DE19626603B4

DE19626603B4 - Plattierter Werkstoff bzw. Schichtverbundwerkstoff

Info

Publication number: DE19626603B4
Application number: DE19626603A
Authority: DE
Inventors: Akira Takayasu
Original assignee: SPF Co Ltd
Current assignee: SPF CO.,LTD., TOKIO/TOKYO, JP
Priority date: 1995-07-06
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: NL1003419C2; FI120868B; DE19626603A1; NL1003419A1; GB2302901B; US5874178A; FI962410A; GB9611223D0; FI962410A0; GB2302901A

Abstract

Schichtverbundwerkstoff, welcher aufweist:
ein auf Fe basierendes Metallsubstrat, welches aus Fe oder einer Fe-Legierung besteht;
eine auf Ni basierende metallische Schicht, welche auf dem auf Fe basierenden Metallsubstrat angeordnet ist;
ein Metallgitter, welches auf der auf Ni basierenden metallischen Schicht angeordnet ist, so daß es dem auf Fe basierenden Metallsubstrat gegenüberliegt und die auf Ni basierende metallische Schicht zwischen diesen angeordnet ist;
eine korrosionsbeständige metallische Auflage, welche aus einem Metall mit einer unter Ti, Zr, Nb, Ta und Ni ausgewählten Hauptkomponente oder aus einem nicht-rostenden Stahl besteht, und welche in Kontakt mit dem Metallgitter angeordnet ist, so daß sie der auf Ni basierenden metallischen Schicht gegenüberliegt und das Metallgitter zwischen diesen angeordnet ist;
eine in einer flächigen oder linearen Form unter Verwendung von Elektrodenrollen vorgesehene nahtgeschweißte Zone, welche das auf Fe basierende Metallsubstrat, die auf Ni basierende metallische Schicht, das Metallgitter und die korrosionsbeständige metallische...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen plattierten Werkstoff bzw. einen Schichtverbundwerkstoff, bei dem eine korrosionsbeständige metallische Auflage mittels Nahtschweißen auf ein auf Fe oder Cu basierendes Metallsubstrat aufgebracht ist.

Als Verfahren zum Verbinden einer korrosionsbeständigen metallischen Auflage (wie z.B. Ti (Titan) oder Zr (Zirkonium) mit einem auf Fe (Eisen) oder Cu (Kupfer) basierenden Metallsubstrat sind unterschiedliche Verfahren wie z.B. Schockschweißen bzw. Sprengplattieren, Walzauftragsverfahren und Punktschweißen vorgeschlagen oder durchgeführt worden. Heim Spreng- bzw. Explosionsplattierverfahren werden eine korrosionsbeständige Metallplatte und ein Metallsubstrat übereinandergelegt und mittels einer darauf angeordneten Sprengpulverladung miteinander verbunden. Heim Walzverfahren werden eine korrosionsbeständige Metallplatte und ein Metallsubstrat übereinandergelegt und mittels Walzplattierung zwischen einem Walzenpaar miteinander verbunden.

Bei den oben beschriebenen herkömmlichen Verfahren können jedoch die folgenden Probleme auftreten.

(1) Beim Schockschweißen können die zur Durchführung des Vorgangs verfügbaren Arbeitsstätten aufgrund des bei der Detonation auftretenden Geräusches eingeschränkt sein. Darüber hinaus sind die Herstellungskosten relativ hoch, und Formgebung und/oder Abmessung des Schichtverbundwerkstoffs sind eingeschränkt. Des weiteren sind zur Herstellung eines dünnen, plattenförmigen Schichtverbundwerkstoffs zahlreiche Herstellungsschritte erforderlich, da mittels Sprengplattieren nur ein dicker Werkstoff unmittelbar hergestellt wird, und infolgedessen ein Walzarbeitsschritt nötig ist, wenn eine dünnerer hergestellt werden soll.
(2) Das Walzverfahren erfordert typischerweise eine kostspielige Walzanlage und kann unregelmäßige Formgebungen oder Krümmungen des Substrates nicht bewerkstelligen. Die einzig mögliche Formgebung ist somit die einer flachen Platte. Die Festigkeit der Festigkeit der Bindung zwischen dem Substrat und der Auflage tendiert typischerweise dazu, schwächer zu sein als die durch das Sprengplattierverfahren erzielte, so daß in vielen Fällen eine zusätzliche Diffusionswärmebehandlung erforderlich ist, um die Bindungsfestigkeit sicherzustellen. Dies kann zu einer Erhöhung der Anzahl von Arbeitsschritten und der Verfahrenskosten führen.
(3) Das Punktschweißverfahren ist zeitaufwendig, da eine Vielzahl von punktgeschweißten Abschnitten gebildet werden sollte, um das Substrat und die Auflage miteinander zu verbinden. Des weiteren ist jeder verschweißte Abschnitt punktförmig ausgebildet, so daß die Bindungsfestigkeit an dem verschweißten Abschnitt relativ schwach ist, und eine leistungsfähige Abdichtung zwischen dem Substrat und der Auflage wird nicht hergestellt.

Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, einen Schichtverbundwerkstoff zur Verfügung zu stellen, welcher unter Verwendung eines Nahtschweißverfahrens einfach herstellbar ist und eine ausgezeichnete Bindungsfestigkeit aufweist.

Zur Lösung der oben erwähnten Aufgabe ist der Schichtverbundwerkstoff gemäß Anspruch 1 folgendermaßen aufgebaut. Der Schichtverbundwerkstoff weist ein auf Fe basierendes Metallsubstrat, welches aus Fe (Eisen) oder einer Fe-Legierung besteht, eine metallische Schicht auf der Basis von Ni (Nickel), welche auf dem auf Fe basierenden Metallsubstrat angeordnet ist, sowie ein Metallgeflecht bzw. -gitter auf, welches auf der auf Ni basierenden metallischen Schicht angeordnet ist, so daß es dem auf Fe basierenden Metallsubstrat gegenüberliegt und die auf Ni basierende metallische Schicht zwischen diesen angeordnet ist. Des weiteren ist eine korrosionsbeständige metallische Auflage (die im nachfolgenden als "metallische Auflage" oder "Auflage" bezeichnet werden soll) in Kontakt mit dem Metallgitter angeordnet, so daß sie der auf Ni basierenden metallischen Schicht gegenüberliegt und das Metallgitter zwischen diesen angeordnet ist. Das auf Fe basierende Metallsubstrat, die auf Ni basierende metallische Schicht, das Metallgitter und die metallische Auflage sind mittels eines in einer flächigen oder linearen Form unter Verwendung von Elektrodenrollen vorgesehenen nahtgeschweißten Abschnitts miteinander verbunden. Die metallische Auflage besteht aus einem Metall mit einer unter Ti (Titan), Zr (Zirkonium), Nb (Niobium), Ta (Tantal) und Ni ausgewählten Hauptkomponente oder aus einem nicht-rostenden Stahl. Das auf Fe basierende Metallsubstrat kann beispielsweise aus einem Kohlenstoffstahl, nicht-rostendem Stahl oder einem legierten Stahl bestehen.

Der oben beschriebene Schichtverbundwerkstoff kann nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden. Eine auf Ni basierende metallische Schicht, ein Metallgitter und eine korrosionsbeständige metallische Auflage werden in der genannten Reihenfolge auf das Metallsubstrat geschichtet. Elektrodenrollen werden mit einem vorgegebenen Druck an die Aufschichtung angedrückt und geben zur Widerstandserwärmung einen elektrischen Strom daran ab. Daraufhin werden die Elektrodenrollen relativ zu der Aufschichtung auf dieser abgewälzt, um eine nahtgeschweißte Zone zu bilden. Der elektrische Strom kann unter Verwendung einer Mehrzahl von Elektrodenrollen, welche die Aufschichtung zwischen sich zusammendrücken, in die Aufschichtung abgegeben werden. Andererseits ist auch ein Verfahren verfügbar, bei dem die Aufschichtung nicht zwischen den Elektrodenrollen zusammengedrückt wird, wie z.B. Reihennahtschweißen. Heim Reihen nahtschweißverfahren wird eine Elektrodenrolle auf der metallischen Auflage angeordnet, und die andere Elektrode wird auf der gleichen Seite angeordnet. Ein elektrischer Strom wird in die Aufschichtung entlang eines Pfades abgegeben, welcher von der einen Elektrode ausgeht, über die Dicke der Aufschichtung durch diese hindurch verläuft, seitlich an der Schichtungsebene entlang abbiegt, und daraufhin wieder bei der anderen Elektrode anlangt, indem er noch einmal in entgegengesetzter Richtung durch den Schichtwerkstoff hindurch verläuft. Als elektrischer Strom sind für die Zwecke dieser Erfindung sowohl Wechsel- als auch Gleichstrom verfügbar.

Das Metallgitter weist wegen einer Anzahl von darin ausgebildeten Öffnungen bzw. Durchbrüchen einen kleinen Querschnitt für den Stromverlauf auf. Des weiteren ist auch die Kontaktfläche mit der auf Ni basierenden metallischen Schicht oder der metallischen Auflage klein, so daß die Temperatur in der Umgebung des Metallgitters aufgrund der hierdurch erzeugten starken Widerstandswärme ansteigt. Hierdurch wird das erwärmte Metallgitter unter einem durch die Elektrodenrollen ausgeübten Druck mindestens in die metallische Auflage oder in die auf Ni basierende metallische Schicht, welche infolge der Widerstandserwärmung erweicht werden, intrudiert. Die Bindungsfestigkeit scheint sich infolge eines solchen Eindringeffekts des Metallgitters oder einer großen Bindungsfläche des Metallgitters infolge seiner Unregelmäßigkeit usw. zu erhöhen.

Die auf Ni basierende metallische Schicht scheint mindestens eine der folgenden Funktionen zu haben:

(1) Die auf Ni basierende metallische Schicht erzeugt eine Flüssigphase, indem sie selbst bzw. zusammen mit einem Teil des Metallgitters infolge der Widerstandserwärmung schmilzt. Die erzeugte Flüssigphase wird dem Kontaktabschnitt zwischen dem Metallgitter und dem Metallsubstrat zugeführt. Ni oder eine Ni-Legierung weist eine ausgezeichnete Benetzungsfähigkeit für ein auf Fe basierendes Material auf, aus welchem das Metallsubstrat besteht, so daß die erzeugte Flüssigphase als ein Hartlotwerkstoff dienen kann, welcher die Festigkeit der Bindung zwischen dem Metallgitter und dem Metallsubstrat verstärkt. Des weiteren kann die auf Ni basierende metallische Schicht, da die Flüssigphase der Gitteröffnung zugeführt wird, als ein Hartlotwerkstoff zum gegenseitigen Verbinden der metallischen Auflage und des Metallgitters dienen.
(2) Selbst in dem Fall, daß keine Flüssigphase entsteht, können Bestandteile der auf Ni basierenden metallischen Schicht teilweise in das Metallgitter und das Metallsubstrat (bzw. durch die Gitteröffnung hindurch in die metallische Auflage) diffundieren, wodurch die Bindungsfestigkeit verstärkt wird.

Als die auf Ni basierende metallische Schicht wird bevorzugt eine Ni-Legierung verwendet, welche mindestens eines der Elemente Cr (Chrom), B (Bor), Si (Silizium), C (Kohlenstoff), P (Phosphor), Mo (Molybdän), W (Wolfram) und Fe enthält, insbesondere wird eine Ni als Hauptkomponente enthaltende Legierung mit 5-16 Gew.-% Cr, 2-4 Gew.-% B, 3,5-5,5 Gew.-% Si und 2-5 Gew.-% Fe bevorzugt verwendet, da die Legierung eine ausgezeichnete Fließfähigkeit und Benetzungsfähigkeit unter Widerstandserwärmung aufweist.

Gemäß der oben erwähnten Funktionen des Metallgitters und der auf Ni basierenden metallischen Schicht besitzt der Schichtverbundwerkstoff eine starke Bindungsfestigkeit zwischen der metallischen Auflage und dem Metallsubstrat. Insbesondere aufgrund eines Hartlöt- und Löteffekts oder eines Diffusionsverbindungseffekts der auf Ni basierenden metallischen Schicht können die Schweißkraft (d.h. der von den Elektrodenrollen ausgeübte Druck) und der Strom während des Nahtschweißens im Vergleich mit dem Fall, in dem keine auf Ni basierende metallische Schicht verwendet wird, reduziert werden, so daß selbst für ein Metallsubstrat und/oder eine metallische Auflage mit beträchtlicher Dicke mittels relativ geringer Schweißkraft und geringem Schweißstrom ein guter Bindungszustand erzielt wird.

Die Bindungsfestigkeit kann sich bei Verwendung eines Metallgitters aus einem Werkstoffs, welcher um die Schweißtemperatur eine größere Härte als die metallische Auflage besotzt, verbessern, da der Eindringeffekt des Metallgitters relativ zur metallischen Auflage verstärkt wird. Die Bindungsfestigkeit kann auch durch Einstellen der Widerstandswärmeerzeugung verstärkt werden, so daß die metallische Auflage durch die vom Metallgitter selbst oder dem Kontaktabschnitt thereof ausgehende Wärmeerzeugung geringfügig erweicht wird, da das Eindringen des Metallgitters in die metallische Auflage bedeutend verstärkt wird. Des weiteren kann die Bindungsfestigkeit durch die Wahl von Werkstoffen für das Metallgitter bzw. die metallische Auflage, welche eine ausgezeichnete Affinität zueinander besitzen, verbessert werden. In diesem Fall bedeutet "ausgezeichnete Affinität zueinander", daß jeder der Werkstoffe eine gute Fähigkeit der wechselseitigen Diffusion um die Schweißtemperatur bzw. eine ausgezeichnete Benetzbarkeit relativ zu der durch deren teilweises Erschmelzen erzeugten Flüssigphase besitzt.

