DE1955929A1

DE1955929A1 - Mehrschichtiges Aluminiumblech

Info

Publication number: DE1955929A1
Application number: DE19691955929
Authority: DE
Inventors: Wallace Paul Francis; Mcginnis Michael Kevin
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1968-12-27
Filing date: 1969-11-06
Publication date: 1971-02-04
Also published as: GB1218516A; FR2027206B1; NL6919145A; FR2027206A1

Description

ALUMINUM COMPANY OF AMERICA, Pittsburgh, Pa / USA

Mehr, schichtiges Aluminiumblech

Die Erfindung bezieht sich auf ein mehrschichtiges Blech, dessen Kern aus einer Aluminiumlegierung besteht, der mit einer anderen Aluminiumlegierung beschichtet ist. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein mehrschichtiges Aluminiumlegierungsblech, auf dem in äußerst zufriedenstellender Weise auf der einen Seite eine Emailleglasur und auf der anderen Seite ein Belag aus einem bei hohen Temperaturen härtbaren organischen Harz hergestellt werden kann«.

Ein Problem der Aluminiuralndustrie ist die Auffindung einer ^.lumlniumlegierung, welche bei den erhöhten Temperaturen₉

die zürn Aufbringen von Oberflächenbelägen, wie z.B. solchen aus Emailleglasuren und aus heißhärtenden Harzen, erforderlich sind, eine hohe Festigkeit und Ausbeulbeständigkeit beibehalten. Sine solche Aluminiumlegierung muß nicht nur nach den Erhitzungsvorgängen ihre festigkeit beibe-, halten sondern tie muß auch eine zufriedenstellende Unterlage für Oberflächenbeläge sein. Damit die daraus herge-8teilen Produkte brauchbar sind, müssen die Beläge nicht nur kurz nach dem Aufbringen gut haften, sondern müssen auch während der laufenden Verwendung ihre gute Haftung beibehaltene Schließlich müssen diese Aluminiumlegierungen auch ohne die Ausbildung von Verarbeitungsfehlern, wie z.B.« die bekannte ihren-oder Wulstbildung (earing and roping), verarbeitet werden können·

Es ist bekannt, daß die Festigkeit von Aluminiumlegierungen durch eine Lösungswärmebehandlung verbessert werden kamin Eine solche Wärmebehandlung kann bei Temperaturen ausgeführt werden, die normalerweise zur Aufbringen von Emailleglasuren oder heißhärtenden Harzbelägen erforderlich sind» Jedoch sind die bisher bekannten Aluminiumlegierungen, die auf eine Wärmebehandlung bei diesen Temperaturen ansprechen, nicht die besten Unterlagen für Glasurüberzüge. Es sind Plattierungslegierungen bekannt, die sich als zufriedenstellende ibeschichtbare Oberflächen auf einem wärmebehandelbaren, starken Aluminiumkern eignen» Jedoch wurde bisher keine fest /Plattierung/Kern-Kombination gefunden, welche die gewünschte hohe Festigkeit und Ausbeulbeständigkeit besitzt, wenn sie den zum Aufbringen von Belägen erforderlichen Erhitzungsvorgängen unterworfen worden ist, und welche gleichzeitig eine zufriedenstellende Unterlage für die Beläge liefert und zusätzlich weitgehend

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von solchen Fehlern wie Ährenbildung und Wulstbildung frei ist.

Plattierte Produkte, »de sie in der US Patentschrift 3 377 4*5 beschrieben sind, ergeben eine zufriedenstellende Festigkeit, wenn sie mit einer Emailleglasur beschichtet werdenο Jedoch eignen sich diese Produkte nicht zufriedenstellend für Kochgeschirre. Der Grund liegt darin, daß, wenn sie auf einer Seite mit einer Emaille glasur, * die eine Erhitzung auf 482 bis 565°C erfordert, und auf der anderen Seite mit einem bei 357 bis 454°C härtbaren Harzbelag beschichtet werden, sie dazu neigen, ihre Festigkeit und Ausbeulbeständigkeit zu verlieren« Weiterhin können sie weder gezogen werden, ohne daß die oben erwähnten Ährenbildungs- und Wulstbildungsfehler auftreten, noch besitzen sie asn erforderlichen Zusammenhalt zwischen Plattierung und Kern. Während bei den bekannten plattierten Legierungen die Emailiie rungs tempera türen die Festigkeit aufgrund einer Lösungswärmebehandlung verbessern, ergeben die niedrigeren Temperaturen zur Härtung eines Belags eine !Peraperung, so daß die Festigkeit des fertigen Produkts beschränkt ist.

