DE202012011945U1 - Warmfester Formkörper aus mit Keramikpartikeln verstärktem Aluminium - Google Patents

Abstract

schmelzinfiltrierter Formkörper aus einer Aluminium-Legierung mit 5 bis 30% Keramikpartikeln und/oder Keramikfasern (vorzugsweise Aluminiumoxid, Siliziumkarbid) und 3 bis 50% aluminidbildende Metalle (wie z. B. Titan, Eisen, Nickel oder andere sowie deren Kombination)

Description

• Aus Aluminiumlegierungen werden mit keramischen Komponenten (Aluminium-Matrix-Verbundwerkstoffe/AMV) leistungsfähige Leichtbauteile mit neuen Eigenschaften hergestellt. Vor allem mit partikelverstärktem Aluminium (bis 70% möglich) können dabei gegenüber normalen Aluminiumlegierungen Steigerungen im E-Modul und besondere tribologische Eigenschaften erzielt werden, eine Steigerung der Warmfestigkeit jedoch ist nur in sehr geringem Maße möglich.
• Die nachfolgende Erfindung betrifft einen kostengünstigen Formkörper aus AMV unter Zusatz von aluminidbildenden Werkstoffen mit hoher Warmfestigkeit, hergestellt durch die Squeeze-Casting-Technologie.
• Nach dem Stand der Technik ist nicht bekannt, daß Formkörper auf Basis der AMV mit solch wesentlich verbesserten Eigenschaften auf ökonomisch sinnvolle Weise hergestellt werden können.
• Die dargelegten Ergebnisse in verschiedenen Patent- bzw. Offenlegungsschriften für AMV unter Bildung von Aluminiden haben bisher zu keinen praxisrelevanten Ergebnissen geführt.
• In der Patentschrift DE 197 52 776 wird ein Aluminiumoxid/Titanaluminid-Verbundwerkstoff beschrieben, wo Titandioxid als 15 μm Mikropulver zur Anwendung kommt. Es kommt zudem ein druckstabilisierter Opferkörper zum Einsatz, wo bei der Befüllung mit Aluminium Füllstoff und Bindemittel thermisch entfernt werden.
• In der Offenlegungsschrift DE 102 36 751 wird ein Intermetallic-Keramik-Verbundwerkstoff einschließlich dessen Verfahren zur Herstellung beschrieben. Hier wird eine keramische Pre-Form (u. a. mit Titandioxid) mittels Squeeze Casting mit einer Aluminium-Silizium-Legierung infiltriert. In einer anschließenden Wärmebehandlung erfolgt die Umwandlung in den Intermetallic-Keramik-Verbundwerkstoff
• Im Patent EP 1 501 954 wird ein Bremsenprodukt aus einer keramikverstärktem Aluminiumlegierung beschrieben, hergestellt durch Squeeze Casting. Die Aluminid-Bildung basiert dabei auf einem Metallpulver-Mix aus anderen als Titan aluminidbildenden Metallen.
• In der Patentschrift DE 103 54 655 wird ein metallkeramisches Bauteil einschließlich dessen Verfahren zur Herstellung beschrieben. Ähnlich anderer Verfahren wird keramisches Pulver (u. a. mit Titandioxoid) in einer Form zu einem Grünkörper verpreßt, dieser anschließend gesintert und mittels einer Aluminiumschmelze druckinfiltiert sowie anschließend zur Auslösung der Titanaluminid-Bildung wärmebehandelt. Die Verfahrensbedingungen (u. a. Temperatur, Druck) sollen dabei die Grundlage für eine hohe Bruchzähigkeit, gute Wärmeleitfähigkeit sowie eine gute Oxydations- und Verschleißbeständigkeit bilden.
• In zwei Offenlegungsschriften werden Formkörper auf Aluminiumbasis einschließlich dessen Verfahren zur Herstellung beschrieben. Beide basieren bei der Titanaluminidbildung auf Titandioxid. Die Herstellung erfolgt über Squeeze Casting. Dabei konzentriert sich DE 101 17 394 auf die konkrete Anwendung in einer Bremsscheibe und DE 196 05 858 umfassender auf einen Werkstoff (Aluminiumoxid/Aluminid-Composites), wobei hier auch andere Aluminid-Quellen (z. B. Eisen) und Variationen in der Keramik (u. a. Siliziumkarbid) beschrieben werden. In der Offenlegungsschrift DE 100 45 049 des gleichen Anmelders wird ausschließlich der Grünkörper und dessen Herstellung beschrieben. Bei den Verfahren mit Titandioxid als Ausgangsmaterial ist eine technische Umsetzung zu Aluminiden bisher aufgrund der hohen Aktivierungsenergie problematisch und erfordert entsprechend teures Ausgangsmaterial.
• Im Patent DE 689 04 689 wird als Zielstellung eine Aluminiumlegierung zur Erhöhung des E-Modul beschrieben. Die Herstellung erfolgt aus Titan- und Aluminiumpulver durch mechanisches Legieren. Es unterscheidet sich gegenüber vorgenannten durch Verwendung von Titan als Metallpulver statt Titandioxid. Das Titan wird nahezu vollständig in Titanaluminid umgesetzt. Als zusätzliche keramische Bestandteile werden ausschließlich aluminium- oder yttriumhaltige Oxide erwähnt.
• In der vorgelegten Erfindung wird das aluminidbildende Metall vorzugsweise aus Abfall- und Recyclingmaterial (z. B. Späne) in einer Form mit einer siliziumkarbidhaltigen Aluminiumlegierung mittels Squeeze Casting infiltriert. Dabei bildet sich das Aluminid, ohne daß das aluminidbildende Metall zwingend vollständig umgesetzt werden muß, dispers über den gesamten Formkörper verteilt.
• Der Formkörper kann anschließend zur weiteren Erhöhung der Warmfestigkeit noch getempert und damit eine bestimmte Warmfestigkeit eingestellt werden.
• Der kostengünstige Formkörper besteht aus einem Metall-Matrix-Verbundwerkstoff mit keramischen Pulver als Verstärkung und zeichnet sich durch eine hohe Warmfestigkeit und Verschleißbeständigkeit aus.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 19752776 [0005]
• DE 10236751 A [0006]
• EP 1501954 [0007]
• DE 10354655 [0008]
• DE 10117394 [0009]
• DE 19605858 [0009]
• DE 10045049 A [0009]
• DE 68904689 [0010]

Claims (4)

1. schmelzinfiltrierter Formkörper aus einer Aluminium-Legierung mit 5 bis 30% Keramikpartikeln und/oder Keramikfasern (vorzugsweise Aluminiumoxid, Siliziumkarbid) und 3 bis 50% aluminidbildende Metalle (wie z. B. Titan, Eisen, Nickel oder andere sowie deren Kombination)
2. schmelzinfiltrierter Formkörper nach Anspruch 1 mit mindestens 5% Metallaluminid
3. schmelzinfiltrierter Formkörper nach Anspruch 1 und 2 mit einer Warmfestigkeit von mehr als 500°C
4. schmelzinfiltrierter, getemperter Formkörper nach Anspruch 1 und 2 mit variierter Warmfestigkeit