Insbesondere kann das Metallgitter überwiegend aus einem auf Fe basierenden Metall bestehen, und die metallische Auflage kann aus einem Metall bestehen, das als eine Hauptkomponente Ti oder Zr enthält. In diesem Fall ist der resultierende Schichtverbundwerkstoff sowohl in Bezug auf den Verbindungseffekt infolge der wechselseitigen Diffusion von Komponenten zwischen diesen zwei Schichten als auch in Bezug auf den wechselseitigen Eindringeffekt überlegen. Als der auf Fe basierende Werkstoff für das Metallgitter wird bevorzugt ein nicht-rostender Stahl (beispielsweise SV5304 nach der Japanischen Industrienorm JIS) verwendet, da ein nicht-rostender Stahl gegen Oberflächenrostbildung beständig ist und einen relativ hohen spezifischen Widerstand besitzt, der für Widerstandserwärmung bevorzugt ist.

Außer einem auf Fe basierenden Werkstoff kann ein auf Cu oder auf Ni basierender Werkstoff für das Metallgitter verwendet werden. Ein solches Metallgitter wird bevorzugt für eine metallische Auflage verwendet, welche aus einem Metall mit einer unter Nb, Ta und Ni ausgewählten Hauptkomponente oder aus einem nicht-rostenden Stahl besteht. Die durch teilweises Schmelzen des Metallgitters aus einem solchen Werkstoff erzeugte Flüssigphase weist eine ausgezeichnete Benetzungsfähigkeit für die metallische Auflage auf, welche aus den oben bezeichneten Werkstoffen besteht, so daß infolge einer Art von Hartlöt- und Löteffekt ein guter Bindungszustand erzielt werden kann.

Die auf Ni basierende metallische Schicht kann eine auf Ni basierende Metallfolie aufweisen (Anspruch 2). Eine Metallfolie besitzt eine hohe Wärmeleitfähigkeit und dient als Abstrahlkörper für die in der nahtgeschweißten Zone erzeugte Wärme, wodurch ein Oxidieren der inneren Oberfläche der mittels Nahtschweißen zu verschweißenden metallischen Auflage verhindert oder gesteuert wird. Die auf Ni basierende metallische Schicht kann als eine auf die Oberfläche des Metallsubstrats plattierte Schicht ausgebildet sein. Die aufplattierte Schicht kann durch unterschiedliche Verfahren ausgebildet sein, wie z.B. Galvanisieren, fremdstromloses Plattieren, Verdampfen im Vakuum, Sputtern. Des weiteren kann die auf Ni basierende metallische Schicht als eine Pulverschicht eines auf Ni basierenden Metalls konstituiert sein. Die Pulverschicht kann beispielsweise durch Aufbringen einer pastösen Mischung eines Metallpulvers und eines Flußmittels auf die Oberfläche des Metallsubstrats ausgebildet sein. Die auf Ni basierende metallische Schicht kann auch durch thermisches Aufspritzen eines Metallpulvers ausgebildet sein.

Das Metallgitter kann derart ausgebildet sein, daß seine Öffnungen durch die Anbringung von versetzten Schnitten in einer Metallplatte über deren Gesamtabschnitt hinweg ausgebildet sind, so daß jeder Schnitt die Dicke des Metallgitters durchdringt, sowie Strecken der Metallplatte in einer die Längsrichtung der Schnitte kreuzenden Richtung, wodurch jeder der Schnitte aufgeweitet wird (Anspruch 3; in dieser Beschreibung wird ein solches Gitter im nachfolgenden als "Streckmetall" bezeichnet). Das Streckmetall kann aus einem Metall mit einer unter Fe, Ni und Cu ausgewählten Hauptkomponente bestehen. Ein solches Streckmetall ist leicht herzustellen und kann zu einer Reduzierung der Herstellungskosten für den Schichtverbundwerkstoff beitragen. Das Streckmetall kann insbesondere durch ein Verfahren hergestellt werden, bei dem die Abschnitte zu beiden Seiten jedes der Schnitte in der Metallplatte entlang deren Dicke in zueinander entgegengesetzter Richtung verformt werden, um jeden der Schnitte aufzuweiten. Ein Walzschritt kann an dem hergestellten Streckmetall durchgeführt werden.

Das Metallgitter kann eine Mehrzahl von aufeinandergeschichteten Teilgittern aufweisen. Die Mehrzahl der Teilgitter kann entweder aus einem einzelnen Werkstoff oder aus mehr als zwei Werkstoffen bestehen.

Bei dem oben beschriebenen Schichtverbundwerkstoff sind die metallische Auflage und das Metallsubstrat unter Verwendung sowohl des Metallgitters als auch der auf Ni basierenden metallischen Schicht miteinander verbunden. Falls jedoch eine ausreichende Bindungsfestigkeit nur unter Verwendung eines Metallgitters erzielt wird, kann der Schichtverbundwerkstoff derart konstituiert sein, daß er die auf Ni basierende metallische Schicht nicht aufweist. Ein spezifischer Aufbau umfaßt etwa ein auf Fe basierendes Metall substrat, welches aus Fe oder einer Fe-Legierung besteht, ein Metallgitter aus einem Metall, welches Fe als Hauptkomponente aufweist und auf dem auf Fe basierenden Metallsubstrat angeordnet ist, und eine korrosionsbeständige metallische Auflage, welche in Kontakt mit dem Metallgitter angeordnet ist, so daß sie dem auf Fe basierenden Metallsubstrat gegenüberliegt und das Metallgitter zwischen diesen angeordnet ist. Das auf Fe basierende Metallsubstrat, das Metallgitter und die korrosionsbeständige metallische Auflage sind mittels einer in flächiger oder linearer Form unter Verwendung von Elektrodenrollen vorgesehen nahtgeschweißten Zone miteinander verbunden (Ansprüche 4-6). In diesem Fall besteht die metallische Auflage aus einem Metall mit einer unter Ti, Zr, Nb, Ta und Ni ausgewählten Hauptkomponente oder aus einem nicht-rostenden Stahl, wodurch die Festigkeit der Bindung zwischen der metallischen Auflage und dem Metallsubstrat sehr hoch werden kann. Das Metallsubstrat kann beispielsweise aus einem Kohlenstoffstahl, nicht-rostendem Stahl oder einem legierten Stahl bestehen.

Bei einem weiteren spezifischen Aufbau besteht ein Teil des Metallgitters aus Fe oder einer Fe-Legierung, oder zumindest ein Teil des Metallgitters besteht aus einem Metall, dessen Hauptkomponente Ni oder Cu ist, und die metallische Auflage besteht aus einem Metall mit einer unter Ti, Zr, Nb, Ta und Ni ausgewählten Hauptkomponente oder aus einem nicht-rostenden Stahl (Anspruch 7). Das Metallgitter kann aus einer Cu-Legierung bestehen, welche eine oder mehrere unter Zn, Sn, Ni und P ausgewählte Komponenten enthält (Anspruch 8). Insbesondere kann das Metallgitter aus einer Cu-Legierung mit einem Sn-Gehalt von 1-20 Gew.-% bestehen, und kann des weiteren insbesondere aus einer Cu-Legierung bestehen, welche neben Sn in dem oben erwähnten Bereich weniger als 0,5 Gew.-% P enthält.

Ein beispielhaftes Metallgitter, welches teilweise aus Fe oder einer Fe-Legierung besteht, kann als ein mehrlagiges Gitter konstituiert sein, welches ein oder mehre Teilgitter aus Fe oder einer Fe-Legierung und ein weiteres oder mehrere weitere Teilgitter aus einem Werkstoff aufweist, welcher eine andere Hauptkomponente als Fe enthält. Solch ein mehrlagiges Gitter kann als zweilagiges Gitter ausgebildet sein, welches ein auf Fe basierendes und auf der Seite der metallischen Auflage angeordnetes Teilgitter sowie ein auf Ni oder Cu basierendes und auf der Seite des Metallsubstrats angeordnetes Teilgitter aufweist. Das mehrlagige Gitter kann auch als ein dreilagiges Gitter ausgebildet sein, bei dem ein auf Ni oder auf Cu basierendes Teilgitter zwischen zwei auf Fe basierenden Teilgittern eingelegt ist.

Der Schichtverbundwerkstoff gemäß Anspruch 9 weist einen wieder anderen Aufbau auf, ohne die auf Ni basierende metallische Schicht zu umfassen. Bei diesem Schichtverbundwerkstoff besteht die metallische Auflage aus einem Metall mit einer unter Ti, Zr, Nb, Ta und Ni ausgewählten Hauptkomponente oder aus einem nicht-rostenden Stahl. Bei diesem Aufbau ist das Metallgitter als das oben erwähnte Streckmetall ausgebildet, das zur Gänze aus einem Metall mit einer unter Fe, Ni und Cu ausgewählten Hauptkomponente besteht. Die Herstellungskosten für den Schichtverbundwerkstoff können durch die Verwendung eines solchen Streckmetalls reduziert werden.

Der Schichtverbundwerkstoff gemäß Anspruch 10 ist folgendermaßen konstituiert. Ein Metallgitter ist auf einem Metallsubstrat angeordnet, welches aus einem unter Fe, Fe-Legierung, Cu und Cu-Legierung ausgewählten Werkstoff besteht. Das Metallgitter ist durch Verflechten zweier Sätze von Metalldrähten aus voneinander verschiedenen Werkstoffen ausgebildet. Eine korrosionsbeständige metallische Auflage ist in Kontakt mit dem Metallgitter angeordnet, so daß sie dem auf Fe basierenden Metallsubstrat gegenüberliegt und das Metallgitter zwischen diesen angeordnet ist. Das Metallsubstrat, das Metallgitter und die metallische Auflage sind mittels einer in flächiger oder linearer Form unter Verwendung einer Elektrodenrolle vorgesehenen nahtgeschweißten Zone miteinander verbunden.

Durch die Verwendung des Gitters mit zwei Sätzen von Metalldrähten wird einer der folgenden Effekte erzielt.

(1) Der elektrische Gesamtwiderstand des Metallgitters kann in Abhängigkeit von Überlegungen für eine zweckmäßige Kombination der Werkstoffe für die Metallgitter, welche unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen, einfach eingestellt werden. In einem Fall, bei dem ein aus einem einzigen Werkstoff bestehendes Gitter verwendet wird, ist dessen elektrischer Widerstand manchmal zu hoch, und die vom Gitter ausgehende Wärmeerzeugung wird zu hoch. Dies kann zu einem Zerschmelzen des Metallgitters oder einer übermäßigen Erweichung der metallischen Auflage oder des Metallsubstrats führen. In diesem letzteren Fall kann es vorkommen, daß das gesamte Metallgitter in die Auflage versenkt wird, so daß sich die Festigkeit der Bindung zwischen der metallischen Auflage und dem Metallsubstrat vermindert, da das Metallgitter nicht mehr ausreichend weit eindringt. Ein solches Problem kann durch Einstellen des elektrischen Gesamtwiderstands des Metallgitters unter Verwendung mehrerer Sätze von Drähten umgangen werden, wodurch ein ausgezeichneter Bindungszustand erzielt werden kann.
(2) Es wird eine hohe Bindungsfestigkeit zwischen der metallischen Auflage und dem Metallsubstrat unter Verwendung eines Gitters erzielt, bei dem einer der Sätze von Drähten aus einem Werkstoff mit einer hohen Affinität bzw. einem starken Eindringeffekt bezüglich der metallischen Auflage besteht, während der andere aus einem Werkstoff mit einer hohen Affinität bzw. einem starken Eindringeffekt bezüglich des Metallsubstrats besteht.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau kann eine metallische Zwischenschicht zwischen das Metallsubstrat und das Metallgitter eingelegt sein (Anspruch 11). Die Wahl des Werkstoffs für die metallische Zwischenschicht kann in Abhängigkeit von dem Werkstoff für das Metallsubstrat und/oder demjenigen für das Metallgitter getroffen werden. Wenn das Metallsubstrat aus Fe oder einer Fe-Legierung (im nachfolgenden: auf Fe basierendes Metallsubstrat) besteht, wird eine auf Ni oder auf Cu basierende metallische Schicht bevorzugt als diese metallische Zwischenschicht verwendet. Die Form und Funktion dieser metallischen Schichten sind fast die gleichen wie bei der auf Ni basierenden metallischen Schicht für den Schichtverbundwerkstoff gemäß Anspruch 1, so daß auf eine weitere Beschreibung verzichtet wird. Die für ein auf Cu basierendes Metallsubstrat geeignete metallische Zwischenschicht hingegen ist weiter unten erläutert.

Bei dem Schichtverbundwerkstoff gemäß Anspruch 10 kann die korrosionsbeständige metallische Auflage aus einem Metall mit einer unter Ti, Zr, Nb, Ta und Ni ausgewählten Hauptkomponente oder aus einem nicht-rostenden Stahl bestehen (Anspruch 13). Des weiteren kann das Metallgitter in seinem Aufbau erste Metalldrähte aufweisen, welche sich in einer vorgegebenen Richtung erstrecken und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, sowie zweite Metalldrähte, welche sich in einer die vorgegebene Richtung kreuzenden Richtung erstrecken, im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und aus einem von dem Werkstoff der ersten Drähte verschiedenen Werkstoff bestehen (Anspruch 12).

