DE2428310A1

DE2428310A1 - METAL COMPOSITE MATERIAL AND METHOD FOR MANUFACTURING A METAL COMPOSITE MATERIAL

Info

Publication number: DE2428310A1
Application number: DE19742428310
Authority: DE
Inventors: Sanetoshi Tabata; Toshiaki Takeuchi
Original assignee: Teikoku Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Teikoku Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1973-09-12
Filing date: 1974-06-12
Publication date: 1975-04-17
Also published as: GB1458997A; FR2243048A1; IT1014807B; FR2243048B1

Description

COHATJSZ & FLORACKCOHATJSZ & FLORACK

PATBNTANWALTSBÜRO 242 VW 1 UPATBNTANWALTSBÜRO 242 VW 1 U

4 DÜSSELDORF SCHUMANNSTR. 974 DÜSSELDORF SCHUMANNSTR. 97

PATENTANWÄLTE: Dipl.-lng. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. W. FLORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBERPATENT LAWYERS: Dipl.-lng. W. COHAUSZ Dipl.-Ing. W. FLORACK Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER

Teikoku ^iston Rins; ~o., Ltd.
1-9-9, Yaesu, "huo-ku
Tokyo, JapanTeikoku ^ iston Rins; ~ o., Ltd.
1-9-9, Yaesu, "huo-ku
Tokyo, Japan

Metal composite material and method for producing a metal

verbundmaterialscomposite material

Die Erfindung betrifft ein Metallverbundmaterial sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Metallverbundmaterials, bei dem eine dünne Aluminiumschicht fest mit einem Metallsubstrat verbunden ist oder wird, das aus einem Metall besteht, das nicht Aluminium Bist.The invention relates to a metal composite material and a method for the production of a metal composite material in which a thin aluminum layer is or will be firmly connected to a metal substrate, that is made of a metal that is not aluminum.

Der Begriff "Aluminium¹¹, wie er hier verwendet wird, bezieht sich, wenn nichts Gegenteiliges angeführt ist, auf technisch reines Aluminium und auf Aluminiumlegierungen.As used herein, the term "aluminum ¹¹ " refers to technically pure aluminum and aluminum alloys, unless otherwise stated.

Der Begriff "ein Metall, das nicht Aluminium ist", wie er hier verwendet wird, betrifft ein Metall, das in Aluminium diffundierbar ist und in das Aluminium diffundierbar ist, und zwar bei einter Temperatur, die niedriger sowohl als die Schmelzpunkttemperatur des Metalls als auch die des Aluminiums ist. Dieses Metall kann aus Fe, Ti, Nm, Ta, Zr, Ni, Co, Cr, Mn, Be, Ag, Cu und Legierungen ausgewählt sein, die als ein Grundkomponentenmetall mindestens eines der vorstehend genannten Metalle enthalten.The term "a metal that is not aluminum" as used herein refers to a metal that is diffusible in aluminum and diffusible into the aluminum at a temperature that is is lower than both the melting point temperature of the metal and that of the aluminum. This metal can consist of Fe, Ti, Nm, Ta, Zr, Ni, Co, Cr, Mn, Be, Ag, Cu and alloys can be selected as a basic component metal of at least one of the aforementioned metals contain.

Allgemein werden Aluminiummaterialien und aluniniumbechichtete Materialien im großen Umfange in den verschiedensten Bereichen verwendet, weil sie eine hohe Korrosionsbeständigkeit in säurehaltigen Atmosphären und eine hohe Oxidationsbeständigkeit bei erhöhter Temperatur haben und weil sie wegen ihres guten Aussehens, wenn sie als Sichtflächen verwendet werden, für dekorative Zwecke gut geeignet sind.Generally, aluminum materials and aluminum-coated materials are used Used on a large scale in a wide variety of areas because they have high corrosion resistance in acidic atmospheres and have high resistance to oxidation at elevated temperature and because of their good appearance when used as visible surfaces are well suited for decorative purposes.

Wa/Ti - 2 -Wa / Ti - 2 -

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24283 1 O24283 1 O

Die Beschichtung von Metall mit Aluminium wird gewöhnlich nach einer herkömmlichen Heißtauchmethode oder nach einer galvanischen Methode oder Arbeiten mit einem nichtwässrigen Medium durchgeführt. Bei der Heißtauchmethode wird das zu beschichtende Metall in ein heißes Bad aus geschmolzenem Aluminium eingetaucht. Diese Methode hat verschiedene Nachteile, weil beispielsweise die Aluminiumbesc hichtung in ihia: Dicke ungleichförmig ist und in ihrer Zusammensetzung ungleichmäßig ist. Besondere dann, wenn das zu beschichtende Metall in ein geschmolzenes Aluminiumbad eingetaucht wird, das eine Temperatur hat, die höher als der Schmelzpunkt des Aluminiums ist, diffundieren Teile des Aluminiums und des anderen Metalls ineinander und bilden intermetallische Verbindungen in der Grenzschicht zwischen der Aluminiumbeschicbtung und der Metallsubstratlage. Diese intermetallischen Verbindungen haben eine hohe Sprödigkeit und führen deshalb zu einer Minderung in der Verarbeitungsfähigkeit des aluminiumbeschichteten Materials. Demgemäß ist es wünschenswert, daß das Aluminium auf das Metallsubstratmaterial bei einer relativ niedrigen Temperatur aufgeschichtet wird.The coating of metal with aluminum is usually done after a conventional hot dipping method or by a galvanic method or working with a non-aqueous medium. In the Hot dip method, the metal to be coated is immersed in a hot bath of molten aluminum. This method has several Disadvantages because, for example, the aluminum coating in ihia: Thickness is non-uniform and is non-uniform in composition. Especially when the metal to be coated is molten If the aluminum bath is immersed, which has a temperature higher than the melting point of the aluminum, parts of the diffuse Aluminum and the other metal into each other and form intermetallic compounds in the interface between the aluminum coating and the metal substrate layer. These intermetallic compounds have a high degree of brittleness and therefore lead to a reduction in the workability of the aluminum-coated material. Accordingly, it is desirable that the aluminum be deposited on the metal substrate material is piled up at a relatively low temperature.

Die Galvanobeschichtungsmethode für das Metallsubstratmaterial kann bei niedriger Temperatur durchgeführt werden. Diese Methode ist jedoch nachteilig, weil das nichtwässrige Medium entflammbar und für den Menschen schädlich ist. Demgemäß besteht ein Bedarf, das Aluminium auf das Metallsubstratmaterial aufschichten zu können, ohne daß ein entflammbares und schädliches nicht-wässriges Medium verwendet werden muß.The electroplating method for the metal substrate material can be carried out at low temperature. However, this method is disadvantageous because the non-aqueous medium is flammable and for is harmful to people. Accordingly, there is a need to be able to laminate the aluminum onto the metal substrate material without a flammable one and harmful non-aqueous medium must be used.

Demgemäß sind verschiedene neue Arten von Metallverbundmaterialien entwickelt worden, um Defekte in den Eigenschaften der herkömmlichen Metallverbundmaterialien zu beseitigen und den Verbrauch des Metallmaterials wirtschaftlicher zu gestalten. Venn dieee neu entwickelten Verbundmaterialien jedoch ia induttriellen Maßstab hergestellt oder verwendet werden, gibt es zahlreichem Schwierigkeiten in der Metallbearbeitung, beispielsweise ein Kaltpreßbearbeiten und ein Heißpreßbearbeiten. Bisher gibt es kein Verfahren, mittels dessen diese Schwierigkeiten besetitigt werden.Accordingly, various new types of metal composite materials have been developed has been to eliminate defects in the properties of conventional metal composite materials to eliminate and to make the consumption of the metal material more economical. For the newly developed composite materials however, generally manufactured or used on an industrial scale there are numerous difficulties in metalworking, for example, cold press working and hot press working. So far there is no method by which these difficulties are overcome.