So wird also gemäß der Erfindung ein plattiertes Aluminiumblech vorgeschlagen, welches sich aus folgenden Komponenten zusammensetzt : einem Kern aus einer Aluminiumlegierung, die neben Aluminium als wesentliche Legierungsbestandteile 2,5 bis 6 Gew.-% Zink, 0,4 bis 3 Gew_e-% Magnesium, 0,2 bis 1 Gewo-% Mangan und gegebenenfalls jeweils bis zu 0,5 Gewo-% Silicium, Eisen und Chrom, jeweils bis zu 0,1 Gew-,-% Titan und Bor und bis zu 0,25 Gewo-% Kupfer und andere Verunreinigungen, insgesamt bis zu 2,0 Gewο-%fenthält, und aus

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einer Aluminiumplattierung auf mindestens einer Seite des Kerns, die neben Aluminium als wesentliche Legierungskomponente 0,5 bis 1,8 Gew.-% Mangan, nicht mehr als 0,005 Gew_e-% Hängnesium und gegebenenfalls jeweils bis zu 0,1 Gew.-% Silicium, Bisen und andere Verunreinigungen, Insgesamt bis zu 1 Gew.-%_fenthält ο

Weiterhin wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines zusammengesetzten, plattierten Blechprodukts vorgeschlagen, welches durch die folgenden Schritte ausgeführt wird : Herstellung eines Kerns aus einer Aluminiumlegierung, welche neben Aluminium als wesentliche Legierungsbestandteile 2,5 bis 6 Gew,-% Zink, 0,4 bis 3 Gew„-# Magnesium und 0,2 bis 1 Gew.-% Mangan enthält, Aufbringen auf beide Seiten des Kerns einer Plattie runs: aus einer magnesiumfreien Legierung, die neben Aluminium als wesentlichen Legierungsbestandteile 0,5 bis 1,8 Gew.-% Mangan und nicht mehr als 0,005 Gew.-% Magnesium enthält, Aufbringen einer Emäilleglasur auf mindestens einer Seite des plattierten Blechs, Erhitzen der aufgebrachten Emailleglasur auf eine Temperatur von 482 bis 565⁰O und Abkühlen des erhaltenen emmaillierten Aluminiumblechprodukts; oder Herstellung eines Kerns aus einer Aluminiumlegierung, welche neben Aluminium als wesentliche Legierungsbestandteile 2,5 bis 6 GeWö-# Zink, 0,4 bis 3 Gew«.-% Magnesium und 0,2 bis 1 Gev.-% Mangan enthält, Aufbringen auf beide Seiten des Kerns.einer Plattierung aus einer magnesiumireien Legierung, die neben Aluminium als wesentlichen Legierungsbestandteil 0,5 bis 1,8 Gewo-% Mangan und nicht mehr als 0,005 Gew.-% Magnesium enthält, Aufbringen einer Emeilleglasur auf einer Seite des plattierten Blechs, Erhitzen der aufgebrachten Emailleglasur auf eine Temperatur von 482 bis

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C, Abkühlen, Beschichten der anderen Oberfläche des plattierten .Blechs mit einem heißhärtbaren organischen Harz, das bei 357 bis 454⁰C gehärtet werden kann, Aushärten des genannten Harzes auf der Oberfläche durch Erhitzen auf eine Temperatur von 357 bis 454⁰C, und äber-^ maliges Abkühlen.

Das Magnesium kann in der Plattierung als Verunreinigung vorliegen, aber seine Menge sollte ungefähr 0,005 % nicht überschreiten. Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das plattierte Aluminiumblech auf mindestens einer Seite eine Emailleglasur aufweisen. Weiterhin kann das plattierte Aluminium die Form eines Kochgeschirrs besitzen, wobei die Plattierung sowohl auf der Außenseite als auch auf der Innenseite vorliegt und eine Emailleglasur auf der äußeren Oberfläche der äußeren Plattierung und eine Schicht aus einem heißhärtbaren organischen Harz auf der inneren Oberfläche der inneren Plattlerun& angebracht ist. Das heißhärtbare organische Harz kann beispielsweise ein Polyimid, ein halogeniertes Äthylenpolymer oder ein halogeniertes Propylenpolymer, wie z.B. Polytetrafluoräthylen, oder ein Silicon sein. Es wurde gefunden, daß die Erhitzung des erfindungsgemäßen plattierten Aluminiumblechs, die zum Verschmelzen oder zum Härten der Oberflächenbeläge erforderlich ist und die normalerweise bei anderen Legierungen und Legierungskombinationen schädlich ist, irgendwie als nützliche Wärmebehandlung wirkt, indem sie beispielsweise die Festigkeit und die Ausbeulbeatändigkeit des fertigen Produkts verbessert.