Wenn das Metallsubstrat bei dem Schichtverbundwerkstoff gemäß Anspruch 12 auf Fe basiert (d.h. aus Fe oder einer Fe-Legierung besteht), kann das Metallgitter derart konstituiert sein, daß mindestens die ersten Metalldrähte oder die zweiten Metalldrähte aus einem Metall mit einer unter Fe, Ni und Cu ausgewählten Hauptkomponente bestehen (Anspruch 14). Insbesondere können die ersten Metalldrähte aus einem nicht-rostenden Stahl bestehen, während die zweiten aus einem Werkstoff mit einem geringeren elektrischen Widerstand als demjenigen der ersten bestehen können, wie z.B. einem Metall mit einer unter Fe, Ni und Cu ausgewählten Hauptkomponente. Bei einem der Beispiele für diesen Aufbau bestehen die zweiten Metalldrähte aus einem Kohlenstoffstahl. Eine Beschichtung aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff wie z.B. Zn kann auf die Oberfläche der Kohlenstoffstahldrähte aufgebracht sein.

Wenn das Metallsubstrat aus Cu oder Cu-Legierung besteht, kann der Schichtverbundwerkstoff gemäß Anspruch 12 folgendermaßen konstituiert sein. Eine metallische Zwischenschicht besteht aus einem Metall mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als demjenigen des auf Cu basierenden Metallsubstrats. Ein Metallgitter ist auf dem auf Fe basierenden Metallsubstrat angeordnet, so daß es dem auf Cu basierenden Metallsubstrat gegenüberliegt und die metallische Zwischenschicht zwischen diesen angeordnet ist. Das Metallgitter weist erste Metalldrähte und zweite Drähte auf. Die ersten erstrecken sich in einer vorgegebenen Richtung und sind im wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die zweiten erstrecken sich in einer die vorgegebene Richtung kreuzenden Richtung und sind im wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Des weiteren bestehen die zweiten Drähte aus einem von demjenigen für die ersten Drähte verschiedenen Werkstoff, und mindestens die ersten oder die zweiten bestehen aus einem Metall mit einer unter Fe, Ni und Cu ausgewählten Hauptkomponente. Eine korrosionsbeständige metallische Auflage ist in Kontakt mit einem derartigen Metall gitter angeordnet, so daß sie dem auf Fe basierenden Metallsubstrat gegenüberliegt und das Metallgitter zwischen diesen angeordnet ist. Das auf Fe basierende Metallsubstrat, die metallische Zwischenschicht, das Metallgitter und die korrosionsbeständige metallische Auflage sind mittels einer in einer flächigen oder linearen Form unter Verwendung einer Elektrodenrolle vorgesehenen nahtgeschweißten Zone miteinander verbunden (Anspruch 15).

Bei dem Aufbau unter Verwendung eines auf Cu basierenden Metallsubstrats ist das Metallgitter bevorzugt unter Verwendung zweier Sätze von Metalldrähten ausgebildet, d.h., von Drähten aus einem Werkstoff mit hoher Affinität bzw. hohem Eindringeffekt bezüglich der metallischen Auflage und Drähten aus einem Werkstoff mit einer hohen Affinität bzw. hohem Eindringeffekt für das Metallsubstrat. Gemäß diesem Aufbau wird eine hohe Bindungsfestigkeit zwischen der metallischen Auflage und dem Metallsubstrat erzielt. Als der Werkstoff mit einer hohen Affinität für das Metallsubstrat ist insbesondere ein Werkstoff bevorzugt, welcher eine hohe Benetzbarkeit durch die Flüssigphase infolge des Schmelzens der metallischen Zwischenschicht aufweist. Des weiteren besteht die metallische Zwischenschicht bevorzugt aus einem Werkstoff mit ausgezeichneter Benetzungsfähigkeit sowohl für das auf Cu basierende Metallsubstrat als auch für das Metallgitter.

Durch die Verwendung solcher Werkstoffe für die Schichten und das Metallgitter gemäß der obenstehenden Beschreibung kann mit den folgenden Vorteilen gerechnet werden. Das Metallgitter besitzt einen geringen Querschnitt für den Stromverlauf, so daß die Erzeugung von Widerstandswärme in der Umgebung des Metallgitters hoch wird. Das Metallgitter wird unter dem von den Elektrodenrollen ausgeübten Druck mindestens in die metallische Auflage intrudiert, während zumindest ein Teil der metallischen Zwischenschicht zum Schmelzen gebracht und somit eine Flüssigphase erzeugt wird. Diese Flüssigphase dient als ein Hartlotwerkstoff zum Verlöten des Metallgitters und des Metallsubstrats, wodurch die Festigkeit der Bindung zwischen dem Substrat und der Auflage erhöht wird. Die Flüssigphase kann dem Kontaktabschnitt zwischen dem Metallgitter und der metallischen Auflagen durch die Gitteröffnungen zugeführt werden, wodurch die Bindungsfestigkeit verbessert wird.

Bei dem Aufbau unter Verwendung eines auf Cu basierenden Metallsubstrats besteht die metallische Zwischenschicht bevorzugt aus einem Werkstoff mit einem Schmelzpunkt von weniger als 1000°C, insbesondere bevorzugt von weniger als 950°C, um eine ausreichende Menge von Flüssigphase während des Nahtschweißens zu gewährleisten. Andererseits kann bei einem unter 70°C liegenden Schmelzpunkt selbst ein geringfügiger Anstieg der Umgebungstemperatur ein übermäßiges Erweichen der metallischen Zwischenschicht verursachen, was zu einem drastischen Abfall der Bindungsfestigkeit zwischen dem Metallsubstrat und dem Metallgitter führen kann. Aus diesem Grund sollte der Schmelzpunkt der metallischen Zwischenschicht über 70°C, bevorzugt über 100°C liegen.

Die metallische Zwischenschicht kann aus einem Werkstoff bestehen, der insgesamt mehr als 50 Gew.-% mindestens einer unter Pb (Blei), Sn (Zinn) und Zn (Zink) ausgewählten Komponente enthält (Anspruch 16). Legierungen auf der Basis von Pb-Sn (beispielsweise Weichlote) sind insbesondere bevorzugt. Durch die Verwendung solcher Legierungen für die metallische Zwischenschicht wird der Hartlöt- und Löteffekt zwischen dem Metallgitter und dem auf Cu basierenden Metallsubstrat erhöht, wodurch die Bindungsfestigkeit des Schichtverbundwerkstoffs erhöht wird. Die folgenden Verfahren können bevorzugt zur Bildung einer solchen metallischen Zwischenschicht auf dem auf Cu basierenden Metallsubstrat verwendet werden: Verwenden einer Folie aus Metall oder Legierung, Schmelztauchverfahren, Aufbringen einer pastösen Mischung aus Legierungspulver und Flußmittel. Zum Einstel len des Schmelzpunktes oder der Festigkeit der metallischen Zwischenschicht ist es bevorzugt, der Legierung mindestens eine aus In (Indium), Ga (Gallium), Zn, Ag und Cu ausgewählte Komponente zuzugeben.

Außer den oben beschriebenen Legierungen können die folgenden Legierungen bevorzugt für die metallische Zwischenschicht verwendet werden:

– eine Legierung mit einem Gesamtgehalt von mehr als 50 Gew.-% Ag und Cu;
– eine Legierung mit einem Gehalt von mehr als 70 Gew.-% Cu und mehr als 3 Gew.-% P.

Bei Verwendung eines auf Cu basierenden Metallsubstrats und einer metallischen Auflage aus einem Metall mit der Hauptkomponente Ti oder Zr besteht ein Satz von Drähten bevorzugt aus einem nicht-rostenden Stahl, und der andere Satz besteht bevorzugt aus einem Werkstoff, welcher Cu als Hauptkomponente enthält. Gemäß diesem Aufbau ist die Bindungsfestigkeit des Schichtverbundwerkstoffs verbessert, da der Eindringeffekt der Drähte aus nicht-rostendem Stahl wegen des gemäßigten Erweichens der metallischen Auflage infolge der von dem Metallgitter stammenden Widerstandswärme verbessert ist.

Andererseits besteht in einem Fall, bei dem ein auf Cu basierendes Metallsubstrat und eine metallische Auflage aus einem Metall mit einer unter Nb, Ta und Ni ausgewählten Hauptkomponente verwendet wird, ein Satz von Drähten des Metallgitters bevorzugt aus einem Werkstoff mit Ni als Hauptkomponente, und der andere Satz besteht bevorzugt aus einem Werkstoff mit Cu als Hauptkomponente. Gemäß diesem Aufbau werden die auf Ni basierenden Drähte zum Teil zum Schmelzen gebracht und erzeugen eine Flüssigphase. Aufgrund des Löteffekts dieser Flüssigphase wird die Festigkeit der Bindung zwischen der metallische Auflage und dem Metallgitter verstärkt.

Der Schichtverbundwerkstoff nach den Ansprüchen 17-20 weist kein Metallgitter auf. Falls bestimmte Werkstoffe für die metallische Auflage verwendet werden, kann die Bindungsfestigkeit an der Nahtschweißzone bei Verwendung nur einer auf Cu oder auf Ni basierenden metallischen Schicht hoch sein, selbst wenn der Schichtverbundwerkstoff kein Metallgitter aufweist. Der Schichtverbundwerkstoff gemäß Anspruch 17 weist ein auf Fe basierendes Metallsubstrat auf, welches aus Fe oder einer Fe-Legierung besteht, eine metallische Zwischenschicht, welche auf dem auf Fe basierenden Metallsubstrat angeordnet ist, und eine metallische Auflage, welche auf der metallischen Zwischenschicht angeordnet ist, so daß sie dem auf Fe basierenden Metallsubstrat gegenüberliegt und die metallische Zwischenschicht zwischen diesen angeordnet ist. Die metallische Zwischenschicht besteht aus einem unter Cu, Cu-Legierung, Ni und Ni-Legierung ausgewählten Werkstoff, und die metallische Auflage besteht aus einem Metall mit einer unter Nb, Ta, Ni, Zr ausgewählten Hauptkomponente oder aus einem nichtrostenden Stahl. Das auf Fe basierende Metallsubstrat, die metallische Zwischenschicht und die korrosionsbeständige metallische Auflage sind mittels einer in flächiger oder linearer Form unter Verwendung von Elektrodenrollen vorgesehenen Nahtschweißzone miteinander verbunden. Ebenso wie die auf Ni basierende metallische Schicht für den Schichtverbundwerkstoff von Anspruch 1 kann die auf Cu oder auf Ni basierende metallische Schicht aus einer Metallfolie, einer auf das Metallsubstrat aufplattierten Schicht, einer Pulverschicht oder einer thermisch aufgespritzten Schicht bestehen. Dabei befindet sich zwischen der metallischen Zwischenschicht und dem Metallsubstrat bzw. des metallischen Auflage eine Komponentendiffusionsschicht.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau kann durch die Verwendung eines auf Ni basierenden Werkstoffes oder eines nicht-rostenden Stahls für die metallische Auflage eine ausgezeichnete Bindungsfestigkeit erzielt werden. Die metallische Auflage kann beispielsweise aus einem Werkstoff bestehen, welcher Ni als Hauptkomponente, 13-35 Gew.-% Cr, 3-25 Gew.-% Fe und 3-35 Gew.-% Mo enthält (beispielsweise Hastelloy (eingetragene Marke); Anspruch 18), oder einem Werkstoff, welcher Ni als Hauptkomponente, 13-30 Gew.-% Cr und 3-35 Gew.-% Fe enthält (beispielsweise Inconel (eingetragene Marke)), wodurch der Schichtverbundwerkstoff eine hohe Festigkeit gegen chemische Korrosion und eine hohe Festigkeit gegen Temperaturkorrosion erhält.

Bei Verwendung einer auf Ni basierenden metallischen Schicht kann die Schicht aus einer Ni-Legierung bestehen, welche mindestens eines von Cr, B, Si, C, P, Mo, W, Fe enthält, insbesondere einer Legierung, welche Ni als Hauptkomponente, 5-16 Gew.-% Cr, 2-4 Gew.-% B, 3,5-5,5 Gew.-% Si und 2-5 Gew.-% Fe enthält. Die auf Ni basierende metallische Schicht, die aus einer solchen Legierung besteht, wird während des Nahtschweißens zum Schmelzen gebracht und erzeugt eine Flüssigphase mit hoher Fließfähigkeit und Benetzungsfähigkeit, so daß ein Schichtverbundwerkstoff mit hoher Bindungsfestigkeit erzielt werden kann.

Bei Verwendung einer auf Cu basierenden metallischen Schicht kann die Schicht aus einer Cu-Legierung bestehen, welche mindestens eines von Zn, Sn, Ni und P enthält, wodurch die Bindungsfestigkeit des Schichtverbundwerkstoffs verstärkt werden kann. Insbesondere kann die auf Cu basierende metallische Schicht aus einer solchen Legierung bestehen wie etwa:

– einer Cu-Legierung, welche 20-50 Gew.-% Zn enthält, wie z.B. Messing und dergleichen;
– einer Cu-Legierung, welche 3-30 Gew.-% Zn und 5-40 Gew.-% Ni (mit einem Gesamtgehalt an Zn und Ni von nicht mehr als 50 Gew.-%) enthält, wie z.B. Neusilber und dergleichen.