In de» Fall, bei dem Zweikonponenten-Metallmaterialien mit Härten, dieIn the case of two-component metal materials with hardnesses that

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stark voneinander abweichen, beispielsweise Ti und Al, durch eine Kaltpreßbindemethode in ein Verbundmaterial gebracht werden, hat also das entstehende Verbundmaterial eine schlechte Bindefestigkeit. Das liegt daran, daß die Unterschiede in der Härete der beiden Komponentenmetalle zu großen Unterschieden in dem Maß der Verformung führt, der sie unterliegen, während sie eine Walzmühle durchlaufen, ebenso im Maß der Längung nach dem Walzen und im Maß der Rückfederung. Diese Unterschiede bewirken eine hohe Scherkraft zwischen den Komponentenmetal!materialien, die in einen Verbundmaterialkörper gebunden sind, und folglich kann eine feste Bindung zwischen den Komponentenmetallmaterialien nicht bewirkt werden.differ greatly from each other, for example Ti and Al, by a Kaltpreßbindemethode are brought into a composite material, so has the resulting composite material has poor bond strength. That is because the differences in hardness of the two component metals leads to large differences in the amount of deformation they undergo while passing through a roller mill as well in the amount of elongation after rolling and in the amount of springback. These differences cause a high shear force between the component metal materials, which are bonded into a composite body, and hence a strong bond between the component metal materials cannot be effected.

Andererseits ist die herkömmliche Heißpreßbindemethode insofern nachteilig, weil alle Vorgänge, unter anderem die Wärmebehandlung und das Heißziehen, beispielsweise das Heißwalzen, unter Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden müssen. Das liegt daran, daß eine Tendenz zur Erzeugung eines Oxidfilme besteht, der fest mit dem Komponentenmaetallmaterial verbunden ist, beispielsweise Titan und Edelstahl, welches mit dem Aluminium zu verbinden ist, und zwar in den Heißpreßbindeverfahren. Ein solcher Oxidfilm verhindert ein festes Binden der Komponentenmetallmaterialien miteinander. Die Notwerd-gkeit zum Arbeiten unter Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre bewirkt, daß die Heißpreßbindevorrichtung groß sein muß, und dadurch entstehen hohe Kosten und eine große Aufwendigkeit des Heißpreßbindeverfahrens. Die vorstehenden Kachteile machen die Heißpreßbindemethode im industriellen Maßstab schwer durchführbar.On the other hand, the conventional hot press bonding method is disadvantageous in that because all processes, including heat treatment and hot drawing, for example hot rolling, under vacuum or in one Inert gas atmosphere must be carried out. This is because there is a tendency for an oxide film to be formed firmly attached to the Component metal material is connected, for example titanium and Stainless steel, which is to be connected to the aluminum, in the hot press bonding process. Such an oxide film prevents tight bonding of the component metal materials with each other. The necessity to work under vacuum or an inert gas atmosphere causes the hot press bonding apparatus is required to be large in size, resulting in high cost and laboriousness of the hot press bonding process. the protruding compartment parts make the hot press bonding method difficult to carry out on an industrial scale.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mittels dessen in einem einfachen Arbeitsgang ein Metallverbundmaterial hergestellt wird, das eine dünne Aluminiumschicht hat, die fest mit einem Substratmaterial verbunden ist, das au« einem Metall besteht, welches nicht Aluminium ist, wfchei die Aluminiumechioht wirksam wird, um ein Aluminiummaterial mit dem Metallsubstratnaterial durch sich fest zu verbinden. Ferner liegt der Erfindung die. Aufgabe zugrunde, ein Metallverbundmaterial der vorstehend genannten Art zu schaffen.The invention is based on the object of creating a method by means of which a metal composite material in a simple operation is made, which has a thin aluminum layer that is firmly bonded to a substrate material that consists of a metal, which is not aluminum, where the aluminum chemistry is effective, around an aluminum material with the metal substrate material through it to connect firmly. Furthermore, the invention is the. Task, to create a metal composite material of the type mentioned above.

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Veiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Metallverbundmaterials im industriellen Maßstab, das eine dünne Aluminiumschicht hat» die fest mit einem Subtratmaterial verbunden ist, das aus eine» Metall besteht, das nicht Aluminium ist, ohne daS ein Oxidfilm auf der Oberfläche des Metalleubstratmaterials entsteht, und sie bezweckt die Herstellung eines Metallverbundmaterials der vorstehend genannten Art.Veiter, the invention aims to provide a process for the production of a metal composite material on an industrial scale, the a thin layer of aluminum has »which is firmly attached to a substrate material which consists of a »metal that is not aluminum, without an oxide film on the surface of the metal substrate material arises, and its purpose is the production of a metal composite material of the type mentioned above.

Veiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Metallverbundmaterials mit einer dünnen Aluminiumschicht, die fest mit einem Substratmaterial verbunden ist, das aus einem Metall besteht, das nicht Aluminium ist, ohne daß intermetallische Verbindungen des anderen Metalls und Aluminiums in einer Grenzschicht zwischen ihnen entsteht. Veiter bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Metallverbundmateriale, das die vorstehend genannten Eigenschaften hat.According to Veiter, the invention aims to provide a method for producing a metal composite material with a thin aluminum layer, which is firmly bonded to a substrate material consisting of a metal that is not aluminum, without intermetallic compounds of the other metal and aluminum in a boundary layer between them arises. According to Veiter, the invention aims to provide a metal composite material which has the properties mentioned above.

Veiter soll gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Metallverbundmaterials geschaffen werden, da« eine Aluminiumschicht hat, die fest mit einem Substratmaterial verbunden ist, welches aus einem Metall besteht, das nicht Aluminium ist, und zwar durch eine dünne Aluminiumschicht, die zuvor mit dem Metallsubstratmaterial verbunden worden ist, und ee soll ein Verbundmaterial der vorstehend genannten Art geschaffen werden.According to the invention, a method for producing a metal composite material is to be created, since an aluminum layer has the is firmly connected to a substrate material, which consists of a metal that is not aluminum, through a thin aluminum layer that has previously been connected to the metal substrate material, and ee is intended to provide a composite material of the type mentioned above will.

Dazu ist erfindungsgemäß ein Verfahren vorgesehen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Aluminiumfolie auf eine Fläche eines Substratmaterial· gelegt wird, das aus einem Metall besteht, das nicht Aluminium istι daß die Aluminiumfolie mit dem Metallsubstratmaterial kaltdruckverbunden wird, und zwar mit einer Querschnittsverminderung zwischen und 40$, und daß das verbundene Material einer Siffusiontwärmebehandlung bei einer Temperatur ausgesetzt wird, die niedriger als die Schmelzpunkte sowohl der Aluminiumfolie als auch des Substratmaterials ist.For this purpose, a method is provided according to the invention, which is characterized in that an aluminum foil is placed on a surface of a substrate material which consists of a metal other than aluminum istι that the aluminum foil is cold pressure bonded to the metal substrate material, with a cross-sectional reduction between and 40 $, and that the bonded material is subjected to a diffusion heat treatment at a temperature lower than that Is the melting point of both the aluminum foil and the substrate material.

