DE1948150A1

DE1948150A1 - Anordnung aus Metallschichten und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1948150A1
Application number: DE19691948150
Authority: DE
Inventors: Jacques Doucerain
Original assignee: SOC DE TRAITEMENTS ELECTROLYTIQUES ET ELECTROTHERMIQUES; TRAITEMENTS ELECTROLYTIQUES
Current assignee: SOC DE TRAITEMENTS ELECTROLYTIQUES ET ELECTROTHERMIQUES; TRAITEMENTS ELECTROLYTIQUES
Priority date: 1968-09-25
Filing date: 1969-09-23
Publication date: 1970-04-02
Also published as: US3650710A

Description

Dipl.-Ing. Egon Prinz ~_o . _+Λ , _1Γ(-_η

Dr. Gertrud Hauser βοοο Ma„c_h.„ 6ο. 22.^ptember 1369

Ernsbergerstrasse IV Dipl.-Ing. Gottfried Leiser

Patentanwälte

Telegramm^: Labyrinth München

Telefon: S3 15 10 Postscheckkonto: München 117078

Unser Zeichen: S 2526

SOGIiITK DE TRAITEMENTS KQEGTROLYTIQUES ET ELECTROTHERMIQUES (S.T.E.L.)

29, Avenue Carnot, 91 Massy/Frankreich

Anordnung aus Metallschichten und Verfahren zu ihrer

Herstellung

Die Erfindung betrifft eine aus MetallsJaichten aufgebaute Anordnung, die dazu bestimmt ist, in Kontakt mit Wärmequellen gebracht zu werden, und insbesondere eine den Boden von Kochtöpfen bildende Heizanordnung.

Es ist beispielsweise bekannt, leicht zu pflegende Heizanordnungen nit grosser mechanischer -Festigkeit, die eine im wesentlichen gleichtnässige 'vv'ärmevert ellung auf ihrer Oberfläche sicherstellen, dadurch zu verwirklichen, dass man sie aus einer Platte aus gut wärmeleitenden Metall herstellt, die auf jeder Seite!mit einer rostfreien Stahlplatte abgedeckt ist, von denen eine einen Teil einer wichtigeren Platte bildet, die beispielsweise durch einen Ziehvorgang so bearbeitet ist, dass sie einen Kochtopf darstellt.

Das gut wärmeleitende Metall, das diese Platte bildet, ist häufig Kupfer. Andere Metalle oder Metallegierungen, insbesondere Aluminium sind wegen ihres niedrigeren Preises

Schw/Ba

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und ihrer besseren Wärmeleitfähigkeit bei gleichem Gewicht, der verwendeten Metalle interessanter als Kupfer.

Die derzeit bekannten Verfahren zum Verscnweissen einer Aluminiuraplatte mit einer rostfreien Stahlplatte werfen schwierige Probleme auf: Die Schmelzverfahren sind xeuer und zur Erzielung einer einwandfreien Haftung schwierig zu verwirklichen, und bei den Kartlötverfahren werden Auftragsnetalle mit einen relativ niedrigenJciiiselzpunkt verwendet, der in ,jedem -Fall unter dera Üchaelzpunkt von Aluminium liegt,, damit verhindert wird, dass dieses schmilzt. Solche Hartlötstellen sind korrosionseapfindlich, und sie können wegen ihres niedrigen Schmelzpunktes durch die Hitze zerstört werden.

2s ist die Aufgabe der Srfindung, diese liachteile zu beseitigen.

Nach der Erfindung ist die Anordnung aus Metallscaichten, die aus wenigstens einer ersten Platte aus Ketall oder einer Metallegierung und aus einer zweiten Platte aus Metall oder einer Metallegierung mit einea über dem Schmelzpunkt des Metalls oder der hetallegieruag der ersten Platte liegenden Seamelzpunkt besteht, wobei die °latten unter Zuhilfenahme einer wärmequelle und eines Hartlotauftrags durch Hartlöten zusammengefügt sind, derart ausgebildet, dass die erste Platte wenigstens auf der zu dem Hartlotauftrag hin gerichteten Jläche mit einem festhaftenden, mechanisch sehj widerstandsfähigen Überzug aus Metall oder einer Metallegierung beschichtet ist und dass das metallische Hartlotraaterial eine Schmelztemperatur besitzt, die niedriger als die des Überzugs und der zweiten Platte und grosser oder im wesentlichen

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gleich der der ersten Platte ist.

