the The arrangement of the tubes 5, 10 and the metal sheets 11, 12 is that between the layers of material 2 and 3 formed space 13 sealed off and at the same time the required The spacing of the material layers 2, 3 from one another is set in the present case this distance is not constant, but rather through the arrangement of tubes 5, 10 with different outside diameters increasing from the end of the ignition. The end of the ignition can be recognized by the detonator 14 arranged on the explosive 4. The layers of material 2 and 3 can of course also be arranged at a constant distance from one another will.

Die Rohre 5, 10 und die Bleche 11, 12 bestehen aus Titan. Sie können jedoch auch aus anderen Metallen bestehen.The tubes 5, 10 and the sheets 11, 12 are made of titanium. You can but also consist of other metals.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die Rohre 5 und 10 jeweils an einem Ende verschlossen.As can be seen from Fig. 3, the tubes 5 and 10 are each on one Locked end.

Ferner sind sie mit Bohrungen 15 und 16 versehen, die bei der Anordnung jeweils dem Raum 13 zugewandt sind. Durch die offenen Enden der Rohre 5 und 19 sowie durch die Bohrungen 15 und 16 hindurch wird nunmehr der zwischen den Jerkstofflagen 2 und 3 ausgebildete Raum 13 solange mit Argongas in Richtung der Pfeile gespült, bis die Luft vollständig durch das Irgongas ersetzt ist.They are also provided with bores 15 and 16, which in the arrangement each face the room 13. Through the open ends of tubes 5 and 19 as well through the bores 15 and 16 is now the one between the layers of fabric 2 and 3 formed space 13 while flushed with argon gas in the direction of the arrows, until the air is completely replaced by the Irgon gas.

Danach werden die offenen Enden der Rohre 5 und 10 verschlossen. Die auf diese Weise erstellte Anordnung kann auch transportiert oder gelagert werden. Der ßprengstoff 4 wird Jedoch zweckmäßigerweise erst vor dem Plattieren aufgebracht. Beim Ablauf des eigentlichen Plattierverfahrens nach der Zündung brechen die an den äußeren Kanten der Werkstofflage angeordneten Schwißnähte durch, womit sich die Rohre 5, 10 und die Bleche 11, 12 ablösen und das irgongas nach åußen entweichen kann. Das Verfahren wird in gleicher Weise wiederholt, solange, bis dia gewünschte Dicke der Titan-Auflage erzielt ist.Then the open ends of the tubes 5 and 10 are closed. the Arrangement created in this way can also be transported or stored. However, the explosive 4 is expediently only applied before the plating. When the actual plating process takes place after ignition, they break the outer edges of the material layer arranged through welds, which Detach the tubes 5, 10 and the metal sheets 11, 12 and the iron gas escapes to the outside can. The process is repeated in the same way until the desired Thickness of the titanium overlay is achieved.

Bei nach diesem Verfahren hergestellten Verbundwerkstoffen haben Messungen ergeben, daß in den Titan/Titan-Grenzschichten die Aufhärtung geirng ist und nur noch etwa das 1,3- bis 1,4-faehe beträgt.In the case of composites made by this process, have measurements show that in the titanium / titanium boundary layers the hardening is poor and only still about 1.3 to 1.4 times.

Die Schweißnähte an den äußeren Kanten der Werkstofflagen 2, 3 brauchen nicht durchgehend zu sein. Ein sogenanntes Anhelften reicht in vielen Fällen aus. Das Abdichten des Raumes 13 wird in dem Falle mittels Klebestreifen, Spachtel oder dergleichen bewirkt.The welds on the outer edges of the material layers 2, 3 need not to be continuous. So-called helping is sufficient in many cases. The sealing of the space 13 is in the case by means of adhesive tape, spatula or causes the like.

Anstelle von Argon können andere Edelgase zur Anwendung gebracht werden. Jedoch sind auch weitere Inertgase geeignet, z.B.Instead of argon, other noble gases can be used. However, other inert gases are also suitable, e.g.

Pat ent-iariicho: Pat ent-iariicho:

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e: 1. Process for the production of Composite materials by means of explosion cladding, with several layers of material on top of each other are plated onto a base material, characterized in that each Material layer to be cladded (3) in front of the ignition at a distance from the base material (1) or arranged from the already plated material layers (2) and in on in a known manner on its side facing away from the base material (1) directly or directly with the interposition of a protective layer with explosive (4) is coated and that when the material layers (2, 3) are arranged between them, each is formed Space (13) is filled with inert gas.

2. The method according to claim 1, characterized in that the between the material layers (2,3) formed space (13) on the outer edges (6,7,8,9) the layers is sealed.

3. The method according to claim 2, characterized in that daf to the outer Edges of the Wsrkstofflagen (2,3) sealing means (5,10,11,12) are attached, the have a total of at least two closable openings (15, 16), of which an opening or a group of adjacent openings together to an inlet pipe connected and one opening or the rest of the openings together to an outlet line is connected.

4. The method according to claim 3, characterized in that the sealing means (5,10,11,12) at least partially on the outer edges of the material layers (2,3) be welded on.

5. The method according to claim 4, characterized in that the weld seams be designed in terms of dimensioning, choice of location or choice of materials, that they break through during the plating process sequence.