Der Segriff "Quersohnittsverminderung", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf ein Verhältnis in Prozentzahlen der Pickenverringe-The term "cross-sonhood reduction" as used here refers to a ratio in percentages of the peck reduction

rung des Metallmaterials durch Fressen des Metallmaterials zu der ursprünglichen Sicke desselben. D.h., vorausgesetzt, d_ftß die ursprüngliche Dicke des Metallmaterials T beträgt und die Dicke des gepreßten Metallmaterials t beträgt, gilt die folgende Bezciehungition of the metal material by fretting the metal material to the original bead thereof. That is, provided that d _ft ß is the original thickness of the metal material T and the thickness of the pressed metal material is t, the following relation holds

λ. ι. -0.x '4 α fa\ #100 ίτ-t) λ. ι. -0.x '4 α fa \ # 100 ίτ-t)

Querschnittsverminderung (4) = ⁱ Reduction in cross-section (4) = ⁱ

Beim Verfahren gemäß der Erfindung kann das Substrataaterial aus einem Metall bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Pe, Ti, Nu) Ta, Zr, Ni, Co, Cr, Mn, Be, Ag, Cu und Liegerungen besteht, die als ein Grundkomponentenmetall mindestens eines der vorstehend genannten Metalle enthält. Diese Metalle können sich in das Aluminium hinein diffundieren, und zwar bei der Diffusionswärmebehandlungstemperatur. Ferner kann Aluminium bei der vorstehenden Temperatur in die vorstehend ge-, nannten Metalle hineindiffundieren.In the method according to the invention, the substrate material can consist of a Metal selected from the group consisting of Pe, Ti, Nu) Ta, Zr, Ni, Co, Cr, Mn, Be, Ag, Cu and Liegerungen that as a basic component metal contains at least one of the aforementioned metals. These metals can diffuse into the aluminum, at the diffusion heat treatment temperature. Further can aluminum at the above temperature in the above, called metals diffuse into it.

Die Aluminiumfolie, die für das erfindungsgemäße Verfahren brauchbar ist, kann aus einem technisch reinen Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung bestehen, die beispielsweise einen kleinen Anteil an Silizium oder Magnesium enthält.The aluminum foil useful for the process of the invention can be made from a technically pure aluminum or from an aluminum alloy exist, which contains, for example, a small amount of silicon or magnesium.

Die Aluminiumfolie hat vorzugsweise eine Dicke von 1 bis I50 », vorzugsweise jedoch besser 1 bis 50 ». TJm ein Zomponentenmetallmaterial mit dem anderen Komponentenmetallmaterial durch Saltpreßbinden zu verbinden, ist es, allgemein gesprochen, erforderlich, das !Componentensaterial mit einer hohen Querschnittsverminderung zu pressen. Selbst wenn das Fressen sukzessive in mehreren Schritten durchgeführt wird, ist es erforderlich, daß das erste Pressen mit einer Querschnittsverminderung von mindestens 3056 durchgeführt wird. Wenn jedoch eine Aluminiumfolie, die eine viel geringere Dicke als die des Substratmaterials hat, mit dem Substrataaterial zusammengepreßt wird, ist es möglich, sie kaltpreßzuverbinden, selbst wenn die Querschnittsverminderung relativ gering ist und das Substratmaterial eine relativ große Härte hat. Das lieft daran, daß der auf die dünne Aluminiumfolie einwirkende Druck mit sehr hohem Wir-The aluminum foil preferably has a thickness of 1 to 150 », preferably but better 1 to 50 ». TJm is a component metal material with the to connect other component metal material by salt press bonding is it, generally speaking, requires the component material with with a high reduction in cross-section. Even if the fretting is carried out successively in several steps, it is necessary that the first pressing with a cross-section reduction of at least 3056 is carried out. However, if an aluminum foil that a lot has less thickness than that of the substrate material with the substrate material is pressed together, it is possible to cold-press join them, even if the reduction in area is relatively small and the substrate material has a relatively high hardness. That is because the pressure acting on the thin aluminum foil with a very high efficiency

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kungsgrad auf die Grenzfläche zwischen der Aluminiumfolie und dem Substratmaterial durch die dünne Folie übertragen werden kann, was nur einen sehr kleinen Teil des Drucks erfordert, um für eine Verformung zu sargen. Ferner ist zu beachten, daß die Aluminiumfolie leicht der Verformung des Substratmaterials während des Fressens folgen kann. Gemäß der Erfindung kann die Aluminiumfolie also mit dem Substratmaterial mit einer relativ geringen Querschnittsverminderung von zwischen 5 und 405^ ikaltdruckverbunden werden. Venn die Querschnittsverminderung weniger als 5% beträgt, hat das entstehende Verbundmaterial eine nicht ausreichende Bindefestigkeit für den ^praktischen Gebrauch. Wenn andererseits die Querschnittsverminderung mehr als 40% beträgt, führt das Kaltpressen zu einer unerwünschten Verhärtung des Verbundmaterials. Diese Verhärtung bewirkt eine hohe Sprödigkeit des Verbundmaterial β.Kungsgrad can be transferred to the interface between the aluminum foil and the substrate material through the thin foil, which requires only a very small portion of the pressure to coffin for deformation. It should also be noted that the aluminum foil can easily follow the deformation of the substrate material during seizure. According to the invention, the aluminum foil can thus be bonded to the substrate material with a relatively small reduction in cross-section of between 5 and 40% cold pressure. If the reduction in area is less than 5% , the resulting composite material has insufficient bonding strength for practical use. On the other hand, if the reduction in area is more than 40%, the cold pressing leads to undesirable hardening of the composite material. This hardening causes the composite material β to be extremely brittle.

Um eine feste Bindung zu erreichen, werden dale Aluminiumfolie und das Substratmaterial vorzugsweise zuvor an den zu verbindenen Flächen gereinigt. Die Heinigung der Folie und des Substratmaterials kann durch. Eintauchen in einer Entfettungsflüssigkeit wie einer organischen Flüssigkeit, einer sauren wässrigen Lösung oder einer alkalischen wässrigen Lösung bewirkt werden. Die entfettende organische Flüssigkeit kann Methylalkohol, Äthylalkohol, Aceton, Trichloräthylen oder Tetrachloräthylen sein. Die entfettende saure wässrige Lösung kann Salzsäure, Schwefelsäure, Oialsäure-Hatriumbichromat oder Phosphorsäure enthalten. Weiter kann die entfettende alkalische wässrige Lösung Natriumhydoxid, Natriumcarbonat, Natriumsilicat oder Natriummetasilicat enthalten. Diese entfettenden Flüssigkeiten und Lösungen kann ein flächenaktives Mittel enthalten.To achieve a firm bond, the aluminum foil and the Substrate material preferably cleaned beforehand on the surfaces to be connected. The cleaning of the film and the substrate material can be done by. Immersion in a degreasing liquid such as an organic liquid, an acidic aqueous solution or an alkaline aqueous solution. The degreasing organic liquid can Methyl alcohol, ethyl alcohol, acetone, trichlorethylene or tetrachlorethylene be. The degreasing acidic aqueous solution can contain hydrochloric acid, sulfuric acid, oleic acid-sodium dichromate or phosphoric acid. Furthermore, the degreasing alkaline aqueous solution can contain sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium silicate or sodium metasilicate. These Degreasing liquids and solutions may contain a surface active agent.

Da« Kaltprtßverbinden in den erfindungsgemäßen Verfahren kann mit der herkömmlichen Vorrichtung durchgeführt werden, beispielsweise Kaltwalzwerken und Kaltziehmaschinen.Since «Kaltprtßverbinden in the method according to the invention can with the conventional apparatus can be carried out, for example cold rolling mills and cold drawing machines.