Die Schichtverbundwerkstoffe mit einem auf Fe basierenden Metallsubstrat werden bevorzugt für die folgenden Geräte oder Aufbauten verwendet:

– Innenauskleidung für Destillationskolonnen, Reaktoren bzw. Reaktionsapparate, Reaktionssäulen, Behälter für Chemikalien, Rührgefäße, Hochdruckgastürme, Gefäße, Separatoren, Tanklastwagen und dergleichen;
– Innenauskleidung für Wärmeaustauscher (insbesondere die Verkleidung für eine diesbezügliche Rohrwandung);
– Innenauskleidung für Vakuumverdampfer.

Die Schichtverbundwerkstoffe mit einem auf Fe basierenden Metallsubstrat werden bevorzugt für Elektroden oder Stromschienen zum Galvanisieren oder für andere elektrolytische Behandlungen verwendet.

Hinsichtlich des Aufbaus der oben beschriebenen Schichtverbundwerkstoffe kann die metallische Auflage auf die oben beschriebene Weise nicht nur auf eine, sondern auch die andere Seite des Metallsubstrats aufgebracht werden. In diesem Fall kann die metallische Auflage auf jeder Seite des Metallsubstrats einen jeweils anderen Werkstoff oder einen unterschiedlichen Aufbau aufweisen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Prinzipskizze des Vorgangs zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schichtverbundwerkstoffs;
2 eine perspektivische Ansicht des Vorgangs zur Bildung der nahtgeschweißten Zone;
3 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 2;
4 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 2;
5 eine schematische Schnittansicht der nahtgeschweißten Zone eines Schichtverbundwerkstoffs unter Verwendung nur eines Metallgitters;
6 eine schematische Schnittansicht der nahtgeschweißten Zone eines Schichtverbundwerkstoffs unter Verwendung nur einer auf Ni oder auf Cu basierenden metallischen Schicht;
7 eine schematische Darstellung der unterschiedlichen Effekte bei Verwendung eines Metallgitters und bei Verwendung zweier Metallgitter;
8 eine schematische Darstellung eines zusammengesetzten Metallgitters aus zwei Sätzen von Metalldrähten aus voneinander verschiedenen Werkstoffen;
9 eine Draufsicht auf ein beispielhaftes Streckmetall;
10 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zur Herstellung eines Streckmetalls;
11 Schemadarstellungen des Vorgangs zur Herstellung eines Streckmetalls;
12 perspektivische Ansichten eines Schichtverbundwerkstoffs, bei dem das Metallsubstrat in zylindrischer Form ausgebildet ist;
13 perspektivische Ansichten eines Schichtverbundwerkstoffs, bei dem das Metallsubstrat in konischer Form ausgebildet ist;
14 eine perspektivische Ansicht eines Schichtverbundwerkstoffs, bei dem das Metallsubstrat in Form einer randlosen Abdeckung ausgebildet ist;
15 eine schematische Ansicht von Mustern zur Bildung der nahtgeschweißten Zone für einen Schichtverbundwerkstoff von 14;
16 eine schematische Ansicht eines Schichtverbundwerkstoffs, bei dem das Metallsubstrat als rechteckige Platte ausgebildet ist;
17 eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines Schichtverbundwerkstoffs, bei dem die nahtgeschweißte Zone unter Vermeidung von vorstehenden Abschnitten auf dem plattenförmigen Metallsubstrat ausgebildet ist;
18 eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines Schichtverbundwerkstoffs, bei dem die nahtgeschweißte Zone nur im Umfangsbereich des Metallsubstrats ausgebildet ist;
19 eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines Schichtverbundwerkstoffs, bei dem eine Vielzahl von Röhren mit der metallischen Auflage verbunden sind;
20 eine schematische Ansicht eines Schichtverbundwerkstoffs unter Verwendung eines auf Cu basierenden Metallsubstrats;
21 eine schematische Schnittansicht, bei der die nahtgeschweißte Zone des Schichtverbundwerkstoffs von 20 vergrößert dargestellt ist;
22 eine perspektivische Ansicht sowie die Schnittansicht entlang der Linie C-C einer Anwendung des Schichtverbundwerkstoffs unter Verwendung eines auf Cu basierenden Metallsubstrats;
23 perspektivische Ansichten weiterer Anwendungen des Schichtverbundwerkstoffs unter Verwendung eines auf Cu basierenden Metallsubstrats; und
24 eine schematische Darstellung des Vorgangs zur Bildung einer nahtgeschweißten Zone unter Verwendung von Reihennahtschweißen.
Es folgt eine Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. 1 zeigt den Vorgang zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schichtverbundwerkstoffs, welcher ein auf Fe basierendes Metallsubstrat aufweist. Wie in (a) gezeigt ist, ist eine auf Ni basierende Metallfolie 2 als die auf Ni basierende metallische Schicht auf einem auf Fe basierenden Metallsubstrat 1 (im nachfolgenden als "auf Fe basierendes Substrat" bezeichnet) angeordnet, welches aus einem Werkstoff wie etwa Kohlenstoffstahl oder nicht-rostendem Stahl besteht. Des weiteren sind ein Metallgitter 3 aus einem nicht-rostenden Stahl und eine metallische Korrosionsschutz-Auflage 4 (im nachfolgenden als "metallische Auflage" oder "Auflage" bezeichnet) aus Korrosionsschutzmetall wie z.B. Ti, Zr, und dergleichen in der genannten Reihenfolge darauf angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die auf Ni basierende Metallfolie zwar aus Ni-Metall, kann jedoch auch aus einer Ni-Legierung bestehen.
Darauffolgend wird die Aufschichtung 5, wie in (b) gezeigt ist, zwischen einem Paar von Elektrodenrollen 6 in der Laminierrichtung zusammengedrückt, und elektrischer Strom wird von der Wechselstromversorgung 7 über die Elektrodenrollen 6 in die Aufschichtung 5 abgegeben, während ein vorgegebener Druck mittels einer Belastungseinrichtung wie z.B. eines pneumatischen Mechanismus auf die Elektroden 6 aufgebracht wird. Die Aufschichtung 5 wird dort durch die Stromzufuhr erwärmt, wie in 2 gezeigt ist, die Elektroden 6 werden relativ dazu in der Richtung entlang der Oberfläche der Aufschichtung 5 abgewälzt und bilden eine lineare nahtgeschweißte Zone 8 aus, wodurch das Metallsubstrat 1, die auf Ni basierende Metallfolie 2, das Metallgitter 3 und die metallische Auflage 4 miteinander verbunden werden und einen Schichtverbundwerkstoff 10 bilden. Die nahtgeschweißten Zonen 8 sind in Form einer Mehrzahl von Linien vorgesehen, die sich in der genannten Richtung entlang der Oberfläche der Aufschichtung 5 erstrecken. Der elektrische Strom kann den Elektroden 6 entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich zugeführt werden. In den folgenden Zeichnungen sind die Dicken der auf Ni basierenden Metallfolie 2, des Metallgitters 3 und der metallischen Auflage 4 in manchen Fällen übertrieben dargestellt, so daß ihre jeweilige Dicke nicht immer mit derjenigen des tatsächlichen Schichtverbundwerkstoffs übereinstimmt.
Wie in 24 gezeigt ist, kann auch ein Verfahren ohne Zusammendrücken der Aufschichtung 5 zwischen den Elektrodenrollen 6, wie z.B. Reihennahtschweißen bzw. Rollennahtschweißen angewendet werden. Das heißt, eine Elektrodenrolle 6 ist auf der metallischen Auflage 4 angeordnet, und eine weitere Elektrode 6 ist auf der gleichen Seite angeordnet. Elektrischer Strom wird in die Aufschichtung 5 entlang eines Pfades I abgegeben, der von einer Elektrode 6 ausgeht, durch die Aufschichtung 5 hindurch über deren Dicke verläuft, seitwärts entlang der Aufschichtung 5 abbiegt, und dann die andere Elektrode 6 erreicht, indem er wieder in der entgegengesetzten Richtung durch die Aufschichtung 5 hindurch verläuft.
3 und 4 zeigen den hypothetischen Querschnitt des in 2 gezeigten Schichtverbundwerkstoffs 10 (3 zeigt den Querschnitt entlang der Linie B-B, und 4 zeigt den Querschnitt entlang der Linie A-A). Das Metallgitter 3 besitzt einen geringen Querschnitt für den Stromverlauf, weil eine Anzahl von Öffnungen in ihm ausgebildet ist. Des weiteren wird auch die Kontaktfläche mit der Ni-Folie 2 bzw. mit der metallischen Auflage 4 klein, so daß um das Gitter 3 eine starke Widerstandswärme erzeugt wird. Die metallische Auflage 4 besteht aus Ti oder Zr, so daß sie durch Widerstandserwärmung leichter als das auf Fe basierende Metallsubstrat 1 erweicht wird. Somit wird das Metallgitter 3 aufgrund des von den Elektrodenrollen 6 darauf ausgeübten Drucks in die erweichte metallische Auflage 4 intrudiert, wodurch das auf Fe basierende Metallsubstrat 1 und die metallische Auflage 4 fest miteinander verbunden werden.
Die auf Ni basierende Metallfolie 2 erzeugt eine Flüssigphase, indem sie selbst bzw. zusammen mit einem Teil des auf Fe basierenden Metallsubstrats 1 oder des Metallgitters 3 infolge der Widerstandserwärmung schmilzt. Die erzeugte Flüssigphase wird dem Kontaktabschnitt zwischen dem Metallgitter 3 und dem Metallsubstrat 1 zugeführt. Ni, die Hauptkomponente der auf Ni basierenden Metallfolie 2, besitzt eine ausgezeichnete Benetzungsfähigkeit bzw. Fähigkeit der wechselseitigen Diffusion in Bezug auf einen auf Fe basierenden Werkstoff, aus welchem das Metallsubstrat 1 besteht, so daß die Festigkeit der Bindung zwischen dem Metallgitter 3 und dem Metallsubstrat 1 verstärkt ist.
Somit ist die metallische Auflage 4, wie in 3 gezeigt ist, aufgrund einer gegenseitigen Verstärkung des Eindringeffekts des Metallgitters 3 und des Hartlöt- und Löteffekts der auf Ni basierenden Metallfolie 2 fest mit dem Metallsubstrat 1 verbunden. In manchen Fällen kann eine Diffusionsschicht 3a um denjenigen Bereich gebildet werden, in dem das Gitter 3 in die metallische Auflage 4 intrudiert wird, da zwischen ihnen eine wechselseitige Diffusion von Komponenten stattfindendet.
Wie in 4 gezeigt ist, tritt an dem außerhalb der nahtgeschweißten Zone 8 liegenden Abschnitt keine Bindung zwischen den Schichten 1-4 ein. Die Festigkeit der Bindung zwischen der metallischen Auflage 4 und dem Metallsubstrat 1 über den Schichtverbundwerkstoff 10 insgesamt kann durch Verändern der Anzahl und/oder der Breite der nahtgeschweiß ten Zone 8, oder des Abstandes zwischen den nahtgeschweißten Zonen 8 eingestellt werden. Die Breite der nahtgeschweißten Zone 8 kann durch Verändern der Breite der Elektrodenrollen 6 eingestellt werden. Des weiteren kann eine nahtgeschweißte Zone 8 mit einer insbesondere großen Breite durch Bilden einer Mehrzahl von nebeneinanderliegenden oder einander teilweise überlappenden linearen Zonen erzielt werden.