Durch die Erfindung soll ausserdem ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung mit zwei Platten nac:h der Erfindung geschaffen werden,

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

Fig.1 eine fcknittansicht eines Kochtopfs, der rait einen Ausführungsbeispiel der Anordnung aus Metallschichten nach der irfindung versehen ist,

Fig.2 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Lrfindung und

Pig.3 eine Sciinittansicht einer weiteren Ausführungsf orca der erfingungsgemässen Anordnung.

i.'ach i'ig.i ist der Boden 2 des Topfs 1 aus rostfreies btahl mit einer Platte 3 aus Aluciniua bedeckt, die vollständig in einen Überzug 4 aus mechanisch widerstandsfähigen Mitall eingehüllt und durch Hartlöten unter Zunilfenahne ies Auftragscetalls 5 fest sit der. 3cder: 2 verbanden ist. Di-? Platte 3 ist ihrerseits sit einer Platte 7 sas rostfreier, otqal bedeckt, die durch Hartlöten unter Zu:;:lfen3hae eices -ien Ajftrags se tall 5 5leicr.enf.en Auftragssetalls befestigt ist. Γ er rfeil 3 gibt die Richtung des auszuüben:: en Drucks sar lrsielung einer geeigneten Hartlötung an, die sit Hilfe eines herkösslicaen, von einem nicht dargestellten Hochfrequenzgenerator gespeisten Induktors 9 durchgeführt wird.

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Die dargestellte Heizanordnung besteht im wesentlichen aus der Edelstahlscheibe 2, die einstückig mit dem Topf 1 verbunden ist und ihren Boden bildet, und aus der Scheibe 3 aus Aluminium, deren überzug 4 die folgenden Anforderungen erfüllen muss:

Schmelztemperatur über der des umhüllten Metalls; grosse mechanische Widerstandsfähigkeit;

vollständige Haftung und Verträglichkeit mit dem umhüllten Metall;

Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion;

völlige Ungiftigkeit ( wenigstens im Pail eines Küchengeräts);

Möglichkeit der Hartlötung mit Edelstahl.

Phosphorhaltiges Nickel ist ein Beispiel eines möglichen metalls, das diese Anforderungen erfüllt, wenn das umhüllte Metall Aluminium ist und wenn es mit Edelstahl hartverlötet werden soll, wie es bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Fall ist, wo ein etwa 30 ti dicker Überzug mit einem aus einer üblichen Legierung bestehenden Auftragsmetall· verwendet worden ist, dessen Schmelzpunkt bei etwa 680⁰G liegt.

Während der vom Induktor 9 nervorgerufenen Srwärsung soll ein Druck von 3 bis 5 kg/cm ausgeübt werden.

Im Verlauf des Hartlötvorgangs 3pielt der überzug aus phosphorhaltigec iiickel die folgende Doppelrolle:

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JSr tritt an die Stelle des Aluminiums, um beim Hartlötvor gang mitzuwirken, und er stellt den mechanischen Bestand des Aluminiums sicher, das sich während des Hartlötvorgangs verflüssigt; das Aluminium wird dabei in einer Art Haut aus widerstandsfähigem Metall gehalten und erleidet keine merkliche Verformung.

Man stellt in der Praxis fest, dass diese Erhaltung des mechanischen Bestandes sogar dann notwendig ist, wenn der Schmelzpunkt des Hartlotauftrags nur wenig über dem des Aluminiums liegt, beispielsweise bei einer bei 62O⁰G schmelzende Legierung, weil es die Erzielung einer guten Hartlötung erfordert, die Platten auf eine über diesem Schmelzpunkt liegende Temperatur zu bringen.

Nach der Hartlötung kann der ausserhalb der Verbindungsstelle liegende Teil des Überzugs natürlich entfernt werden. Die vom Boden 2 entfernt liegende Seite des Überzugs kann aber auch wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel· dazu verwendet werden, die Aussenseite der Platte 3 mit einer Platte 7 aus Edelstahl abzudecken, die gleichzeitig unter den gleichen Bedingungen wie der Boden 2 hartverlötet wird.

oben beschriebenen Anordnungen erweisen sich als besonders vorteilhaft, weil die zur Erzielung der Schmelztemperatur notwendige Wärme in der Hartlötverbindungsstelle von einer Wärmequelle geliefert wird, die so angeordnet ist,, dass die Wärmeübertragung auf den Boden 2 quer durch die Gesamtdicke der Aluminiumplatte erfolgt, die als Ganzes verflüssigt wird.