Ferner kann di· Kaltpreßverbindung durch ein Walzwerk unter Eückstrekkung der Aluminiumfolie bewirkt werden, di· über den SubetratmaterialFurthermore, the cold press connection can be made by a rolling mill with back-stretching the aluminum foil, ie via the substrate material

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liegt. Durch diese Rückstreckung kann die Aluminiumfolie gleichmäßig mit dem Subtratmaterial verbunden werden.lies. This stretching back allows the aluminum foil to be uniform be connected to the substrate material.

Nach Abschluß des Kaltpreßverbindens werden die verbundenen Werkstoffe einer Diffusionswärmbehandlung bei einer !Temperatur unterzogen, die niedriger als die der beiden Schmelzpunkte der Aluminiumfolie und des Metallsubstratmaterials ist, vorzugsweise jeodch nicht niedriger als 200⁰C, und noch besser 300 bis 45O⁰C beträgt. Durch Erhitzen mit der vorstehend angegebenen Temperatur kaönnen daie Aluminiumfolie und das Subtratmaterial ineinander dinffundieren, um eine Diffueionsschicht in der Grenzpartie derselben zu bilden} in dieser Diffusionswärmebehandlung ist zu beachten,· daß keine intermetallische Verbindung in der Diffusions schicht entsteht. Das liegt daran, daß die Behandlung bei einer rektiv niedrigen Temperatur durchgeführt wird. Wenn die Diffusionsbehandlungstemperatur weniger als 200⁰C beträgt, sind die Diffusionsratendes Aluminiums und des Metallsubstrats sehr niedrig, und deshalb kann die Diffusion nicht in einem Zeitraum abgeschlossen werden, der für industrielle Zwecke praktikabel ist. Wenn die Temperatur für die Diffusion ferner höher als einer der beiden Schmelzpunkte der Aluminiumfolie oder des Substratmaterials ist, entstehen unerwünschte intermetallische Verbindungen in der Diffusionsschicht. Diese intermetallischen Verbindungen bewirken eine geringe Bindefestigkeit des Verbundmaterials auf Grund der hohen Sprödigkeit.After completion of the Kaltpreßverbindens the bonded materials are subjected to a Diffusionswärmbehandlung at a! Temperature which is lower than that of the two melting points of the aluminum foil and the metal substrate material, preferably jeodch not lower than 200 ⁰ C, and more preferably equals 300 to 45O ⁰ C. By heating at the temperature given above, the aluminum foil and the substrate material can infuse into one another to form a diffusion layer in the boundary part thereof} In this diffusion heat treatment, it should be noted that no intermetallic compound is formed in the diffusion layer. This is because the treatment is carried out at a reactively low temperature. When the diffusion treatment ^{temperature is less than 200 °} C., the diffusion rates of the aluminum and the metal substrate are very low, and therefore the diffusion cannot be completed in a period of time that is practical for industrial purposes. Furthermore, if the temperature for the diffusion is higher than one of the two melting points of the aluminum foil or of the substrate material, undesired intermetallic compounds are formed in the diffusion layer. These intermetallic compounds cause the composite material to have a low bond strength due to its high brittleness.

Die Diffusionswärmebehandlung wird solange durchgeführt, wie das erforderlich ist, um die Diffusion bis zum erforderliohen Maße abzuschließen, gewöhnlich fünf Minuten bis zwei Stunden.The diffusion heat treatment is carried out as long as necessary is to complete the diffusion to the extent required, usually five minutes to two hours.

Das vorstehend genannte Verfahren gemäß der Erfindung hat die folgenden Merkmale.The above method according to the invention has the following Characteristics.

(1) Das Verhältnis in der Dicke der Aluminiumfolie zur Suauae des Substratmaterials und der Aluminiumfolie ist sehr klein. Allgemein ist bekannt, daß je kleiner das Dickenverhältnis, desto größer die Spannung, die vertikal auf die Grenzfläche zwischen der Aluminiumfolie und dem Substratmaterial einwirkt. Die große vertikale Spannung führt(1) The ratio in the thickness of the aluminum foil to the suauae of the substrate material and the aluminum foil is very small. It is generally known that the smaller the thickness ratio, the greater the stress, which acts vertically on the interface between the aluminum foil and the substrate material. The great vertical tension leads

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dazu, daß die Bindefestigkeit des Verbundmaterials groß ist.to the fact that the bonding strength of the composite material is great.

(2) Beim Kaltpreßverbinden wird eine Scherkraft, die auf die Grenzfläche zwischen der dünnen Aluminiumfolie und dem Substratmaterial einwirkt, durch das Substratmaterial absorbiert, das eine sehr große Sicke im Vergleich zu der der Aluminiumfolie hat. Entsprechend wirkt ein kleiner (Feil der Scherkraft auf die Aluminiumfolie. Mit anderen Worten, die dünne Aluminiumfolie kann leicht der Verformung des Substratmaterials folgen.(2) In cold press joining, a shear force acting on the interface between the thin aluminum foil and the substrate material is absorbed by the substrate material, which is a very large one Bead compared to the one the aluminum foil has. Correspondingly, a small (file of the shear force acts on the aluminum foil. With others In other words, the thin aluminum foil can easily follow the deformation of the substrate material.

(3) Wenn die Aluminiumfolie und das Substratmaterial sauber sind, können sie in der Biffusionswärmbehandlung ineinander hinein diffundieren, um damit eine metallurgisch feste Bindeschicht zwischen sich zu bilden.(3) When the aluminum foil and the substrate material are clean, they can diffuse into one another in the biffusion heat treatment to form a metallurgically strong bonding layer between them form.

(4) Sie Sicke der Aluminiumschicht ist leidcht einstellbar, indem die Aluminiumfolie gewählt wird, die die erforderliche Sicke hat.(4) You can adjust the bead of the aluminum layer by changing the Aluminum foil is chosen that has the required bead.

Sas nach dem vorstehend genannten Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Verbundmaterial hat die folgenden Vorteile.The composite material produced by the above method according to the invention has the following advantages.

(1) Gleichmäßige Sicke der Aluminiumaufschicht.(1) Uniform beading of the aluminum overlay.

(2) Ausgezeichnete Bearbeitbarkeit. Sas liegt daran, daß keine intermetallische Verbindung in der Siffusionsschicht vorhanden ist.(2) Excellent workability. This is because there is no intermetallic compound in the diffusion layer.

(3) Gleichmäßige Zusammensetzung der Aluminiumaufschicht. Siese Verbindungssusammensetsung kann nach Bedarf ohne weiteres gewählt werden.(3) Uniform composition of the aluminum overlay. This connection assembly can easily be selected as required.

(4) Keine Änderung in der Qualität des Substratmaterials. Sas liegt daran, daß ein Kalt- anstelle eines Warmverbindens bewirkt wird.(4) No change in the quality of the substrate material. Sas lies that a cold instead of a hot bonding is effected.

(5) Keine Nadellöcher in der Aluminiumsohicht.(5) No pin holes in the aluminum layer.

(6) Festliegende Arbeitszeit. Sas heißt, selbst wenn die Sicke der zu verbindenden Aluminiumfolie geändert wird, bleibt die Arbeitszeit konstant.(6) Fixed working hours. Sas means even if the bead is the If the aluminum foil to be joined is changed, the working time remains constant.

(7) Große Wahlmöglichkeiten in dem Substratmaterial aus den verschiedensten Metallen.(7) Great choices in the substrate material made from a wide variety of metals.