Die Dicke der metallischen Auflage 4 wird in Abhängigkeit von der Umgebung eingestellt, in welcher der Schichtverbundwerkstoff 10 verwendet wird. Die Dicke des Metallgitters 3 (oder der Durchmesser des Drahtes für das Gitter 3), die Gitteröffnung, der Werkstoff und die Dicke der auf Ni basierenden Metallfolie 2 werden in Abhängigkeit vom Werkstoff und der Dicke der metallischen Auflage 4 eingestellt, so daß die Bindungsfestigkeit optimiert wird. Wenn die Werkstoffe und die Abmessungen für die Schichten 1-4 festgelegt sind, sind die Bedingungen für das Nahtschweißen, wie z.B. Schweißstrom, Druck durch die Elektrodenrollen 6, Schweißgeschwindigkeit (z.B. Drehgeschwindigkeit der Elektrode 6), Schweißzeit und Unterbrechung dementsprechend festzulegen. Beispielsweise wird der Schweißstrom derart eingestellt, daß kein Schmelzen des Metallgitters 3 aufgrund einer übermäßigen Erzeugung von Widerstandswärme oder keine mangelnde Bindung aufgrund von ungenügender Wärmeentwicklung stattfindet. Der auf die Elektrodenrollen 6 ausgeübte Druck wiederum wird derart eingestellt, daß das Metallgitter 3 um einen geeigneten Betrag in die metallische Auflage 4 intrudiert wird und kein übermäßiges Eindrücken der Elektrodenrollen 6 in die Oberfläche der Aufschichtung 5 stattfindet.
Falls die metallische Auflage 4 aus Ti oder Zr mit dem aus einem Kohlenstoffstahl hergestellten Metallsubstrat 1 verbunden wird, werden die Dicke T der metallischen Auflage und der Durchmesser M der Drähte des Metallgitters 3 derart eingestellt, daß das Verhältnis M/T im Bereich von 0,1-0,4 liegt. Ein Verhältnis M/T von weniger als 0,1 kann aufgrund von ungenügendem Eindringen des Metallgitters 3 in die metallische Auflage 4 zu einer unzureichenden Bindungsfestigkeit führen. Andererseits kann ein Verhältnis M/T von mehr als 0,4 zu einem übermäßigen Eindringen des Metallgitters 3 in die metallische Auflage 4 führen, was zu einem Mangel im Erscheinungsbild des Schichtverbundwerkstoffs 1 führt, weil das Metallgitter 3 an der Oberfläche der Auflage 4 vorsteht, oder Risse in der Auflage 4 verursacht, was deren Schutzwirkung gegen Korrosion in Bezug auf das Metallsubstrat 1 herabsetzt. Das Verhältnis M/T wird bevorzugt innerhalb des Bereichs von 0,15-0,30 eingestellt.
Der Gitterfreiraum D (definiert als der Abstand zwischen den Innenseiten nebeneinanderliegender Drähte, d.h. die Breite des zwischen den Drähten gebildeten Zwischenraumes) wird so eingestellt, daß das Verhältnis D/M in einem Bereich von 1-10 liegt. Ein Verhältnis D/M von weniger als 1 kann eine unzureichende Bindungsfestigkeit verursachen, da die Gitteröffnung zu klein wird und das Eindringen des Metallgitters 3 in die Auflage 4 unzureichend wird. Des weiteren dringt die durch das Schmelzen der auf Ni basierenden Metallfolie 2 erzeugte Flüssigphase kaum durch die Gitteröffnung hindurch, und der Effekt des Verlötens der Auflage 4 mit dem Substrat 1 durch die Gitteröffnung hindurch wird unzureichend. Andererseits kann ein D/M von mehr als 10 zu einer unzulänglichen Bindungsfestigkeit führen, da der Drahtabstand des in die Auflage 4 intrudierten Gitters 3 zu groß wird. Das Verhältnis D/M wird bevorzugt innerhalb des Bereichs von 1,5-7 eingestellt.
Für den Aufbau unter Verwendung einer Aufschichtung, bei der nur ein Metallgitter 3 oder eine auf Ni oder auf Cu basierende metallische Schicht zwischen die metallische Auflage 4 und das Metallsubstrat 1 eingelegt ist, wird die nahtgeschweißte Zone 8 nach dem gleichen Prinzip wie dem in
1 dargestellten ausgebildet. 5 zeigt die anzunehmende Struktur der nahtgeschweißten Zone 8 für den Aufbau mit einem Metallgitter 3 aus einem nicht-rostenden Stahl und einer metallischen Auflage 4 aus Ti oder Zr. Das Metallgitter 3 soll an der metallischen Auflage 4 befestigt werden, indem es weitgehend in diese intrudiert wird. Des weiteren sind das Metallgitter 3 und das Metallsubstrat 1 miteinander verbunden aufgrund der Bildung einer Komponentendiffusionsschicht 13 infolge von Widerstandserwärmung. Ein geringer Betrag der Komponentendiffusionsschicht 11 kann in manchen Fällen an dem Abschnitt ausgebildet werden, an dem die metallische Auflage 4 und das Metallsubstrat 1 einander unmittelbar kontaktieren. Des weiteren kann eine Komponentendiffusionsschicht 12 um denjenigen Abschnitt ausgebildet werden, an dem das Metallgitter 3 in die metallische Auflage 4 intrudiert ist. In diesem Fall werden der Gitterfreiraum D, der Drahtdurchmesser M und die Dicke T der metallischen Auflage 4 bevorzugt so eingestellt, daß sie die für den Schichtverbundwerkstoff unter Verwendung einer auf Ni basierenden Metallfolie (auf Ni basierenden metallischen Schicht) 2 festgelegten Bedingungen erfüllen.
Bei einem Schichtverbundwerkstoff ohne Metallgitter 3, beispielsweise einem solchen mit einer auf Ni basierenden Metallfolie 2 und einem dünnen Nb-Blech als die metallische Auflage 4, dürfte die Struktur der nahtgeschweißten Zone 8 der in 6 dargestellten entsprechen. Die auf Ni basierende Metallfolie 2 wird durch Erzeugung von Widerstandswärme um den Kontaktabschnitt der Folie 2 und der metallischen Auflage 4 bzw. des Metallsubstrats 1 zum Schmelzen gebracht, und eine Komponentendiffusionsschicht 14 bzw. 15 bildet sich zwischen der erzeugten Flüssigphase und der metallischen Auflage 4 bzw. dem Metallsubstrat 1, wodurch die metallische Auflage 4 und das Metallsubstrat 1 miteinander verbunden werden.
In dem Fall, in dem eine insbesondere dicke metallische Auflage 4 unter Verwendung eines Metallgitters 3 mit einem Metallsubstrat 1 verbunden wird, wird ein hoher Schweißstrom oder eine lange Schweißzeit benötigt, um eine ausreichende Schweißstromdichte zu gewährleisten. Das Metallgitter 3 besitzt jedoch einen so kleinen Kontaktbereich mit der metallischen Auflage und einen so hohen spezifischen Widerstand, daß die Wärmeerzeugung um das Metallgitter 3 mit zunehmendem Schweißstrom zu groß wird. Dies kann zu dem Ergebnis führen, daß das Metallgitter 3 in die infolge einer übermäßigen Wärmeerzeugung zu stark erweichte metallische Auflage 4 versenkt wird, wie in 7(a) gezeigt ist, und die Bindungswirkung durch das Eindringen des Metallgitters 3 unzureichend werden kann. In diesem Fall, wie in 7(b) gezeigt ist, ist es zweckdienlich, zwei oder mehr Metallgitter 3 aufeinanderzuschichten, da eines der Gitter 3 selbst dann zwischen dem Metallsubstrat 1 und der metallischen Auflage 4 angeordnet sein kann, wenn das andere Gitter 3 versenkt ist.
Wie in 7(c) gezeigt ist, können zwei Metallgitter 3a und 3b aus verschiedenen Werkstoffen verwendet werden. Beispielsweise kann in einem Fall, in dem eine metallische Auflage 4 aus Ti oder Zr verwendet wird, ein Gitter aus einem Werkstoff mit hoher Eindringwirkung bezüglich der metallischen Auflage, wie z.B. auf Fe basierendes Gitter 3a (beispielsweise ein Gitter aus nicht-rostendem Stahl), auf der Seite der metallischen Auflage 4 angeordnet sein, und ein Gitter aus einem Werkstoff mit einer hohen Affinität sowohl für das auf Fe basierende Gitter 3a als auch das auf Fe basierende Metallsubstrat 1, wie z.B. auf Ni basierendes Gitter 3b (beispielsweise Ni-Gitter), kann auf der Seite des Metallsubstrats 1 angeordnet sein. Gemäß diesem Aufbau verbessert sich die Bindungsfestigkeit des Schichtverbundwerkstoffs, da das auf Fe basierende Metallgitter 3a durch das auf Ni basierende Gitter 3b fest mit dem auf Fe basierenden Metallsubstrat 1 verbunden ist. In diesem Fall ist es möglich, ein dreilagiges Metallgitter zu verwenden, bei dem ein auf Ni basierendes Gitter zwischen zwei auf Fe basierende Gitter eingelegt ist.
Andererseits ist es möglich, die in Längsrichtung und in Breitenrichtung angeordneten Drähte des Gitters 3 aus Werkstoffen mit unterschiedlichen spezifischen Widerständen auszubilden, um den elektrischen Gesamtwiderstand des Metallgitters 3 in Abhängigkeit von der Kombination der Werkstoffe untereinander einzustellen. Die 8(a) und (b) zeigen Beispiele für zwei einander kreuzende Sätze von Drähten 16 und 17, wobei ein Satz 16 aus einem nichtrostenden Stahl der andere Satz 17 aus einem Kohlenstoffstahl mit einem niedrigeren spezifischen Widerstand als der nicht-rostende Stahl besteht. Die Oberfläche der Kohlenstoffstahldrähte kann zum Schutz gegen Korrosion mit Zn beschichtet sein. Drähte 17 auf der Basis von Ni oder Cu mit einem niedrigeren spezifischen Widerstand als die Drähte aus nicht-rostendem Stahl sind anstelle von Kohlenstoffstahldrähten ebenfalls verfügbar. Des weiteren können, wie in 8(c) gezeigt ist, die in Längsrichtung angeordneten wie auch die in Breitenrichtung angeordneten Drähte des Gitter 3 aus zwei Arten von Drähten 18 bzw. 19 bestehen, die aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt und abwechselnd angeordnet sind.
Das Metallgitter 3 kann gemäß 9 als ein Streckmetall 33 ausgebildet sein, bei dem die Öffnungen durch die Anbringung von versetzten Schnitten in einer Metallplatte über deren Gesamtabschnitt hinweg ausgebildet sind, so daß jeder Schnitt die Dicke der Metallplatte durchdringt, sowie Strecken der Metallplatte in einer die Längsrichtung der Schnitte kreuzenden Richtung, wodurch jeder Schnitt aufgeweitet wird. Ein solches Streckmetall 33 kann beispielsweise unter Verwendung einer in 10 dargestellten Vorrichtung 34 hergestellt werden.
Die Vorrichtung 34 weist einen Tisch 36 zum Tragen eines Bleches (Metallplatte) 35 auf seiner oberen Oberfläche auf, und eine Klinge 37, welche derart montiert ist, daß sie nach oben und unten an der Endfläche des Tisches 36 entlang bewegbar ist. Obgleich dies in der Figur nicht näher dargestellt ist, ist die Vorrichtung 34 mit den folgenden Bauteilen versehen:

– einem Hubmechanismus zum Auf- und Abbewegen der Klinge 37;
– einen Verschiebemechanismus zum Verfahren der Klinge 37 in einer Querrichtung bezüglich der auf dem Tisch 36 angeordneten Metallplatte 35;
– einen Blechzuführmechanismus zum schrittweisen Zuführen des Bleches 35 auf dem Tisch 36 um ein vorgegebenes Intervall auf die mit der Klinge 37 fluchtende Endfläche des Tisches 36 hin.

Im unteren Abschnitt der Klinge 37 ist eine Mehrzahl von Teilklingen 39 wellenförmig ausgebildet. An der Oberkante des Tisches 36 entlang ist hingegen eine gerade Klinge 38 ausgebildet, welche mit den Teilklingen 39 fluchtet. 40 ist eine Halteplatte, welche verhindert, daß das Blech 35 von der Oberfläche des Tisches 36 abhebt.
Der Betrieb der Vorrichtung 34 ist im folgenden beschrieben. Wie in 11(a) gezeigt ist, wird das Blech 35 um eine bestimmte Strecke vom Ende des Tisches 36 vorgeschoben, worauf die Klinge 37 abgesenkt wird. Das Blech 35 wird zwischen der Klinge 38 und der Klinge 39 in die Dickerichtung scherenartig geschnitten, und eine den Teilklingen 39 entsprechende Mehrzahl von Schnitten 41 wird in Form einer gestrichelten Linie ausgebildet, während der durch die Schnitte 41 unterteilte vorstehende Abschnitt 42 des Bleches 35 von der Klinge 39 niedergedrückt wird, wodurch jeder Schnitt 41 nach unten hin verformt und aufgeweitet wird.
Daran anschließend, wie in 11(b) gezeigt ist, wird die Klinge 37 angehoben und in der Breitenrichtung des Tisches 36 um ein Intervall verfahren, welches der halben Länge jedes der Schnitte 41 entspricht, während das Blech 35 um ein weiteres Intervall über das Ende des Tisches 36 hinausgeschoben wird. Daraufhin wird die Klinge 37 erneut abgesenkt und bildet eine weitere Reihe von Schnitten 43 im wesentlichen parallel zu den Schnitten 41 an der um die halbe Länge jedes der Schnitte 41 verschobenen Position (d.h. versetzt), wobei sie den überstehenden Abschnitt 44 des Bleches 35 nach unten drückt. Somit wird, wie in 11(c) gezeigt ist, eine Reihe von rautenförmigen Gitteröffnungen 45 in der Breitenrichtung des Tisches 36 zwischen dem vorstehenden Abschnitt 44 und 42 ausgebildet. Daraufhin wird die Klinge 37 erneut angehoben und in die Ausgangsposition zurückbewegt, indem sie die Breite des Tisches 36 in der entgegengesetzten Richtung überquert, infolgedessen die Vorrichtung 34 in den in 11(a) dargestellten Zustand zurückkehrt. Durch Wiederholung der oben beschriebenen Arbeitsschritte wird ein Streckmetall 33 wie das in 9 hergestellt. Des weiteren kann unter Verwendung der Walzen 33a ein Walzschritt an dem hergestellten Streckmetall 33 durchgeführt werden.
Im Fall einer Verbindung der metallischen Auflage 4 aus Ti oder Zr mit dem Metallsubstrat 1 aus einem Kohlenstoffstahl werden die Dicke T der metallischen Auflage und die Dicke M des für das Streckmetall 33 verwendeten Bleches so eingestellt, daß das Verhältnis M/T im Bereich von 0,1-0,6 liegt. Ein Verhältnis M/T von weniger als 0,1 kann zu einer unzulänglichen Bindungsfestigkeit aufgrund mangelnden Eindringens des Streckmetalls 33 in die metallische Auflage 4 führen. Andererseits kann ein Verhältnis M/T von mehr als 0,6 zu übermäßigem Eindringen des Streckmetalls 33 in die metallische Auflage 4 führen, was zu einem Mangel im Erscheinungsbild des Schichtverbundwerkstoffs 10 führt, weil das Streckmetall 33 an der Oberfläche der Auflage 4 vorsteht, oder Risse in der Auflage 4 verursacht, was deren Schutzwirkung gegen Korrosion in Bezug auf das Metallsubstrat 1 herabsetzt. Das Verhältnis M/T wird bevorzugt innerhalb des Bereichs von 0,2-0,5 eingestellt.
Das Maß D der rautenförmigen Öffnung 45, welche als der Durchschnitt der langen diagonalen Linie R und der kurzen diagonalen Linie S, d.h. (R+S)/2 definiert ist, wird so eingestellt, daß das Verhältnis D/M in einem Bereich von 1,1-40 liegt; ein Verhältnis D/M von weniger als 1,1 kann eine ungenügende Bindungsfestigkeit verursachen, da das Maß für die Öffnung 45 zu klein wird und das Streckmetall 33 nur unzureichend in die Auflage 4 eindringt. Andererseits kann ein Verhältnis D/M von mehr als 40 eine ungenügende Bindungsfestigkeit verursachen, da der Betrag des Eindringens des Streckmetalls 33 in die Auflage 4 zu gering wird. Das Verhältnis D/M wird bevorzugt innerhalb des Bereichs von 2-30 eingestellt.
Es folgt eine Beschreibung von mehreren Ausführungsbeispielen für die Schichtverbundwerkstoffe, welche ein auf Fe basierendes Substrat aufweisen. 12 zeigt ein Beispiel für einen Schichtverbundwerkstoff 10, bei dem das Metallsubstrat 1 in einer zylindrischen Form ausgebildet ist. Die metallische Auflage 4 bedeckt die Innenfläche des Zylinders (oder die äußere Oberfläche des Zylinders; in diesem Fall ist die Anordnung des Substrats 1 und der Auflage 4 umgekehrt zu der in 12 dargestellten). Die nahtgeschweißte Zone 8 kann in Form einer Mehrzahl von Linien am Umfang des Zylinders entlang ausgebildet sein (12(a)), in Form einer wendelförmigen Linie (12(b)), oder in Form einer Mehrzahl von geraden Linien, welche sich in der Axialrichtung des Zylinders erstrecken und in einem vorgegebenen Abstand entlang der Umfangsrichtung davon angeordnet sind (12(c)). Eine solche Form für den Schichtverbundwerkstoff 10 kann bevorzugt für gerade Gehäuseabschnitte von Säulen und Gefäßen, Reaktoren bzw. Reaktions apparaten oder Wärmeaustauschern, oder Röhren mit einer korrosionsbeständigen Auflage auf ihrer Innen- bzw. Außenseite verwendet werden.
13 zeigt ein Beispiel für einen Schichtverbundwerkstoff 10, bei dem das Metallsubstrat 1 mit hohler konischer bzw. stumpfkegeliger Formgebung ausgebildet ist, und die metallische Auflage 4 dessen Innenseite bedeckt. Die nahtgeschweißte Zone 8 ist entlang der Umfangsrichtung (13(a)) oder entlang der Erzeugenden (13(b)) ausgebildet. Eine solche Formgebung für den Schichtverbundwerkstoff wird bevorzugt für schmälere Abschnitte verwendet, welche den oberen bzw. unteren Abschnitt von Säulen und Gefäßen oder Reaktoren bzw. Reaktionsapparaten bilden.
Bei dem in 14 dargestellten Schichtverbundwerkstoff ist das Metallsubstrat 1 in Form einer randlosen Abdeckung mit kreisförmiger Erhöhung ausgebildet, deren Mittelabschnitt nach außen hin in als eine konvex gekrümmte Oberfläche ausgebaucht ist. Die Innenseite (d.h. die konkave Seite) des Substrats 1 ist mit der metallischen Auflage 4 bedeckt. Eine solche Formgebung kann bevorzugt für Köpfe von Säulen und Gefäßen oder Wärmeaustauschern verwendet werden. 15 zeigt mehrere Beispiele für Muster zur Bildung der nahtgeschweißten Zone 8. In 15(a) und (b) ist die nahtgeschweißte Zone 8 in Form von konzentrischen Kreisen ausgebildet. In 15(c) und (d) ist die nahtgeschweißte Zone 8 in Form von geraden radialen Linien ausgebildet. In 15(e) ist die nahtgeschweißte Zone 8 in Form einer Kombination von konzentrischen Kreisen und geraden radialen Linien ausgebildet. In 15(f) ist die nahtgeschweißte Zone 8 in Form einer Mehrzahl von parallelen Linien ausgebildet, welche sich entlang des Durchmessers des Metallsubstrats 1 erstrecken.
Die metallische Auflage 4 kann als ein aus einer Mehrzahl von Segmenten zusammengesetzter vereinigter Abschnitt ausgebildet sein, wobei die Segmente derart angeordnet sind, daß sie die gesamte Innenfläche des Substrats 1 bedecken. Diese Segmente sind beispielsweise mittels Wolfram-Inertgasschweißen zusammengeschweißt. 15(g) zeigt ein Beispiel, bei dem die metallische Auflage 4 aus radial unterteilten Segmenten zusammengesetzt ist. Die Segmente sind durch die in den Stoßabschnitten der Segmente ausgebildeten Verbindungsschweißzonen 9 vereinigt und durch die nahtgeschweißten Zonen 8 mit dem Metallsubstrat 1 verbunden. Die nahtgeschweißten Zonen 8 sind in Form von konzentrischen Kreisen ausgebildet, um die Verbindungsschweißzonen 9 zu vermeiden. Bei den in den 15(e) und (h) gezeigten Beispielen ist die metallische Auflage 4 aus einem kreisförmigen inneren Segment 4a und einem ringförmigen äußeren Segment 4b zusammengesetzt, welches außen um das Segment 4a angeordnet und radial in eine Mehrzahl von Segmenten unterteilt ist. Alle Stoßabschnitte zwischen den Segmenten sind durch entsprechende Verbindungsschweißzonen 9 miteinander verbunden. Das Metallsubstrat 1 kann in einen dem inneren Segment 4a der metallischen Auflage 4 entsprechenden Innenabschnitt und einen dem äußeren Segment 4b davon entsprechenden äußeren Abschnitt unterteilt sein. In diesem Fall können die Auflagesegmente 4a und 4b vor ihrer Vereinigung durch Nahtschweißen mit dem entsprechenden inneren bzw. äußeren Abschnitts des Substrats 1 verbunden werden. Abschließend werden alle Abschnitte des Substrats 1 und der durch Nahtschweißen daran angebrachten Auflagesegmente 4a und 4b durch Schweißen oder dergleichen miteinander verbunden.
16 zeigt ein Beispiel für einen Schichtverbundwerkstoff, bei dem das Metallsubstrat 1 als eine rechteckige Platte ausgebildet ist. In 16(a) ist die nahtgeschweißte Zone 8 in Form einer Mehrzahl von geraden Linien ausgebildet, welche sich entlang einer Kante des Schichtverbundwerkstoffs 10 erstrecken und in einem vorbestimmten Abstand entlang der Kante angeordnet sind, welche diese eine Kante kreuzt. In 16(b) sind zusätzliche geradlinige nahtgeschweißte Zonen 8 ausgebildet, welche den beiden Enden der Zonen 8 entsprechen. In 16(c) ist die nahtgeschweißte Zone 8 in Form einer Mehrzahl von radialen geraden Linien ausgebildet. Des weiteren kann die nahtgeschweißte Zone 8, wenn an dem Metallsubstrat 1 gemäß der Darstellung der 17 ein vorstehender Abschnitt 10b ausgebildet ist, so ausgebildet sein, daß sie den Abschnitt 10b vermeidet.
Bei dem in 18 gezeigten Schichtverbundwerkstoff ist eine plattenartige metallische Auflage 4 an einer leichten Vertiefung 1a angebracht, welche mit entsprechender Formgebung an einem Metallsubstrat 1 mit der Form einer dicken Platte ausgebildet ist, und eine nahtgeschweißte Zone 8 ist nur in dem Abschnitt entlang der Kante der metallischen Auflage 4 ausgebildet. 19 hingegen zeigt ein Beispiel, bei dem der Schichtverbundwerkstoff 10 auf eine Rohrwandung 71 eines Wärmeaustauschers aufgebracht ist. Die Rohrwandung 71 kann gemäß dem folgenden Verfahren hergestellt werden. Vorausgehend wird eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 40a im Metallsubstrat 1 wie auch in der metallischen Auflage 4 ausgebildet. Die metallische Auflage 4 wird auf das Metallsubstrat 1 aufgelegt, und eine nahtgeschweißte Zone 8 wird an ihrem Überlappungsabschnitt gebildet. Daraufhin wird das Metallsubstrat 1 durch Verschweißen mit einem geraden zylindrischen Gehäuseabschnitt 50 vereinigt. Zuletzt werden Rohre 40 in jede der Durchgangsöffnungen 40a eingesetzt, so daß die Endfläche jedes der Rohre 40 mit derjenigen der metallischen Auflage 4 bündig abschließt, worauf der Umfangsabschnitt der Rohre 40 durch gewöhnliches Schweißen mit der metallischen Auflage 4 verbunden wird.
Es folgt eine Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele für den Schichtverbundwerkstoff, welcher ein auf Cu basierendes Metallsubstrat aufweist. Die grundlegenden Punkte des Herstellungsverfahrens basieren jedoch auf dem gleichen Prinzip wie bei dem Schichtverbundwerkstoff unter Verwendung eines auf Fe basierenden Metallsubstrats, so daß in der Hauptsache der Unterschied zwischen ihnen beschrieben wird.
Bei dem in 20 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Schicht 52 einer Sn-37Gew.-%Pb Legierung (im nachfolgenden als "Weichlotschicht" bezeichnet) als eine metallische Zwischenschicht auf der Oberfläche eines auf Cu basierenden Metallsubstrats 51 ausgebildet, und ein Metallgitter 53 und eine metallische Auflage 54 aus Korrosionsschutzmetall wie z.B. Ti, Zr und dergleichen werden darauf angeordnet, wodurch eine Aufschichtung 55 gebildet wird. Die Weichlotschicht 52 kann durch Auftrag einer pastenähnlichen Mischung eines Legierungspulvers und Flußmittel (wie z.B. Lötpaste) auf die Oberfläche des Metallsubstrats 51 gebildet werden. Die Weichlotschicht 52 kann auch unter Verwendung einer Legierungsfolie oder durch ein Schmelztauchverfahren ausgebildet werden.
Wie in 8 gezeigt ist, besteht das Metallgitter 53 aus zwei Sätzen von Metalldrähten 56 und 57, welche einander kreuzen, und von denen einer (56) aus einem nichtrostenden Stahl und der andere (57) aus Cu besteht. Wenn elektrischer Strom in die Aufschichtung 55 abgegeben wird, findet die Erzeugung von Widerstandswärme extensiv um das Metallgitter 53 statt, wo der Querschnitt für den elektrischen Strom klein ist, wie auch im Schichtverbundwerkstoff, welcher ein auf Fe basierendes Metallsubstrat aufweist. Die Cu-Drähte 57 des Metallgitters 53 besitzen einen geringen spezifischen Widerstand, so daß die Erzeugung von Widerstandswärme in der Hauptsache um den Abschnitt stattfindet, wo die Drähte 56 aus nicht-rostendem Stahl und die metallische Auflage 54 einander kontaktieren, bzw. um den Abschnitt, an dem die Drähte 56 aus nicht-rostendem Stahl und die Weichlotschicht 52 einander kontaktieren. Die nahtge schweißte Zone 58 weist den Aufbau gemäß der Darstellung von 21 auf. Die Drähte 56 aus nicht-rostendem Stahl des Metallgitters 53 dringen unter dem von den Elektrodenrollen 6 ausgeübten Druck relativ weitgehend in die durch die Erzeugung von Widerstandswärme erweichte metallische Auflage 54 ein (1), während die Cu-Drähte 57 durch die infolge der Wärmeerzeugung zum Schmelzen gebrachte Weichlotschicht 52 mit dem auf Cu basierenden Metallsubstrat 51 verbunden werden. Somit werden die metallische Auflage 54 und das auf Cu basierende Metallsubstrat 51 durch das Metallgitter 53 und die Weichlotschicht 52 miteinander verbunden, wodurch ein Schichtverbundwerkstoff 20 gebildet wird.
Wenn die aus Ti oder Zr gefertigte metallische Auflage 54 und das auf Cu basierende Metallsubstrat 51 miteinander verbunden werden sollen, werden die Dicke der metallischen Auflage T und der Durchmesser M der Drähte des Metallgitters 53 bevorzugt derart eingestellt, daß das Verhältnis M/T im Bereich von 0,1-0,4, insbesondere bevorzugt im Bereich von 0,15-0,3 liegt. Des weiteren wird der Gitterfreiraum D des Metallgitters 53 (definiert als der Abstand zwischen den Innenseiten nebeneinanderliegender Drähte, d.h. die Breite des zwischen den Drähten gebildeten Zwischenraumes) bevorzugt derart eingestellt, daß das Verhältnis D/M in einem Bereich von 1-10, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1,5-7 liegt.
Es folgt eine Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Schichtverbundwerkstoffe mit einem auf Cu basierenden Substrat. Bei dem in 22(a) gezeigten Schichtverbundwerkstoff 20 weist das Metallsubstrat 51 einen Hauptkörper 51a auf, welcher in Form eines länglichen Rechtecks ausgebildet ist, Trägerabschnitte 51b, welche sich ausgehend von jedem Ende des Hauptkörpers 51a nach oben erstrecken, und vorstehende Abschnitte 51c, welche sich ausgehend von dem oberen Endabschnitt jedes der Trägerab schnitte 51b nach außen erstrecken. Die gesamte Oberfläche der Abschnitte 51a-51c ist mit einer metallischen Auflage 54 bedeckt, welche aus einem Korrosionsschutzmetall wie z.B. Ti, Zr, und dergleichen besteht, und auf dem Hauptkörper 51a und auf den vorstehenden Abschnitten 51c sind nahtgeschweißte Zonen 58 ausgebildet.
22(b) zeigt die Schnittansicht des Hauptkörpers 51a des Schichtverbundwerkstoffs 20. Die Weichlotschichten 52 sind auf beiden Seiten des Metallsubstrats 51 ausgebildet, die Metallgitter 53 sind darauf angeordnet, und der gesamte Schichtwerkstoff ist mit der metallischen Auflage 54 abgedeckt. Beide Enden der metallischen Auflage 54 sind mittels des verschweißten Abschnitts 59 an einer Kantenseite des Metallsubstrats 51 miteinander verbunden, so daß sie dieses umschließen. Durch Nahtschweißen in diesem Zustand werden nahtgeschweißte Zonen 58 gleichzeitig auf beiden Seiten des Metallsubstrats 51 ausgebildet. Die nahtgeschweißte Zone 58 ist in Form einer Mehrzahl von in einem vorgegebenen Intervall angeordneten Linien ausgebildet, und jede der Mehrzahl von Linien erstreckt sich entlang der Längsrichtung des Hauptkörpers 51a und entlang der Richtung, in welcher die vorstehenden Abschnitte 51c vorstehen. Ein solcher Schichtverbundwerkstoff 20 wird bevorzugt als eine Elektrode zum Galvanisieren oder für verschiedene elektrolytische Behandlungen oder als eine Stromschiene für die Stromzufuhr verwendet. Insbesondere der Schichtverbundwerkstoff 20 in 22 wird bevorzugt als eine untergetauchte Stromschiene verwendet, bei der die vorstehenden Abschnitte 51c außerhalb des Elektrolysebads angeordnet sind und als Kontaktabschnitte für die Stromzufuhr verwendet werden, und wobei der Hauptkörper 51a im Elektrolysebad untergetaucht ist und als Träger verwendet wird, welcher zu beschichtende Gegenstände oder Aufnahmekörbe für das im suspendierten Zustand befindliche Beschichtungsmaterial trägt.
Wie in 23(a) – (d) gezeigt ist, kann das Metallsubstrat 51 als Stab oder Stange mit kreisförmigem oder quadratischem Querschnitt ausgebildet sein. Die metallische Auflage 54 bedeckt die äußere Oberfläche des Substrats 51. Die nahtgeschweißten Zonen 58 sind in Form einer Mehrzahl von geraden Linien ausgebildet, welche sich entlang der Längsrichtung des Substrats 51 erstrecken und in einem vorgegebenen Intervall entlang seines Umfangs angeordnet sind. In 23(b) und (d) ist das Metallsubstrat 51 hohl aufgebaut. Diese Ausführungsbeispiele werden bevorzugt auch für die Grundkörper von Elektroden oder untergetauchten Stromschienen verwendet.
(Versuch 1)
Plattenförmige Metallsubstrate wurden mit Abmessungen von 50 cm × 50 cm × 12 mm vorbereitet, und unterschiedliche Arten von Metallfolien (Dicke: 10 bis 100 μm), Metallgittern (Drahtdurchmesser: 0,1 bis 0,5 mm; Gitterfreiraum: 16 bis 100 Mesh), und korrosionsbeständigen Metallplatten (d.h. metallischen Auflagen; Dicke: 0,5 bis 1,5 mm) mit jeweils der gleichen Oberfläche wie das Metallsubstrat wurden darauf geschichtet. Daraufhin wurde eine Mehrzahl von linearen nahtgeschweißten Zonen entlang der Längsrichtung des Metallsubstrats in einem Intervall von 25 mm gemäß dem in 1 gezeigten Verfahren zur Herstellung von Schichtverbundwerkstoffen (Tabelle 1: Probe Nr. 1 bis 20, Tabelle 2: Probe Nr. 21 bis 28) ausgebildet. Als Bezugsproben wurden Schichtverbundwerkstoffe ohne Metallgitter und Metallfolie vorbereitet. Bei diesen Werkstoffen wurde die korrosionsbeständige Metallplatte direkt auf dem Metallsubstrat angeordnet, und daraufhin wurde Nahtschweißen daran durchgeführt (Tabelle 3: Probe Nr. 31 bis 38).
Hierbei wurden die folgenden Materialien verwendet:

– Metallsubstrat: Kohlenstoffstahl (SS400), nicht-rostender Stahl (SUS304);
– Korrosionsbeständige Metallplatte: Ti, Zr, Nb, Ta, Ni, Ti-Pd (Palladium)-Legierung (Ti-0,15Gew.-%Pd), nicht-rostender Stahl (SUS316), Ni-Legierung (Hastelloy C-276, Ni-5Gew.-%Fe-16Gew.-%Cr-16Gew.-%Mo);
– Metallgitter: nicht-rostender Stahl (SUS304), zusammengesetztes Gitter (dessen in Längsrichtung angeordnete Drähte aus nicht-rostendem Stahl (SUS304) und die in Breitenrichtung angeordneten Drähte aus Kohlenstoffstahl (SS400, mit Zn beschichtet) bestanden, mit einem Durchmesser der Drähte von 0,1-0,5 mm einem Gitterfreiraum von 16-100 Mesh), zusammengesetztes Gitter (dessen in Längsrichtung angeordnete Drähte aus Ni bestehen, in Breitenrichtung angeordnete Drähte aus Cu bestehen, Durchmesser der Drähte is 0,1-0,5 mm, und die Gitterfreiraum is 16-100 Mesh), Cu-Sn-P-Legierung (JIS-C5111, Cu-3,5 bis 4,5Gew.-%Sn-0,03 bis 0,35Gew.-%P), und Nickel (Drahtdurchmesser: 0,1-0,5 mm; Gitterfreiraum: 16-100 Mesh). Streckmetalle aus nicht-rostendem Stahl (SUS304) wurden für Proben Nr. 7, 18 bis 20 in Tabelle 1 verwendet. Für die Herstellung von Streckmetallen wurde nicht-rostendes Stahlblech mit einer Dicke von 0,6 mm verwendet. Die Größe der rautenförmigen Gitteröffnungen ( 9) betrug 6,0 mm für die lange Diagonallinie R und 3,2 mm für die kurze Diagonallinie S;
– Metallfolie: Ni, Cu, Messing (Cu-30Gew.-%Zn), Neusilber (JIS-C7521, Zn-61,0 bis 67,0Gew.-%Cu-16,5 bis 19,5Gew.-%Ni), Ni-Hartlotwerkstoff (MBF-20: Ni-7,0Gew.-%Cr-3,0Gew.-%Fe-4,5Gew.-%Si-3,2Gew.-%B, Erzeugnisse von Allaid Co.).

Die Bedingungen für das Nahtschweißen wurden in den folgenden Bereich geregelt:

– Stromstärke: 5000 bis 25000 A;
– Schweißzeit: 5 bis 50 Zyklen;
– Unterbrechung: 5 bis 50 Zyklen;
– Druck: 500 bis 1500 kg;
– Elektrodenbreite: 5 bis 20 mm;
– Schweißgeschwindigkeit: 500 bis 1500 mm/min.

Eine Biegeprüfung wurde für jeden Schichtverbundwerkstoff unter Bedingungen durchgeführt, bei denen der Innendurchmesser der Biegung doppelt so groß wie die Dicke der Schichtverbundwerkstoffs war und der Biegewinkel 180° betrug. Der Bindungszustand zwischen der korrosionsbeständigen Metallplatte und dem Metallsubstrat wurde danach beurteilt, ob sich der verbundene Abschnitt ablöste oder nicht. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1-3 gezeigt.
Die Schichtverbundwerkstoffe der vorliegenden Erfindung (Tabelle 1 und 2) zeigten jeweils einen guten Bindungszustands, wohingegen sich die verbundenen Abschnitte aller Vergleichsproben (Tabelle 3) ablösten.
(Versuch 2)
Metallische Zwischenschichten (Dicke: 10 bis 100 μm), Metallgitter und korrosionsbeständige Metallplatten (Dicke: 0,5 to 1,5 mm) wurden in der genannten Reihenfolge auf Metallsubstrate auf Kupferbasis mit den Abmessungen 5 cm × 100 cm × 6 mm aufgeschichtet. Daraufhin wurde eine Mehrzahl von linear nahtgeschweißten Zonen, welche sich in der Längsrichtung des Metallsubstrats erstrecken, derart ausgebildet, daß sie gemäß dem in 1 gezeigten Verfahren zur Herstellung von Schichtverbundwerkstoffen nahe beieinander angeordnet sind (Tabelle 4: Proben Nr. 41-51). Als Bezugsproben wurden auch ein Schichtverbundwerkstoff, welcher kein Metallgitter (Tabelle 4: Probe Nr. 52) bzw. kein Metallgitter und keine metallische Zwischenschicht (Tabelle 4: Probe Nr. 53 to 56) aufwies, vorbereitet.
Hierbei wurden die folgenden Materialien verwendet:

– Metallsubstrat: sauerstofffreies Kupfer;
– Korrosionsbeständige Metallplatte: Ti, Zr, Nb, Ta, nicht-rostender Stahl (SUS304) und Ni;
– Metallgitter: zusammengesetztes Gitter (wobei die in Längsrichtung angeordneten Drähte aus nicht-rostendem Stahl (SUS304) und die in Breitenrichtung angeordneten Drähte aus Cu bestanden, mit einem Durchmesser der Drähte von 0,1-0,5 mm und einem Gitterfreiraum von 16-100 Mesh), zusammengesetztes Gitter (wobei die in Längsrichtung angeordneten Drähte aus Ni und die in Breitenrichtung angeordneten Drähte aus Cu bestanden, mit einem Durchmesser der Drähte von 0,1-0,5 mm, und einem Gitterfreiraum von 16-100 Mesh);
– metallische Zwischenschicht: Weichlot (Sn-37Gew.-%Pb, Sn-47Gew.-%Pb3Gew.-%Cu, und Sn-50Gew.-%Pb, das jeweils zum Schmelzen gebracht und auf das Metallsubstrat aufgebracht wurde).

Eine Biegeprüfung wurde für jeden Schichtverbundwerkstoff unter Bedingungen durchgeführt, bei denen der innere Durchmesser der Biegung doppelt so groß wie die Dicke des Schichtverbundwerkstoffs war und der Biegewinkel 180° betrug. Der Bindungszustand zwischen der korrosionsbeständigen Metallplatte und dem Metallsubstrat wurde danach beurteilt, ob sich der verbundene Abschnitt ablöste oder nicht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Die Schichtverbundwerkstoffe der vorliegenden Erfindung zeigten jeweils einen guten Bindungszustand, wohingegen sich die verbundenen Abschnitte aller Vergleichsproben ablösten.
(Versuch 3)
Plattenförmige Metallsubstrate wurden mit Abmessungen von 50 cm × 50 cm × 12 mm vorbereitet, und auf Fe basierende Metallgitter (Drahtdurchmesser: 0,1 bis 0,5 mm; Gitterfreiraum: 16-100 Mesh) und korrosionsbeständige Metallplatten (Dicke: 0,1 bis 1,5 mm) mit jeweils der gleichen Oberfläche wie das Metallsubstrat wurden darauf geschichtet. Daraufhin wurde eine Mehrzahl von linear nahtgeschweißten Zonen entlang der Längsrichtung des Metallsubstrats in einem Intervall von 25 mm gemäß dem in 1 gezeigten Verfahren zur Herstellung von Schichtverbundwerkstoffen (Tabelle 5: Probe Nr. 1-9) ausgebildet. Als Bezugsproben wurden Schichtverbundwerkstoffe ohne Metallgitter vorbereitet. Bei diesen Werkstoffen wurde die korrosionsbeständige Metallplatte direkt auf dem Metallsubstrat angeordnet, und Nahtschweißen wurde daraufhin daran durchgeführt (Tabelle 5: Probe Nr. 10 bis 15).
Hierbei wurden die folgenden Materialien verwendet:

– Metallsubstrat: Kohlenstoffstahl (SS400), nicht-rostender Stahl (SUS304, SUS316);
– Korrosionsbeständige Metallplatte: Ti, Zr, Nb, Ta, Ti-Pd-Legierung (Ti-0,15Gew.-%Pd), nicht-rostender Stahl (SUS304);
– Metallgitter: nicht-rostender Stahl (SUS304), Kohlenstoffstahl (SS400).