Die Legierung des Kerne kann kleine Mengen der Üblichen Silicium- und Eieenverunreinigungen enthalten, beispiels-

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«eise bis zu jeweils ungefähr 0,5 56. Es können auch bis tu ungefähr 0,5 % Chrom, bis zu 0,1 % Titan oder Bor und bis zu ungefähr 0,25 % Kupfer anwesend sein. Um die erfindungsgemäßen Ziele su erreichen sollte jedoch die Gesamtmenge der Elemente außer Aluminium, Zink, Magnesium und Mangen in der Kernlegierung ungefähr 2 % nicht überschreiten. Die magnesiumfreie Aluminiumlegierung für die Plattierung kann auch kleinere Mengen Silicium und Eisen und andere Elemente außer Magnesium nicht über 1 %, d.h. bis zu jeweils 0,1 %_f enthalten. Wie bereits erwähnt, darf die Menge des Magneeiuma nicht größer als 0,005 % sein. Vorzugsweise sollte die Plattierungelegierung nicht mehr als 0\15 Gew*-% Kupfer und nicht mehr als ungefähr 0,25 Gew.-% Zink enthalten.

Bei Verwendung eines zusammengesetzten Blechs aus Aluminium-Iegierungen, wie sie oben beschrieben wurden, bewirkt die Erhitzung zur Härtung des Harzes, die in einem Schmelzen oder in einem Vernetzen bestehen kann und gewöhnlich als Brennen bezeichnet wird, in der Tat eine Erhöhung der Festigkeit und der Ausbeulbeständigkeit des Produkts,

Das erfindungsgemäße mehrschichtige Aluminiumblech kann durch bekannte Walztechniken hergestellt und verformt werden. Beispielsweise kann die Plattierung durch heißes Walzen auf die Kernlegierung aufgebracht werden. Das plattierte Blech kann dann durch bekannte Verformungsverfahren in brauchbare Gegenstände verarbeitet werden»

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

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— Π mm

In der Zeichnung, in der ein Teil aufgeschnitten ist, besteht das erfindungsgemäße Produkt 10 aus einem Kern 12 aus einer Aluminium/Zink/Magnesium/Mangan-Legierung, wobei auf beiden Seiten derselben ein Aluminium/Mangan-Legierungsbelag 14 aufgebracht Ist. An der Außenseite befindet sich ein Emailleglasurbelag 16 und auf der Innenseite ein Belag aus einem heißhärtbaren organischen Harfe 18, wie z.B» Polytetrafluorethylen« Das Kochgeschirr 10 besitzt einen Griff 20, der aus Holz, Metall oder Kunststoff bestehen kann.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert«.

Beispiel 1

Ein plattiertes Produkt wurde hergestellt, dessen Kern aus einer Aluminiumlegierung bestand, die sich aus folgendem zusammensetzte i Aluminium, 4,5 % Zink, 1,5 % Magnesium, 0,55 % Silicium, 0,35 % Eisen, 0,10 % Kupfer, 0,3 % Mangan und 0,02 % Titan« Eine Plattierung aus einer magnesiumfreien Aluminiumlegierung mit 1,2 ψ Mangan wurde in der üblichen Weise auf den Kern aufgewalzt. Das plattierte Produkt wurde auf eine Dicke von 0,635 nan ausgewalzt, wobei die Dicke der Plattierung auf jeder Seite 0,063 mm betrug. Aus dem Blech wurden Proben herausgeschnitten und entfettet. Auf diese plattierte Oberfläche wurde eine handelsübliche pigmentierte Emailleglasurmasse aufgebracht. Die Probe wurde in einen Ofen auf 538⁰C erhitzt und 10 min bei dieser Temperatur gehalten, aus dem Ofen entnommen und in Luft auf Raumtemperatur abgekühlte Zur Bestimmung der Effekte der Diffusion von Elementen in die Plattierung wurden die Proben wieder in der gleichen Weise erhitzt

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und abgekühlt, worauf der Zyklus noch ein drittes Mal wiederholt wurde» Die Proben wurden dann gemäß dem in ASTM 0 486 beschriebenen Standardtest auf Abblättern, Abscheren oder Abbrechen des Porzellanemailles geprüft. Ss konnte praktisch kein Abblättern festgestellt werden.»

Beispiel 2

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit dem Unterschied, daß die Plattierung nur eine Dicke von 0,038 mm aufwies ο Es konnte wieder kein Abblättern oder Abschuppen der Emailleglasur festgestellt werden.