Sas erfindungsgemäße Verfahren kann weiter dadurch gekennzeichnet •ein, daß ein Aluminiummaterial auf die Aluminiumfoliefläche des verbundenen Materials gelegt '»ird und daß das aufgelegt· Aluminiummaterial mit tem verbundenen Mfttesial bei einer Temperatur heifipreßverbun-The method according to the invention can be further characterized • that an aluminum material is placed on the aluminum foil surface of the bonded material and that the placed · aluminum material is hot-press bonded with the material bonded at a temperature.

den wird, die niedriger als der Schmelzpunkt, jedoch nicht niedriger als der Rekristallisieiungspunkt des Aluminiummaterials ist. Vorzugsweise wird das HeißpreßverMnden bei einer Temperatur zwischen 350 und 45O⁰C durchgeführt. Vorzugsweise wird ferner das Heißpreßverbinden mit einer Querschnitteverminderung der aufeinandergelegten Materal Ii en von 5 bis 60$ durchgeführt. Die Zeitdauer für das Heißpreßverbinden kann je nach der Art» der Dicke und der Form der zu verbindenden Komponentenmaterialien eingestellt werden, und außerdem je nach der Bindetemperatur und der Querschnittsverminderung, der die Komponentenmaterialien unterzogen werden. Während der Heißpreßverbindung werden das Aluminiummaterial und das verbundene Material in der Dicke verringert und in der Oberfläche größerj selbst wenn Oxidfilme auf den Oberflächen des Aluminiummaterials und der dünnen Aluminiumschicht des gebundenen Materials hergestellt werden, können die Oxidfilme während des Heißpreßverbindens reißen, weil die Oxidfilme sehr dünn und nicht schmiedefähig sind. Das heißt, daß die Oxidfilme der Vergrößerung der Oberflächen der Komponentenmaterialien während des Heißpreßverbindens nicht folgen können. Das Reißen des Oxidfilms führt zum Entstehen einer neuen fläche des zu verbindenen Komponentenmaterials. Eine solche neue Fläche wird nicht durch den Oxidfilm bedeckt, und sie ist damit sehr effektiv zur Verbesserung der Bindefestigkeit des entstehenden Verbundmaterials. Demgemäß kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren das Aluminiummaterial mit dem anderen Metallmaterial verbunden werden, ohne daß der Oxidfilm darauf beseitigt wird. Da d»s Verbinden des Aluminiummaterials mit dem anderen Metallnaterial durch die dünne Aluminiumschicht bewirkt wird, die feist mit dem anderen Metallmaterial durch die Diffusionssohicht verbunden ist, kann dadurch sichergestellt werden, daß die Bindefestigkeit des entstehenden Verbundmaterials sehr hoch ist. Das heißt, daß das entstehende Verbundmaterial während weiterer plastischer Verarbeitungeschritte weiter verformt werden kann, beispielsweise durch Pressen, Ziehen, Strangpressen, Walzen und Biegen, ohne daß ein Abblättern der Komponentenmaterialien Vom Verbundmaterial erfolgt.which is lower than the melting point but not lower than the recrystallization point of the aluminum material. Preferably, the HeißpreßverMnden is carried out at a temperature between 350 and 45O ⁰ C. Preferably, the hot press joining is also carried out with a reduction in cross section of the stacked materials of 5 to 60%. The time for hot press bonding can be adjusted depending on the kind of thickness and shape of the component materials to be bonded, and also depending on the bonding temperature and the draft to which the component materials are subjected. During the hot press joining, the aluminum material and the bonded material are decreased in thickness and larger in the surface area, even if oxide films are formed on the surfaces of the aluminum material and the thin aluminum layer of the bonded material, the oxide films may crack during the hot press joining because the oxide films are very thin and cannot be forged. That is, the oxide films cannot follow the enlargement of the surface area of the component materials during hot press bonding. The cracking of the oxide film leads to the creation of a new area of the component material to be connected. Such a new area is not covered by the oxide film and is thus very effective in improving the bonding strength of the resulting composite material. Accordingly, according to the method of the present invention, the aluminum material can be bonded to the other metal material without removing the oxide film thereon. Since the connection of the aluminum material to the other metal material is effected by the thin aluminum layer, which is firmly connected to the other metal material by the diffusion layer, it can be ensured that the bonding strength of the composite material produced is very high. This means that the resulting composite material can be further deformed during further plastic processing steps, for example by pressing, drawing, extrusion, rolling and bending, without the component materials peeling off the composite material.

Das in dieser Weise hergestellte Verbundmaterial kann weiter einerThe composite material produced in this way may further include one

- tO -- tO -

B 0 9 8 1 Β / 1 0 2 4B 0 9 8 1 Β / 1 0 2 4

Warmbehandlung bei einer Temperatur unterzogen werden, die niedriger als alle Schmelzpunkte der Komponentenmetallmaterialien ist, um deren Bindefestigkeit au verbessern.Heat treatment at a temperature that is lower than all of the melting points of the component metal materials is around their Improve bond strength.

Allgemin gilt, daß mit der herkömnlichen Kaltpreßbinaemethode es sehr schwer ist, zwei Komponentenmetalle fest miteinander zu verbinden, die stark voneinander abweichende Härten haben. Die vorstehende Schwierigkeit wird jedoch durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst. Ferner kann gemäß des erfindungsgemäßen Verfahren das Aluminiummaterial fest mit,des verbundenen Material verbunden werden, ohne daß der dort vorhandene Oxidfilm beseitigt wird. Das sind wichtige Vorteile des erfindunsgemäßea Verfahrens.In general, it is true that with the conventional cold press binary method is difficult to firmly bond two component metals together have widely differing hardnesses. However, the above problem is solved by the method according to the invention. Further According to the method according to the invention, the aluminum material can be solid with, of the bonded material without removing the oxide film present there. These are important advantages of the method according to the invention.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. In the drawings are:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur DurchführungFig. 1 is a schematic representation of a device for implementation

des erfindungsgemäßen Verfahrens,of the method according to the invention,

Fig. 2A bis 2C Darstellungen von Schnitten durch Ausführungsbeispiele von Yerbundmaterialien, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sind, Fig. 3A und JB erläuternde Ansichten von Proben für Bindefestigkeits2A to 2C representations of sections through exemplary embodiments of composite materials which have been produced by the process according to the invention, 3A and JB are explanatory views of samples for bonding strength tests,Testing,

Fig. 4 ein Diagramm, das die Verteilung von Aluminium und Eisen in einer Diffusionsechicht eines Metallverbundmaterials zeigt, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, und Fig. 5 ein Diagramm, das die Verteilung von Aluminium und Eisen in einer Diffusionsschicht in einem Metallverbundmaterial zeigt, das nach der herkömmlichen Heißtauchmethode hergestellt worden ist.Fig. 4 is a diagram showing the distribution of aluminum and iron in a Shows diffusion layer of a metal composite material which is produced by the method according to the invention, and Fig. 5 is a diagram showing the distribution of aluminum and iron in shows a diffusion layer in a metal composite material which has been produced by the conventional hot dip method is.

