DE1951140A1

DE1951140A1 - Mehrschichtmaterial fuer thermostatische Zwecke und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1951140A1
Application number: DE19691951140
Authority: DE
Inventors: Ornstein Jacob Leonard; Thomas Seth Richard
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1968-10-30
Filing date: 1969-10-10
Publication date: 1970-05-14
Also published as: US4050906A; DE1951140C3; FR2022326A1; GB1288253A; CA938409A; DE1951140B2

Description

DB-INQ. Dir*...-!.Ί3. M. SC. QIPL. PHYS. DR. DIPU-PHYS

HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBACH -

PATENTANWÄLTE IN STUTTGARt

A 37 691 h

9.10.1969

U.,S.Ser.Ho. 771,824

Cexas Instruments Incorporated, Dallas, Texas,

U.S.A. ' '

Mehrschichtmaterial für thermostatische Zwecke und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Mehrschichtmaterial für thermostatische Zwecke mit mindestens zwei Metallschichten, von denen eine aus einer Legierung von ungefähr 72 $ Mangan, 18 fo Kupfer und 10 °ß> Nickel besteht, deren Außenseite von einer dünnen Verkleidungsschicht zum Schutz gegen Oxidation und Korrosion überzogen ist, und ein Verfahren zu seiner Herstellung. ■

Die vorgenannte Legierung ist als Legierung P bekannt. Sie wird verwendet, wenn.eine hohe Flexibilität bei hohem Widerstand in einem Bimetallmaterial oder einem ähnlichen thermostatischen Material gewünscht wird. .

Bei der Bildung von thermostatisehen Mehrschichtkörpern ist es üblich, die Legierung P als Außenschicht zu verwenden. Bei der Herstellung solcher Mehrschichtkörper durch Walzverbund in fester Phase wird das verbundene Material einem bei hoher .' Temperatur durchgeführten Glühpxozeß bei 760° C oder mehr unterworfen. Während dieses G-lühver fahr ens oxidiert die Legierung P sehr rasch auch dann, wenn Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um diese Oxidation durch Verwendung von·Schutzgasatmosphären oder dergleichen zu verhindern. Als Ergebnis müssen zähe Oxide auf der Außenlegierung P mechanisch durch Abreiben

ÖÖ|$20/ilt$ . BAD ORIGINAL

A 37 691 h . -X- 1951 UO V--

h-24 · _ft" ·

9.10.1969 .--■.* .

oder dergleichen entfernt werden, ein Verfahren, das teuer ist und außerdem Anlaß zum Verlust der Oberflächenebenheit der Schich't gibt, "wodurch ein minderwertiges Erzeugnis entsteht. Außerdem unterliegt die Legierung P der sogenannten Spannungskorrosion, d.h. in einem hohen Spannungszustand (in dem das Material sich "befindet, wenn es als thermostatisches Material verwendet wird) korrodiert es sehr rasch an der Stelle der höchsten Spännung. Dies kann bei Temperaturen weit unter 760° G auftreten.

Es· wurde bereits vorgeschlagen, Mehrschichtkörper mit Kupfer.; ,-,. zu plattieren, um so die außenliegende !Fläche der Schicht,,beispielsweise also der Legierung P, zu schützen. Hierbei ergaben sich jedoeh Schwierigkeiten, weil die Teile an allen Seiten in einem Kupferplattierungsbad plattiert.werden, sofern nicht bestimmte Sperrmaterialien verwendet werden, beispielsweise an der -freiliegenden Seite der Schichten. Hierdurch wird nicht nur Plattierungsmaterial vergeudet, sondern auch die Flexibilität herabgesetzt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß beide Seiten des Erzeugnisses gleich aussehen, so daß die eine hohe Ausdehnung aufweisende Seite nicht ohne weiteres identifiziert werden kann. Außerdem hat eine aufgalvanisierte Schicht eine niedrige Festigkeit, ist nicht sehr gut verformbar und hängt nur wenig an der Oberfläche fest, auf der die Plattierung aufgebracht wurde.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ohne besondere ■ Sperrmaßnahmen eine gut haftende Überzugs- und Schutzschicht auf der aus der Legierung P bestehenden Außenschieht aufzubringen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfingung dadurch gelöst, daß sämtliche Schichten an ihren aneinanderliegenden !Flächen in fester Phase verbunden sind. Der Schutzüberzug gemäß der Erfindung vermeidet damit nicht nur die Notwendigkeit

BAD' ORIGINAL

A 37 691 h -*5 - . ■ . .