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Für den Pall dass die Heizanordnung auf der anderen Fläcne der Aluminiuraplatte keine zweite Edelstahlplatte trägt, könnte ein solches Verfahren ungewöhnlich erscneinen; es ist·jedoch einerseits durch die Bedingungen der praktischen und industriellen Anwendung, insbesondere einer guten Temperaturverteüung in der Hartlötverbindungsstelle, und andererseits durch eine Vereinfachung der tferkzeugausrüstung gerechtfertigt.

Die vollständige Verflüssigung der Aluminiumplatte erfordert jedoch eine merkliche Dicke des metallischen Überzugs, der das geschmolzene Aluminium an seiner Stelle hält.

Ein weiteres Ausführungsverfahren ermöglicht die Beseitigung dieses'Nachteils.

In Fig.2, wo für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig.1 gelten, ist der Boden 2 des aus Edelstahl bestehenden Topfs 1 mit einer Platte 3 aus Aluminium bedeckt, die von einem Überzug 4 aus phosphorhaltigem Nickel umhüllt ist.Der Boden und die Platte sind dabei von einer Schicht aus Hartlotauftragsmetall 5 bedeckt.

Die der Platte 3 aus Aluminium gegenüberliegende Iläche des Bodens 2 ist von einer Platte 11 aus feuerfestem, dielektrischem Material bedeckt, die ihrerseits von einen Induktor 9 bedeckt ist, der von einem Hochfrequenzgenerator 12 und seinem Regler 19 gespeist wird. Die vom Boden 2 abgewandte Seite der Platte 3 ist von einer Metallplatte bedeckt, deren Inneres von einem System' 18 von VVasserkanälen durcteogen ist, das über die Eingänge 16 und 17 gesp.eist wird. Die auf diese Weise gebildete Stapelanordnung wird zwischen zwei Pressplatten 13 und 15 eingeschoben, die ihre Kraft

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in Richtung der entsprechenden Pfeile 20 und 21 ausüben.

Die Hartverlötung selbst wird unter den gleichen Bedingungen wie oben durchgeführt, jedoch besitzt die Wärmequelle infolge ihrer angenommenen Anordnung ihre maximale Wirksamkeit in dem der Hartlötstelle benachbarten Teil der ^Dlatte 3, wobei die Platte 11 aus feuerfestem Material zur Sicherstellung einer homogenen W^rraeverteilung beiträgt. Dagegen ist der von der Hartlötstelle abgew3ndte Teil der Platte 3 der Wirkung der als Kühlquelle wirkenden Platte H ausgesetzt, die über dieDicke .der Platte 3 einen bedeutenden Tetaperaturgradienten herbeiführt, der geeignet ist, den festen Zustand des mit der Kühlquelle 14 in Kontakt .stehenden Teils aufrecht zu erhalten, während sich der in Kontakt mit der Wärmequelle stehende Teil im geschmolzenen Zustand befindet.

Dies führt dazu, dass der Tberzug eine geringere i»icke besitzen kann und sogar auf die zum Hartlotauftragsmetall· gerichtete Fläche der Platte 3 beschränkt sein kann, äa die Platte in der Höhe der anderen fläche nicht schmilzt.

Diese3 thermische Gleichgewicht, das den ersten Anschein nach unsicher erscheinen kann, kann in Wirklichkeit während der zur Durchführung der K^.rtlötung erforderlichen Zeit durch Regelung der Energiezufuhr durch die »Värsaequelle und durch Abführung von Energie durch die Kühlquelle H leicht verwirklicht werden.

Die Regelung der Energiezufuhr in der Wärmequelle wird durch Regelung des Hochfrequenzstroms im Induktor 9 mit Hilfe einer bekannten Anordnung 19 erzielt.

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Die Regelung der ünergieabführung wird in der K'ihlquelle durch, die Regulierung der tn der Kühlquelle 14 strömenden Wassermenge erzielt.

Die oben beschriebenen Anordnungen und Verfahren betreffen Anordnungen, bei denen das als Beispiel verwendete .Edelstahl durch jedes Metall oder jede Metallverbindung mit einem über dem Schmelzpunkt des Hartlötauftragsmetalls liegenden Schmelzpunkt ersetzt werden k&nn.

Bei gewissen Mjtallen treten jedoch Realisierungsschwie-•igkeiten insbesondere bezüglich der Haftung auf.

Diese Schwierigkeiten können jedoch dadurch beseitigt werden, dass die Metallplatte mit dem höchsten Schmelzpunkt mit einem Überzug versehen wird, der gleich dem Überzug ist, der die Metallplatte mit dem niedrigsten Schmelzpunkt einhüllt.