Gemäß Fig. 1 liefert eine M Bolle 1 Metallblech 2, das aus einem Metall besteht, das nicht Aluminium ist, beispielsweise Edelstahlblech, als ein Substratmaterial. Das Metallblech 2 wird in einem Entfettungsbad 3 entfettet, in einem Bad 4 mit einer sauren wässrigen Lösung gewa-According to FIG. 1, an M Bolle 1 delivers sheet metal 2, which is made of a metal that is not aluminum, e.g., stainless steel sheet, as a substrate material. The metal sheet 2 is in a degreasing bath 3 degreased, washed in a bath 4 with an acidic aqueous solution

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509816/1024509816/1024

*™ ι I ""** ™ ι I "" *

sehen und in einem Bad 5 mit Wasser geyspült. Das Metallblech 2, das in dieser Weise gereinigt worden ist, wird in einem Trockner 6 getrocknet und dann in eine Kaltpreßbindevorrichtung eingeleitet. Eine obere Rolle 7a und eine untere Bolle 7b liefern Aluminiumfolien 8a bzw. 8b. Die Folien 8a und 8b werden auf die Oberseite bsw. die Unterseite des Metallbleohs 2 aufgelegt, und die übereinandergelegten folien und das Blech werden in ein Kaltwalzwerk 9 geleitet, um sie in einen Verbundblechkörper zu verbinden. Sas in dieser Weise entstehenden Verbundmaterial wird in einen Diffusionswärmebehandlungsofen 10 geleitet, und das entstehende Vebundblech wird in eine Rolle 11 aufgewickelt. see and rinsed with water in a bath 5. The metal sheet 2 which has been purified in this manner is dried and then introduced into a Kaltpreßbindevorrichtung in a dryer 6 and. An upper roll 7a and a lower boll 7b provide aluminum foils 8a and 8b, respectively. The foils 8a and 8b are bsw on the top. the underside of the Metallbleohs 2 placed, and the superimposed foils and the sheet are passed into a cold rolling mill 9 to join them in a composite sheet metal body. The composite material produced in this way is fed into a diffusion heat treatment furnace 10, and the resultant composite sheet is wound into a roll 11.

Das in Fig. 1 dargestellte Verfahren wird als kontinuierliches Verfahren durchgeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann natürlich auch intermittierend durchgeführt werden. Ferner kann auch nur eine Aluminiumfolie mit einer Seite des Metallsubstratmaterials verbunden werden. Das Metalleubstrataaterial kann die Form eines Blechs, einer Tafel oder eine sonstige Form haben.The process illustrated in Figure 1 is used as a continuous process carried out. The method according to the invention can of course also be carried out intermittently. Furthermore, only one aluminum foil can also be bonded to one side of the metal substrate material will. The metal substrate material may be in the form of a sheet metal, a Board or any other shape.

Gemäß Fig. 2A ist eine Substratplatte 12, die aus einem Metall besteht, das nicht Aluminium ist, beispielsweise Ti, Edelstahl (SUS 304) oder Sonderbaustahl (SS 4Ό» mit einer Aluminiumplatte 13 über eine dünne Aluminiumfolienschicht 14 verbunden. Die Aluminiumplatte 13 kann eine Dicke haben, die entweder kleiner als, gleich wie oder größer als die der Metallsubstratplatte 12 ist.2A, a substrate plate 12, which consists of a metal that is not aluminum, for example Ti, stainless steel (SUS 304) or special structural steel (SS 4Ό ») is connected to an aluminum plate 13 via a thin aluminum foil layer 14. The aluminum plate 13 can be a Have thicknesses either less than, equal to, or greater than that of the metal substrate plate 12.

In Fig. 2B sind zwei Metallsubstratplatten 12a und 12b mit einer Aluminiumplatte 13 durch dünne Aluminiumfolienschichten 14a bzw. 14b verbunden. Die Metallsubstratplatten 12a und 12b können sich in Art des Metalls oder in der Dicke gleichen oder unterscheiden. Die |Pvb?1tWtuhplatte 13 kann eine Dicke haben, die entweder kleiner oder größer als oder gleich wie die des einen oder des anderen Metallsubstrats 12a oder 1b ist.In Fig. 2B, two metal substrate plates 12a and 12b are connected to an aluminum plate 13 by thin aluminum foil layers 14a and 14b, respectively. The metal substrate plates 12a and 12b may be the same or different in kind of metal or in thickness. The | Pvb? 1tWtuh plate 13 may have a thickness that is either less than or greater than or equal to that of one or the other of the metal substrates 12a or 1b.

Ia Fig. 20 ist ©ine Metallaubstratplatte HS a»£ l>eid*n Seiten ait zwei Aluminiumplatten 15a und 13b durch dünne Aluainiuasohioht«n 14a undIn Fig. 20 there is a metal substrate plate HS on both sides with two aluminum plates 15a and 13b through thin aluminum layers 14a and 14a

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2A2831O2A2831O

14b verbunden. Die Aluminiumplatten 15a und 13b können seih in Art dee Aluminiums und in der Dicke gleichen oder voneinander unterscheiden.14b connected. The aluminum plates 15a and 13b can be described in Art dee aluminum and the same or different in thickness.

Die Aluminiumplatten 13a oder 13b können entweder dicker oder dünner oder die gleichen wie die Substratplatte 15 sein.The aluminum plates 13a or 13b can be either thicker or thinner or the same as the substrate plate 15.

Fig. 4 zeigt die Verteilung von Aluminium und Eisen in der Diffusionsschicht, die zwischen der Aluminiumfolie und einem Baustahlsubstrat entsteht, das mit der folie nach dem erfindungegemäßen Verfahren verbunden worden ist. Die Kaitpreßverbindung wurde mit einer Qaerschnittsverminderung von 22,75ε durchgeführt. Das verbundene Blech wurde einer Diffusionswärmbehandlung bei einer Temperatur von 400⁰C für die Dauer von 15 Hinuten ausgesetzt.Fig. 4 shows the distribution of aluminum and iron in the diffusion layer that is formed between the aluminum foil and a structural steel substrate that has been bonded to the foil by the method according to the invention. The press-fit connection was carried out with a cross section reduction of 22.75 ε. The sheet was subjected to Diffusionswärmbehandlung connected at a temperature of 400 ⁰ C for a period of 15 Hinuten.

Die Verteilung von Aluminium und Eisen wurden durch eine Elektronen-The distribution of aluminum and iron was determined by an electron

sonden-Röntgenstrahlen-Mikroanalyse mit einer Beschleunigungsspannungprobe x-ray microanalysis with an accelerating voltage

—8 von 25 ET mit einer Elektronenstrahlstärke von 2 ζ 10 A bei einem—8 out of 25 ET with an electron beam strength of 2 ζ 10 A for one Durchmesser des Strahls von 3ya gemessen. Sei dieser Messung betrug die Geschwindigkeit des Aufzeichnungsblatte 40 mm/min, und die Geschwindigkeit des Prüfstücks betrug 10yu/min. Als Spektralkristall wurde Hubidiumsäurephthalat (BAF) für Aluminium und Lithiumfluorid (LiF) für Eisen verwendet.Diameter of the beam measured by 3ya. Be this measurement scam the speed of the recording sheet was 40 mm / min, and the speed of the test piece was 10 yu / min. As a spectral crystal became hubidic acid phthalate (BAF) for aluminum and lithium fluoride (LiF) used for iron.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Diffusionsschicht zwischen der AIu-■iniumphase und der Eisenphase sehr dünn ist, weniger als 5/U} sie enthält kein· intermetllaisehe Verbindung. Diese Art der Diffusionsschicht führt zu keiner Zunahme der Sprödigkeit der Verbindungspartie des Verbandmaterials .It can be seen from FIG. 4 that the diffusion layer between the aluminum phase and the iron phase is very thin, less than 5%, it does not contain any intermetallic compound. This type of diffusion layer does not lead to an increase in the brittleness of the connecting part of the dressing material.