Eine Biegeprüfung wurde für jeden Schichtverbundwerkstoff unter Bedingungen durchgeführt, bei denen der Innendurchmesser der Biegung doppelt so groß wie die Dicke des Schichtverbundwerkstoffs war, und der Biegewinkel 180° betrug. Der Bindungszustand zwischen der korrosionsbeständigen Metallplatte und dem Metallsubstrat wurde danach beurteilt, ob sich der verbundene Abschnitt ablöste oder nicht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.
Die Schichtverbundwerkstoffe der vorliegenden Erfindung zeigten jeweils einen guten Bindungszustand, wohingegen sich die verbundenen Abschnitte aller Vergleichsproben (Tabelle 3) ablösten. TABELLE 1
TABELLE 2
TABELLE 3
TABELLE 4
TABELLE 5

Claims

Schichtverbundwerkstoff, welcher aufweist: ein auf Fe basierendes Metallsubstrat, welches aus Fe oder einer Fe-Legierung besteht; eine auf Ni basierende metallische Schicht, welche auf dem auf Fe basierenden Metallsubstrat angeordnet ist; ein Metallgitter, welches auf der auf Ni basierenden metallischen Schicht angeordnet ist, so daß es dem auf Fe basierenden Metallsubstrat gegenüberliegt und die auf Ni basierende metallische Schicht zwischen diesen angeordnet ist; eine korrosionsbeständige metallische Auflage, welche aus einem Metall mit einer unter Ti, Zr, Nb, Ta und Ni ausgewählten Hauptkomponente oder aus einem nicht-rostenden Stahl besteht, und welche in Kontakt mit dem Metallgitter angeordnet ist, so daß sie der auf Ni basierenden metallischen Schicht gegenüberliegt und das Metallgitter zwischen diesen angeordnet ist; eine in einer flächigen oder linearen Form unter Verwendung von Elektrodenrollen vorgesehene nahtgeschweißte Zone, welche das auf Fe basierende Metallsubstrat, die auf Ni basierende metallische Schicht, das Metallgitter und die korrosionsbeständige metallische Auflage miteinander verbindet, wobei das Metallgitter in die auf Ni basierende metallische Schicht und/oder die metallische Auflage intrudiert ist.
Schichtverbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Ni basierende metallische Schicht eine auf Ni basierende Metallfolie aufweist, und das Metallgitter aus einem Metall mit einer unter Fe, Ni und Cu ausgewählten Hauptkomponente besteht.
Schichtverbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter ein solches ist, bei dem die Öffnungen durch die Anbringung versetzter Schnitte in einer Metallplatte über deren Gesamtabschnitt hinweg ausgebildet sind, so daß jeder Schnitt die Dicke der Metallplatte durchdringt, sowie Strecken der Metallplatte in einer die Längsrichtung der Schnitte kreuzenden Richtung, wodurch jeder Schnitt aufgeweitet wird.
Schichtverbundwerkstoff, welcher aufweist: ein auf Fe basierendes Metallsubstrat, welches aus Fe oder einer Fe-Legierung besteht; ein Metallgitter, welches aus einem Metall mit Fe als einer Hauptkomponente besteht und auf dem auf Fe basierenden Metallsubstrat angeordnet ist; eine korrosionsbeständige metallische Auflage, welche aus einem Metall mit einer unter Ti, Zr, Nb, Ta und Ni ausgewählten Hauptkomponente oder aus einem nicht-rostenden Stahl besteht und welche in Kontakt mit dem Metallgitter angeordnet ist, so daß sie dem auf Fe basierenden Metallsubstrat gegenüberliegt und das Metallgitter zwischen diesen angeordnet ist; eine in einer flächigen oder linearen Form unter Verwendung von Elektrodenrollen vorgesehene nahtgeschweißte Zone, welche das auf Fe basierende Metallsubstrat, das Metallgitter und die korrosionsbeständige metallische Auflage miteinander verbindet, wobei das Metallgitter in die metallische Auflage intrudiert ist.
Schichtverbundwerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die korrosionsbeständige metallische Auflage aus Ti oder einer Ti-Legierung besteht
Schichtverbundwerkstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die korrosionsbeständige metallische Auflage aus Zr oder einer Zr-Legierung besteht
Schichtverbundwerkstoff, welcher aufweist: ein auf Fe basierendes Metallsubstrat, welches aus Fe oder einer Fe-Legierung besteht; ein Metallgitter, welches auf dem auf Fe basierenden Metallsubstrat angeordnet ist, wobei ein Teil des Metallgitters aus Fe oder einer Fe-Legierung besteht, oder zumindest ein Teil des Metallgitters aus einem Metall mit Ni oder Cu als der Hauptkomponente besteht; eine korrosionsbeständige metallische Auflage, welche aus einem Metall mit einer unter Ti, Zr, Nb, Ta und Ni ausgewählten Hauptkomponente oder aus einem nicht-rostenden Stahl besteht und welche in Kontakt mit dem Metallgitter angeordnet ist, so daß sie dem auf Fe basierenden Metallsubstrat gegenüberliegt und das Metallgitter zwischen diesen angeordnet ist; eine in einer flächigen oder linearen Form unter Verwendung von Elektrodenrollen vorgesehene nahtgeschweißte Zone, welche das auf Fe basierende Metallsubstrat, das Metallgitter und die korrosionsbeständige metallische Auflage miteinander verbindet, wobei das Metallgitter in die metallische Auflage intrudiert ist.
Schichtverbundwerkstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgitter aus einer Cu-Legierung besteht, welche mindestens eine unter Zn, Sn, Ni, P ausgewählte Komponente enthält.
Schichtverbundwerkstoff, welcher aufweist: ein auf Fe basierendes Metallsubstrat, welches aus Fe oder einer Fe-Legierung besteht; ein Metallgitter, welches auf dem auf Fe basierenden Metallsubstrat angeordnet ist und insgesamt aus einem Metall besteht, welches eine aus Fe, Ni und Cu ausgewählte Hauptkomponente enthält, wobei das Gitter ein solches ist, bei dem die Öffnungen durch die Anbringung versetzter Schnitte in einer Metallplatte über deren Gesamtabschnitt hinweg ausgebildet sind, so daß jeder Schnitt die Dicke der Metallplatte durchdringt, sowie Strecken der Metallplatte in einer die Längsrichtung der Schnitte kreuzenden Richtung, wodurch jeder Schnitt aufgeweitet wird. eine korrosionsbeständige metallische Auflage, welche aus einem Metall mit einer unter Ti, Zr, Nb, Ta und Ni ausgewählten Hauptkomponente oder aus einem nicht-rostenden Stahl besteht und welche in Kontakt mit dem Metallgitter angeordnet ist, so daß sie dem auf Fe basierenden Metallsubstrat gegenüberliegt und das Metallgitter zwischen diesen angeordnet ist; eine in einer flächigen oder linearen Form unter Verwendung von Elektrodenrollen vorgesehene nahtgeschweißte Zone, welche das auf Fe basierende Metallsub strat, das Metallgitter und die korrosionsbeständige metallische Auflage miteinander verbindet, wobei das Metallgitter in die metallische Auflage intrudiert ist.
Schichtverbundwerkstoff, welcher aufweist: ein Metallsubstrat, welches aus einem unter Fe, Fe-Legierung, Cu und Cu-Legierung ausgewählten Werkstoff besteht; ein auf dem Metallsubstrat angeordnetes Metallgitter, wobei das Metallgitter durch Verflechten zweier Sätze von Metalldrähten aus voneinander verschiedenen Werkstoffen ausgebildet ist; eine korrosionsbeständige metallische Auflage, welche in Kontakt mit dem Metallgitter angeordnet ist, so daß sie dem auf Fe basierenden Metallsubstrat gegenüberliegt und das Metallgitter zwischen diesen angeordnet ist; eine in einer flächigen oder linearen Form unter Verwendung von Elektrodenrollen vorgesehene nahtgeschweißte Zone, welche das Metallsubstrat, das Metallgitter und die korrosionsbeständige metallische Auflage miteinander verbindet, wobei die voneinander verschiedenen Werkstoffe für die zwei Sätze von Metalldrähten entweder einen unterschiedlichen elektrischen Widerstand aufweisen oder ein Werkstoff eine hohe Affinität bzw. einen hohen Eindringeffekt bezüglich der metallischen Auflage und der andere Werkstoff eine hohe Affinität bzw. einen hohen Eindringeffekt bezüglich des Metallsubstrats aufweist.
Schichtverbundwerkstoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine metallische Zwischenschicht zwischen das Metallsubstrat und das Metallgitter eingelegt ist.
Schichtverbundwerkstoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgitter erste Metalldrähte aufweist, welche sich in einer vorgegebenen Richtung erstrecken und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, sowie zweite Metalldrähte, welche sich in einer die vorgegebenene Richtung kreuzenden Richtung erstrecken, im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und aus einem von dem Werkstoff der ersten Drähte verschiedenen Werkstoff bestehen.
Schichtverbundwerkstoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die korrosionsbeständige metallische Auflage aus einem Metall mit einer unter Ti, Zr, Nb, Ta und Ni ausgewählten Hauptkomponente oder aus einem nichtrostenden Stahl besteht.
Schichtverbundwerkstoff nach Anspruch 12, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß er aufweist: ein auf Fe basierendes Metallsubstrat, welches aus Fe oder einer Fe-Legierung besteht; ein Metallgitter, welches auf dem auf Fe basierenden Metallsubstrat angeordnet ist, wobei das Metallgitter erste Metalldrähte aufweist, welche sich in einer vorgegebenen Richtung erstrecken und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, sowie zweite Metalldrähte, welche sich in einer die vorgegebenene Richtung kreuzenden Richtung erstrecken, im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und aus einem von dem Werkstoff der ersten Drähte verschiedenen Werkstoff bestehen, und wobei mindestens die ersten Metalldrähte oder die zweiten Metalldrähte aus einem Metall bestehen, dessen Hauptkomponente unter Fe, Ni und Cu ausgewählt ist; eine korrosionsbeständige metallische Auflage, welche in Kontakt mit dem Metallgitter angeordnet ist, so daß sie dem auf Fe basierenden Metallsubstrat gegenüberliegt und das Metallgitter zwischen diesen angeordnet ist; eine in einer flächigen oder linearen Form unter Verwendung von Elektrodenrollen vorgesehene nahtgeschweißte Zone, welche das auf Fe basierende Metallsubstrat, das Metallgitter und die korrosionsbeständige metallische Auflage miteinander verbindet.
Schichtverbundwerkstoff nach Anspruch 12, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß er aufweist: ein Metallsubstrat, welches aus Cu oder Cu-Legierung besteht; eine auf dem Metallgitter angeordnete metallische Zwischenschicht, welche aus einem Metall mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als demjenigen des auf Cu basierenden Metallsubstrats besteht; ein Metallgitter, welches auf dem auf Fe basierenden Metallsubstrat angeordnet ist, so daß es dem auf Cu basierenden Metallsubstrat gegenüberliegt und die metallische Zwischenschicht zwischen diesen angeordnet ist, wobei das Metallgitter erste Metalldrähte aufweist, welche sich in einer vorgegebenen Richtung erstrecken und im wesentlichen parallel zueinender angeordnet sind, sowie zweite Metalldrähte, welche sich in einer die vorgegebenene Richtung kreuzenden Richtung erstrecken, im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und aus einem von dem Werkstoff der ersten Drähte verschiedenen Werkstoff bestehen, und wobei mindestens die ersten Metalldrähte oder die zweiten Metalldrähte aus einem Metall bestehen, dessen Hauptkomponente unter Fe, Ni und Cu ausgewählt ist; eine korrosionsbeständige metallische Auflage, welche in Kontakt mit dem Metallgitter angeordnet ist, so daß sie dem auf Fe basierenden Metallsubstrat gegenüberliegt und das Metallgitter zwischen diesen angeordnet ist; eine in einer flächigen oder linearen Form unter Verwendung von Elektrodenrollen vorgesehene nahtgeschweißte Zone, welche das auf Fe basierende Metallsubstrat, die metallische Zwischenschicht, das Metallgitter und die korrosionsbeständige metallische Auflage miteinander verbindet.
Schichtverbundwerkstoff nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Zwischenschicht insgesamt mehr als 50 Gew.-% mindestens einer unter Pb, Sn und Zn ausgewählten Komponente enthält.
Schichtverbundwerkstoff welcher aufweist: ein auf Fe basierendes Metallsubstrat, welches aus Fe oder einer Fe-Legierung besteht; eine metallische Zwischenschicht, welche in Kontakt mit dem auf Fe basierenden Metallsubstrat angeordnet ist und aus einem unter Cu, Cu-Legierung, Ni und Ni-Legierung ausgewählten Werkstoff besteht; eine korrosionsbeständige metallische Auflage, welche aus einem Metall mit einer unter Nb, Ta, Ni, Zr ausgewählten Hauptkomponente oder aus einem nicht-rostenden Stahl besteht und in Kontakt mit der metallischen Zwischenschicht angeordnet ist, so daß sie dem auf Fe basierenden Metallsubstrat gegenüberliegt und die metallische Zwischenschicht zwischen diesen angeordnet ist; eine in einer flächigen oder linearen Form unter Verwendung von Elektrodenrollen vorgesehene nahtgeschweißte Zone, welche das auf Fe basierende Metallsubstrat, die metallische Zwischenschicht und die korrosionsbeständige metallische Auflage miteinander verbindet, wobei sich zwischen der metallischen Zwischenschicht und dem Metallsubstrat bzw. zwischen der metallischen Zwischenschicht und der metallischen Auflage eine Komponentendiffusionsschicht befindet.
Schichtverbundwerkstoff nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die korrosionsbeständige metallische Auflage aus einer Legierung besteht, welche als Hauptkomponente Ni sowie 13-35 Gew.-% Cr, 3-25 Gew.-% Fe und 3-35 Gew-% Mo enthält.
Schichtverbundwerkstoff nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Zwischenschicht aus einer Legierung besteht, welche als Hauptkomponente Ni sowie 5-16 Gew.-% Cr, 2-4 Gew.-% B und 3,5-5,5 Gew-% Si und 2-5 Gew.-% Fe enthält.
Schichtverbundwerkstoff nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Zwischenschicht aus einer Cu-Legierung besteht, welche mindestens eine unter Zn, Sn, Ni und P ausgewählte Komponente enthält.