In Iig.3 ist der aus Aluminium bestehende Zylinderkörper 10, dessen Grundfläche 103 eine der Platten der Anordnung bildet, vollständig mit einem Überzug 104 aus phosphorhaltigem Nickel beschichtet. Auf diesem kreisförmigen, ebenen Abschnitt 103 haftet unter Einfügung eines Hartlotauftrags 105 eine kreisförmige Platte 102 aus Titan, die mit einem Überzug -aus dem gleichen Material wie der Überzug 104 beschichtet ist.

Der eigentliche Hartlötvorgang kann entsprechend den oben beschriebenen Verfahren verwirklicht werden, wobei die Teile 102, 103, 104 und 105 von Fig.3 jeweils die Rolle der Teile 2, 3, 4 und 5 von Fig.1 und Fig.2 einnehmen.

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Der die Platte 102 einhüllende überzug 40, der die Aufgabe hat, die Haftung mit dem Hartlotauftrag zu erleichtern, muss nicht notwendigerweise die gesamte Oberfläche der Platte 1Ü2 bedecken. Insbesondere dann, wenn diese Platte einen Teil eines mechanisch komplizierten Stücks bildet, kann der-Überzug auf die im Kontakt mit dem Hartlotauftrag stehende Fläche beschränkt sein.

Eines der ziahlreichen Anwendungsbeispiele der hier beschriebenen Anordnungen besteht in der Herstellung von aus einer Aluminiumlegierung bestehenden Kolben für Explosionsmotoren, deren Kopf durch eine Titanscheibe geschützt sein kann, was das Verhalten des Kolbens bei der Einwirkung der brennenden und korrosionsverursachenden Gase verbessert.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Ü Anordnung aus Metallschichten mit wenigstens einer Platte aus Metall oder einer Metallegierung und einer oder mehreren weiteren Platten aus I'Iet?til oder einer Metsillegierung mit einem über dem Schmelzpunkt des Metalls oder der Metallegierung der ersten blatte liegenden Schmelzpunkt, wobei die Platten unter Zuhilfenahme einer V/iirr.equelle und eines Hartlotauftrags durch Hartlöten zusammengefügt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Platte wenigstens aus der zu dem Hartiot^uftrag hin gerichteten Flüche mit einem festhaftenden, mechanisch sehr widerstandsfähiger, ϊ,ίοζ-. zag aus Metall oder einer Metallegierung beschichtet ict, unc dass das metallische Hartlotmaterial eine Schmelztemperatur· besitzt, die niedriger als die des Überzugs und der zv/eiten Platte und grosser oder im wesentlichen gleich der der ersten Platte ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Platte vollständig mit dem Überzug beschichtet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Platte aus Aluminium vorgesehen ist, die zwischen zwei weitere Platten aus rostfreiem Stahl eingefügt ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, dass eine erste Platte aus Aluminium und eine weitere Platte aus rostfreiem Stahl vorgesehen ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1, "dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug aus phosphorhaltigem Fickel besteht.

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6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug eine auf chemischem Wege abgeschiedene Schicht ist.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ca^rs ■eine erste und'eine zweite Platte vorgesehen sind, und dass die zweite Platte in gleicher V.'eise wenigstens auf der zum Hartlotauftrag gerichteten Fläche mit einem Überzug des gleichen Materials wie die erste Platte beschichtet ist,
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite ilatte aus Titan besteht.
9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, duss wenigstens eine der Platten einen mit einem Werkstück einstückig verbundenen Bestandteil aus dem gleichen Material wie die in Betracht gezogene Platte bildet.
10. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung nach eir.e-n der Ansprüche 1,2 und 4 bis 9, bei der nur eine erste und eine weitere Platte-vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche der zweiten Platte erhitzt und die Aussenflache der ersten Platte gekühlt wird, und dass zur Homogenisierung der »'ärmevertellung über die gesamte Fläche der zweiten Platte Einrichtungen zum Regein der Energiezuia.ir durch die V/ärrae-quelle und der Energieabführung durch die Kühlquelle vorgesehen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Homogenisierung der Wärmeverteilung zwischen die eigentliche Wärmequelle und die zweite Platte eine Platte aus feuerfestem Material eingefügt v/ird.

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12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhitzung ein von einem Hochfrequenzgenerator gespeister Induktor und zum Regeln der Energiezufuhr ein Regler, der den von dem Hochfrequenzgenerator gelieferten Strom konstant; hält, verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass

zur Kühlung eine Metallplatte, in deren Innerem ein otrömungsniittelkreislauf angebracht ist, und zur Regelung der Energieabführung eine Regeleinrichtung zur Konstanthaltung der Fördermenge des Strömurigsraittels mit konstanter Eintrittstemperatur verwendet wird.

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