der Reinigung nach dem Glühen, sondern er schützt auch die thermostatischen Teile gegen Spannungskorrosion. Die Verwendung einer dünnen Nickel- oder Kupferschutzschicht auf der Legierung P schützt diese auch ohne Herabsetzen der Flexibilität wegen ihrer Dünnheit in einem erheblichen Umfang. Kupfer und Nickel ergeben ferner eine gute Schweißbarkeit zum Befestigen von Teilen des Mehrschichtkörpers. Die Farbe der Kupferschicht dient außerdem dazu, um die Hochausdehnungsseite des Schichtmaterials zu identifizieren. Außerdem hängen diese Materialien sehr gut an der Legierung P bei einem Verbund in fester Phase an und sind gut verformbar. Falls Kupfer als Schutzschicht verwendet wird, wirkt diese als Schmiermittel für die Walzen eines Walzenstuhles, so daß ,die Leistung bei einer bestimmten Anfangsstärke der zu walzenden Schichten erhöht wird..

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele der Erfindung enthält. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung wird eine Schicht 1 aus einem Material mit einem verhältnismäßig hohen Ausdehnungskoeffizienten und ferner eine Schicht 3 aus einem Material mit einem verhältnismäßig niedrigen Ausdehnungskoeffizienten verwendet. Ein brauchbares Material für die Schicht 1 ist die Legierung P, die ungefähr 72 $ Mangan, 18 $ Kupfer und 10 i<> Nickel aufweist. .Eine solche Schicht erzeugt bei Kombination mit einer Schicht 3 von niedrigerem Ausdehnungskoeffizienten ein Mehrschichtmaterial von hoher Flexibilität. Die

009820/1313

A 37 691 h ^C- 1951 UO

h-24 *. .-■..-■ .

9.10.1969 "

Legierung P hat ferner einen hohen elektrischen spezifischen Widerstand, der bei der Bestimmung des G-esamtwi-derstandes des Mehrschichtmaterials nützlieh ist. Sie ist beispielsweise vorteilhaft, wenn eine Kombination mit einer Schicht 3 aus der sogenannten Legierung "10" erfolgt, die im wesentlichen aus 36 fo Nickel und 64 fo Eisen besteht, oder sie kann auch in einem Zweischichtmaterial zusammen mit der sogenannten Legierung J verwendet v/erden. Die Legierung J wird manchmal Silizium-Bronze genannt und hat im wesentlichen 0,9 bis 1,4 fo Silizium, maximal 0,2 fo Eisen, 0,1 - 2,5 fo Mangan, maximal 0,05 f° Blei, maximale Verunreinigungen von·0,5 f° und im übrigen Kupfer. Die Schicht 3 kann ferner aus einer Legierung "30" bestehen, die im wesentlichen aus 42 fo Nickel und im übrigen Eisen zusammengesetzt ist. Wenn eine Zweischichtanordnung nicht die gewünschte hohe Leitfähigkeit aufweist, so kann eine dritte Schicht 5 verwendet werden (siehe Fig. 2), die einen niedrigen Widerstand aufweist, wobei das Material dieser Schicht beispielsweise Kupfer, Nickel oder eine sogenannte Legierung F sein kann, die aus 99,65 f> Kupfer und im übrigen aus Silber besteht. In allen Fällen wird der Widerstand des Mehrschichtmaterials um so höher sein, je stärker die Schicht 1 aus der Legierung P ist. Bei dem Aufbau eines bestimmten thermostatischen Materials müssen die gewünschte Flexibilität und der gewünschte spezifische Widerstand in Betracht gezogen werden. Im allgemeinen ist die gesamte Stärke des thermostatischen Materials von der Größenordnung von 0,076 bis 3,175 mm. Das Verhältnis der Stärke der Schicht aus der Legierung P kann zwischen einem hohen Wert, beispielsweise 80 fo, bis herunter zu: .10 f> der gesamten Stärke des Mehrsehichtkörpers betragen, je nachdem mehr oder weniger Widerstand im Mehrschichtkörper erforderlich ist.

Die Legierung P wird in fester Phase mit der anderen Schicht 3 oder weiteren Schichten 3 und 5 durch einmaliges oder mehr-

009820/131.3

Ul ^691h ^ "^X" 1951 HO

9.10.1969 5 .

maliges Walzen unter starker Stärk:ereduktion verbunden, so daß sich ein in fester Phase erzeugter grüner Verbund ergibt, worauf dann ein Sinter- oder Glühprozeß "bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur, beispielsweise 760° 0, durchgeführt wird, um den grünen Verbund zu verbessern. Bei dieser hohen Sinter- oder Erhitzungstemperatur oxidiert, wie oben erwähnt, die Legierung P sehr rasch, und dies trotz aller Anstrengungen, um diesen unerwünschten Vorgang zu verhindern. Da die Legierung P sich in allen Ausführungsformen der Erfindung außen befindet und eine Fläche freiliegt, so wird diese Schwierigkeit in Zweischicht-, Dreischicht- oder sonstigen Mehrschichtkörpern stets auftreten.