Fig. 5 zeigt die Verteilung von Aluminium und Eisen in der Diffusionsschicht, die durch Tauchen eines Saustahlsubstrats in eine Aluminiumsohmelze bei einer T speratur von 75O°C für die Dauer von 450 Sekunden entsteht. Die Verteilung wird nach dem gleichen Verfahren wie in Fig.Fig. 5 shows the distribution of aluminum and iron in the diffusion layer, which is obtained by dipping a Saustahl substrate in a molten aluminum at a temperature of 750 ° C. for a period of 450 seconds arises. The distribution is carried out according to the same procedure as in Fig.

trug,wore,

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4 gemessen, außer daß die Elektronenstrahlstärke 3 χ 1θ"⁸ Α betrug,4 measured except that the electron beam strength was 3 χ 1θ " ⁸ Α,

S09816/1024S09816 / 1024

der Durohmesser des Strahls 1 u betrug, die Geschwindigkeit des Blatte 20 mm/min betrug und die Geschwindigkeit des Prüfstücks 20 u/min betrug.the durometer of the jet was 1 µ, the speed of the blade Was 20 mm / min and the speed of the test piece was 20 rpm.

In I¹Ig. 5 ist die Diffusionssohicht relativ dick, nämlich mehr als 125 yu, und die Aluminium- und Eisenphase diffundiern ineinander in komplizierten wolkenartigen Formen. Zu beachten ist ferner, daß in Fig. 5 die Pariten A, B und C der Diffusionsschicht Aluminium und Eisen enthalten, und zwar jeweils in einer im wesentlichen konstanten Menge. Das zeigt die !Datsache an, daß eine intermetallische Verbindung in diesen Partien entsteht. Die intermetallische Verbindung bewirkt eine relativ geringe Bindefestigkeit des Verbundmaterials als Folge einer höhen Sprödigkeit desselben.In I ¹ Ig. 5 the diffusion layer is relatively thick, namely more than 125 yu, and the aluminum and iron phases diffuse into one another in intricate cloud-like shapes. It should also be noted that in Fig. 5, the parites A, B and C of the diffusion layer contain aluminum and iron, each in a substantially constant amount. This indicates the fact that an intermetallic compound is formed in these parts. The intermetallic compound causes the composite material to have a relatively low bond strength as a result of its high brittleness.

In den folgenden Beispielen, die zum Zwecke der Darstellung der Erfindung angegeben werden, wurden die Zugfestigkeit und die Scherfestigkeit der Verbundplatten nach der folgenden Methode gemessen.In the following examples, for the purpose of illustrating the invention were given, the tensile strength and the shear strength of the composite panels were measured by the following method.

Zur Zugfestigkeitsmessung wurden mehrere Proben in einer Breite von 25 mm und einer Länge von 100 mm aus der Verbundplatte hergestellt. Die mittlere Partie in einer Länge von 50 mm der jeweiligen Probe wurde bis zum Bruch gestreckt, um die Zugfestigkeit, den Streckpunkt und die Bruchlängung zu bestimmen.Several samples with a width of 25 mm and a length of 100 mm from the composite panel. The middle section with a length of 50 mm of the respective sample was stretched to break, the tensile strength, the yield point and the To determine elongation at break.

Zur Scherfestigkeitsmessung wurden mehrere Proben mit einer Breite von 1o mm, einer Länge von 100 mm und einer Fora hergestellt, wie si· in Fig. JA und 3B gezeigt ist. Gemäß der Darstellung in Fig. JA und JB waren die Aluminiumplatte 13 und die Substratplatte 12 in der Probe jeweils durch einen Bruch 21 und 22 in zwei Teile unterteilt, so daß der rechte obere Teil der Aluminiumplatte mit dem linken unteren Teil der Substratplatte über eine mittlere, 3 mm breite Verbindungszon· 23 verbunden war. Die Probe wurde einem Strecken bis zum Scheren de» Verbundaaterials unterzogen. Several samples with a width of 10 mm, a length of 100 mm and a fora, as shown in Fig. JA and 3B is shown. As shown in Figs. JA and JB were the aluminum plate 13 and the substrate plate 12 in the sample, respectively divided into two parts by a break 21 and 22, so that the right upper part of the aluminum plate was connected to the left lower part of the substrate plate via a central, 3 mm wide connecting zone x 23. The sample was subjected to stretching to shear of the composite material.

example 1

Sine Titanplatte mit einer Dicke von 1,0 ma wurd durch Entfetten altIts titanium plate with a thickness of 1.0 µm became old by degreasing

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S09816/102AS09816 / 102A

Tricheloräthylen, Spülen mit Wasser, Waschen mit einer wässrigen Lösung aus 2 Gew.-^ Wasserstofffluorid, Spülen mit Wasser und dann Bürsten gereinigt. Eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von 15 ja. wurde auf eine Seite des gereinigten Titanblechs gelegt und unter Arbeiten mit eines Walzwerk Mit einer Querschnittsverminderung um 20$ der Gesamtdicke kaltdruckverbunden. Das kaltverbundene Blech wurde einer Diffusionswäraebehandlung unter Arbeiten mit einem Elektroofen mit einer !Temperatur von 350 C für die Bauer einer Stunde unterzogen. Es entstand ein primäres Verbundblech, das aus einer Titansubstratschicht und einer dünnen Aluminiumfolienschicht bestand, die mit der Titanschicht über eine sehr dünne Ti-Al-Diffusionsschicht verbunden war. Eine Aluminiumplatte mit -einer Dicke von 5tO mm wurde mit Trichloräthylen entfettet. Die Aluminiumplatte wurde auf eine Temperatur von 450 C erhitzt und auf die Aluminiumfolienschicht des primären Verbundblechs gelegt. Die aufgelegte Platte und das Blech wurden unter Arbeiten mit einem Heißwalzwerk mit einer Querschnittsveminderung um 40$ bei einer Temperatur von 400⁰G heißpreßverbunden. Die in dieser Weise hergestellte Verbundplatte bestand aus einer Titansubstratschicht mit einer Dicke von ca. 0,8 am und einer Aluminiumschicht mit einer Dicke von ca. 5*0 mm, die mit der Titanschicht udrch die dünne Aluminiumfelienschicht verbunden war. Die Al-Ti-Verbundplatte wurde bei einer Temperatur von 56O⁰C für die Dauer einer Stunde wärmebehandelt.Trichelorethylene, rinsing with water, washing with an aqueous solution of 2 wt .- ^ hydrogen fluoride, rinsing with water and then brushing cleaned. An aluminum foil with a thickness of 15 yes. was placed on one side of the cleaned titanium sheet and cold pressure bonded using a rolling mill with a cross-section reduction of $ 20 of the total thickness. The cold-bonded sheet metal was subjected to a diffusion heat treatment using an electric furnace at a temperature of 350 C for the builders for one hour. A primary composite sheet was created, which consisted of a titanium substrate layer and a thin aluminum foil layer, which was connected to the titanium layer via a very thin Ti-Al diffusion layer. An aluminum plate with a thickness of 50 mm was degreased with trichlorethylene. The aluminum plate was heated to a temperature of 450 ° C. and placed on the aluminum foil layer of the primary composite sheet. The applied plate and the plate were heißpreßverbunden Working with a hot rolling mill with a Querschnittsveminderung to $ 40 at a temperature of 400 ⁰ G. The composite panel produced in this way consisted of a titanium substrate layer with a thickness of approx. 0.8 μm and an aluminum layer with a thickness of approx. 5 * 0 mm, which was connected to the titanium layer and the thin aluminum foil layer. The Al-Ti composite sheet was heat-treated at a temperature of 56o ⁰ C for one hour.