Beispiel 3

Daa plattierte Produkt von Beispiel 2 wurde vor der Emaillierung in die Form einer tiefen Bratpfanne gezogene Hierauf wurde auf die äußere Oberfläche eine Emailleglasur aufgebracht, und das Kochgeschirr wurdeniQ min lang auf 538⁰C erhitzt und unter Raumbedingungen abgekühlt» Der Oberflächenbelag besaß ein im wesentlichen gleichförmiges Aussehen und eine leuchtende Farbe. Hierauf wurde die innere Oberfläche mit einem glatten nicht-klebrigen Polytetrafluoräthylenbelag versehen, der bei 388°C eingebrannt wurde, worauf er unter Raumbedingungen abgekühlt wurdeο Das fertige Produkt war weitgehend ausbeulungsbeständig und hatte eine hohe mechanische Festigkeit» Weitere Proben, die in der obigen Weise zweifach erhitzt worden waren, hatten eine hohe Festigkeit und eine hohe Ausbeulbeständigkeit und behielten diese hohe Festigkeit und Ausbeulbeständigkeit auch weitgehend bei, wenn sie später auf Temperaturen erhitzt wurden, wie sie gewöhnlich beim Kochen von Speisen in einem solchen Geschirr angetroffen werden.

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Claims

PATE'Ν TANSPROC HB

1 ο Zusammengesetztes plattiertes Aluminiumblech, dadurch gekennzeichnet, daß es sich aus folgendem .' zusammensetzt: einem Kern aus einer Aluminiumlegierung, die neben Aluminium als wesentliche Legierungen bestandteile 2,5 bis 6 Gew.-% Zink, 0,4 bis 3 Gewo-% Magnesium, 0,2 bis 1 Gew.-% Mangan und gegebenenfalls jeweils bis zu 0,5 Gew.-% Silicium, Eisen und Chrom, jeweils bis zu 0,1 Gewo-% Titan und Bor und bis zu 0,25 Gewo-% Kupfer und andere Verunreinigungen, insgesamt bis zu 2,0 Gewe-%,enthält, und aus einer Aluminiumpiattierung auf mindestens einer Seite des Kerns, die neben Aluminium als wesentliche Legierungskomponente 0„5 bis 1»8 Gew_e-% Mangan, nicht mehr als 0,005 Gew.-% Magnesium und gegebenenfalls jeweils bis zu 0,1 Gewo-% Silicium, Bisen und andere Verunreinigungen, insgesamt bis zu 1 Gew„-%_tenthälto <

2o Blech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es auf mindestens einer Seite über der Flattierung eine Emailleglasur aufweist.

3» Blech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es auf beiden Seiten eine Plattierung aus einer Aluminiumlegierung aufweist und einen Belag aus einer Emailleglasur auf der Plattierung der einen Seite und einen Belag au* einem bei 357 bis 4-54⁰C härtbaren organischen Harzbelag auf der Plattierung der anderen Seite besitzt.

4. Blech nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß das organische Harz ein Polymer elnea halogenlerten Äthylens ist.

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5° Blech nach Anspruch 4, daduroh gekennzeichnet, daß das Polymer aus einem halogenieren Äthylen ein Polytetrafluoräthylen ist»

6o Blech nach einem der Ansprüche 3 bis 5₈ dadurch gekennzeichnet, daß es die Form eines Kochgeschirrs aufweist.

7ο Verfahren zur Herstellung eines plattierten Blechs aus einer Aluminiumlegierung, welches oberflächlich beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Verfahrensschritte aufweist : Herstellung eines Blechkerns, welcher als Hauptbestandteile 2,5 bis 6 % Zink, 0,4 bis 3 Gewo-% Magnesium, 0,2 bis 1 Gew»-% Mangan und im übrigen im wesentlichen Aluminium.enthält, Plattieryng Aea Kerns auf beiden Seiten mit einer magnesiumfreien Legierung, welche als wesentlichen Legierungsbestandteil 0,5 bis 1,3 Gew.-% Mangan, nicht mehr als 0,005 Gew.-% Magnesium und im übrigen Aluminium enthält·, Aufbringen einer Emailleglasur auf mindestens einer Seite des Blechs₉ Erhitzen der Emailleglasur auf eine Temperatur von 482 bis 565⁰C, und Abkühlen des erhaltenen emaillierten Aluminiumprodukts.

8o Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das plattierte Blech vor dem Aufbringen der Emailleglasur verformt wird.

9o Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Oberfläche des plattierten Blechs mit einem bei 357 bis 454⁰C heißhärtbaren organischen Harzes beschichtet wird und das Harz auf der Oberfläche durch Erhitzen auf eine Temperatur von 357 bis 454⁰C gehärtet wird, worauf das Produkt abgekühlt wird.

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10ο Verfahren nach Anspruch 9« dadurch gekennzeichnet, daß das plattierte Blech vor dem Aufbringen der Emaille? glasur verformt wird.

11. Verfahren nach Anöpruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das plattierte Blech in ein Kochgeschirr verformt wirdο

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als heißhärtbares organisches Harz ein Polymer eines halogenierten Äthylens verwendet wird.

Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer aus halogeniertem Äthylen ein Polytetrafluorethylen is to

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