Gemäß der Erfindung wird für eine Kombination von durch Walzen verbundenen Streifen, wie beispielsweise 1, 3 oder 1, 3, 5 » ein dünner Streifen 7 durch Walzen mit der freiliegenden Fläche der aus der Legierung P bestehenden Schicht 1 verbunden. Der Verbund tritt in fester Phase bei entsprechender Stärkereduktion der gesamten Stärke ein. Damit ergibt sich ein in fester Phase durchgeführter grüner· Verbund oder,Anfangsverbund zwischen den gegeneinander anliegenden Seiten aller Schichten des Schichtkörpers. -Anschließend wird dieses grünverbundene, mehrschichtige Material bei einer Temperatur von 760° 0 oder mehr gesintert oder geglüht, um dadurch den grünen Verbund zu verbessern. Damit erhält das MehrSchichtmaterial in allen Fällen eine dünne Schutzschicht 7, die kräftig in fester Phase mit der eine hohe Ausdehnung aufweisenden Schicht 1 aus der Legierung P verbunden ist, die einen hohen Widerstand hat und eine hohe Flexibilität erzeugt. Die einzelnen Stärken der Schichten, beispielsweise von 1, 3, 5»sind abwandelbar und werden durch die Hohe des erforderlichen Widerstandes bestimmt, der zwischen 0,05 - 1^2 mm /m = .5 - 100/uiccm (30 - 600 ohm-circ.mils/ft.) sein kann. Die Stärke der Schutzschicht 7 liegt im Bereich von 1 - 15 $ der gesamten Stärke des MehrSchichtmaterials, wobei

00 9820/1 31.3

9.10.1969 ' '. ■ ■■; ' :

1 - 5 % einen bevorzugten Bereich darstellen. Die Stärke der Schutzschicht 7 sollte nicht ohne obere Begrenung erhöht v/erden, da eine zu große Dicke im Hinblick auf die Abnahme der Flexibilität des Mehrschichtkörpers und seines Widerstandes unerwünscht ist. Wenn als Verkleidung 7 Cupro-Nickel verwendet wird, so kann das Verhältnis von Kupfer : Nickel zwischen 9 : 10 und 75. : 25 liegen. - .

Es wurde als günstig festgestellt, eine Kupfer- oder Nickelschicht 7 von weniger als 0,0178 mm Stärke auf dem Schichtmaterial zu verwenden, wenn dieses eine Gesamtstärke von 0,381 mm hat. Diese oder ähnliche kleine Mengen von Kupfer oder Hickel haben nur eine geringe Wirkung auf die Flexibilität und den Widerstand des Mehfschichtkörpers. Eine Reinigung, die an der freiliegenden Oberfläche der Kupfer- oder Nickelschicht erforderlich ist, kann ohne Beschädigung des Mehrschichtkörpers durchgeführt werden, beispielsweise durch das normale, verhältnismäßig sanfte Pickeln oder Reiben und nicht etwa durch rauhere und häufig beschädigende Abriebvorgänge, die bisher erforderlich waren, um die Legierung P zu. reinigen.

009820/1 3 13

Claims

Pal; en tan sprüch e

(i., Mehrschichtmaterial für thermostatische Zwecke mit mindestens zwei Metallschicht en, τοη denen eine aus einer Legierung von "ungefähr 72 % Mangan, 18 fo Kupfer und 10 $ ■ Nickel besteht, deren Außenseite von einer dünnen Verkleidungssehieht zum Schutz gegen Oxidation und Korrosion überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Schichten (1j 3, 7) an ihren aneinanderliegenden Flächen in fester Phase verbunden sind.
2. MehrSchichtmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht (7) aus Kupfer oder Nickel oder einer Kupfer-Nickellegierung ist.
3. MehrSchichtmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Überzugsschicht (7) 1 - 15-$, vorzugsweise 1 - 5 f°, der Gesamtstärke beträgt. "
4· MehrschichtmatErial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsschicht (7) dünner als 0,0178 mm bei einer Gesamtstärke des Mehrschichtmaterials von 0,381 mm ist.
5. Verfahren zum Herstellen eines Mehrschichtmaterials nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten zur Herstellung eines grünen Verbundes gewalzt und anschließend das vorläufig verbundene Mehr-ίchichtmaterial zur Verbesserung des Verbundes erhitzt werden. -

00 9820/1313

L e e r s e i t e