Die Al-Ti-Verbundplatte wurde einem Biegetest unterzogen, bei dem die Platte unter einem Winkel von 90° in beide entgegengesetzte Eichtungen gebogen wurde. Ee wurde kein Abblättern des Titanblechs von der Aluminiumplatte beobachtet. Das heißt also, daß das Titanblech mit der Aluminiumplatte durch die Aluainiumfolienschicht fest verbunden war. Die Al-Ti-Verbundplatte war biegefähig.The Al-Ti composite panel was subjected to a bending test in which the Plate at an angle of 90 ° in both opposite directions was bent. No peeling of the titanium sheet from the aluminum plate was observed. So that means that the titanium sheet with the Aluminum plate was firmly connected by the Aluainiumfolienschicht. The Al-Ti composite panel was flexible.

Example 2

Ein Endelstahlblech (SUS 304, was AISI J04 entspricht) mit einer Dicke von 1,0 mm wurde mit einer alkalischen wässrigen Lösung entfettet, mit Wasser gespült, Bit einer wässrigen Lösung au· 10 Vol.-% Schwefelsäure gewaschen und alt Wasser gespült. Das in dieser Weise gereinigte Edel«A final steel sheet (SUS 304, which corresponds to AISI J04) with a thickness of 1.0 mm was degreased with an alkaline aqueous solution, rinsed with water, bit an aqueous solution containing 10% by volume of sulfuric acid washed and rinsed old water. The noble purified in this way "

S0981S/1024S0981S / 1024

stahlblech vurdeauf eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von 15 T* gelegt. Sie wurden mit einer Querschnittsverminderung um 20$ der Gesamtdicke kaltpreßverbunden. Das kaltverbundene Blech wurde einer Diffusionswärmebehandlung bei einer Temperatur von 56O C ifür die Dauer einer Stunde unterzogen. Eine 18-8-Edelstallblech, das mit einer Aluminiumfolienschicht durch eine Al-Edelstahl-Diffusionsschicht verbunden war, war das Ergebnis.steel sheet is placed on an aluminum foil with a thickness of 15 T * . They were cold press bonded with a reduction in area of $ 20 of the total thickness. The cold-bonded sheet was subjected to a diffusion heat treatment at a temperature of 560 ° C. for a period of one hour. An 18-8 stainless steel sheet bonded to an aluminum foil layer through an Al-stainless steel diffusion layer was the result.

Eine Aluminiumplatte mit einer Dicke von 5»O mm wurde mit Trichloräthylen entfettet und auf eine Temperatur von 45O°C erwärmt. Die erwärmte Aluminiumplatte wurde auf die Aluminiumfolienschicht dee diffusionsverbundenen Edelstahlblechs gelegt. Dias Edelstahlblech und die Aluminiumplatte, die übereinanderlagen, wurden mit einer Querschnittsverminderung um 40% bei einer Temperatur von 40O⁰C heißpreßverbunden, um eine Verbundplatte entstehen zu lassen. Die entstehende Verbundplatte bestand aus einer Edelstahl-Substratechicht «mit einer Dicke von ca. 0,8 mm und einer Aluminiumschicht mit einer Dicke von ca. 3,0 mm, die mit der Edelstahlschicht durch eine dünne Aluminiumfolienschicht verbunden war. Die Verbundplatte wurde einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 36O⁰C unterzogen, und zwar für die Dauer einer Stunde, um die Biegefestigkeit derselben zu verbessern. Die vwärmbehandclte Verbundplatte wurde dem gleichen Biegetest -wie im Beispiel 1 unterzogen. Es wurde festgestellt, daß das Edelstahlblech mit der Aluainiumplatte fest verbunden war und daß die Verbundplatte biegefähig war.An aluminum plate with a thickness of 50 mm was degreased with trichlorethylene and heated to a temperature of 450 ° C. The heated aluminum plate was placed on the aluminum foil layer of the diffusion-bonded stainless steel sheet. The stainless steel sheet and the aluminum plate, which were superimposed, were hot-press-bonded with a cross-section reduction of 40% at a temperature of 40O ⁰ C in order to produce a composite plate. The resulting composite panel consisted of a stainless steel substrate layer with a thickness of approx. 0.8 mm and an aluminum layer with a thickness of approx. 3.0 mm, which was connected to the stainless steel layer by a thin aluminum foil layer. The composite sheet was subjected to a heat treatment at a temperature of 36O ⁰ C, and for the duration of one hour to improve the bending strength thereof. The heat-treated composite panel was subjected to the same bending test as in Example 1. It was found that the stainless steel sheet was firmly connected to the aluminum plate and that the composite plate was flexible.

Beispiel JExample J

Ein gewalztes Baustahlblech (SS 41) mit einer Dicke von 2_t2 ma wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 2 gereinigt. Das gereinigte Blech wurde zwischen zwei Aluminiumfolien gelegt, die jeweils eine Dicke von 15 y hatten. Die Folien und das Blech wurden mit einer Querschnittsverminderung von 22,7$ der Geeamtdicke kaltpreßverbunden. Das verbundene Blech,wdas eine Dicke von ca. 1,7 mm hatte, wurde einer Diffusionswärmebehandlung mit einer Temperatur von 400°C für die Dauer von 15 Minuten in normaler Atmosphäre unterzogen. Das entstehende Blech hatte Aufschichten, die aus Aluminium bestanden, das nit der Stahl-A rolled structural steel sheet (SS 41) with a thickness of 2 _t 2 ma was cleaned in the same manner as in Example 2. The cleaned sheet was placed between two aluminum foils, each of which had a thickness of 15 y. The foils and sheet were cold press bonded to a reduction in area of 22.7% of the total thickness. The bonded sheet, which had a thickness of about 1.7 mm, was subjected to diffusion heat treatment at a temperature of 400 ° C. for 15 minutes in a normal atmosphere. The resulting sheet had layers that consisted of aluminum, which nit the steel

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B09816/1024B09816 / 1024

schicht durch sehr dünne JLl-Stahl-Diffusionsschichten verbunden war.layer was connected by very thin JLl steel diffusion layers.

um die Beständigkeit gegen Oxidation zu bestimmen, wurde das vorstehend hergestellte Verbundblech bei einer Temperatur von 800 C für die Dauer von 20 Stunden in einem Elektroofen erwärmt, und es wurde die Gewichtszunahme des Terbundblechs gemessen.to determine the resistance to oxidation, the above produced composite sheet at a temperature of 800 C for the duration heated in an electric furnace for 20 hours, and the increase in weight of the Terbund sheet was measured.

Zum Vergleich ward das gleiche Testverfahren, das vorstehend beschrieben worden ist, für das gleiche gewalzte Saustahlblech (SS 41) wiederholt, wie es vorstehend verwendet worden ist. Sie Gewichtszunahmen des Verbundbleche und des Stahlblechs, die vom Oxidieren herrühren, sind in Tabelle f1 angegeben.For comparison, the same test procedure described above was repeated for the same rolled Sauststeel (SS 41) as used above. You gain weight Composite sheets and the steel sheet resulting from oxidizing are shown in Table f1.

Tabelle 1Table 1

2 Material Gewichtszunahme (mg/cm )2 material weight gain (mg / cm)

Verbundblech 7,6Composite sheet 7.6 Stahlblech 72,2Sheet steel 72.2

Das vorstehend hergestellte Verbundblech wurdeeinem Eloxierverfahren durch die folgenden Verfahrensschritte unterzogen. Das Verbundblech wurde mit Trichcloräthylen gereinigt. Das gereinigte Verbundblech wurde anodisch in einer wässrigen Lösung aus 15 Gew.-^ Schwefelsäure bei einer Temperatur von 20⁰C bei einer Spannung von 12 V für die Bauer von 10 Minuten oxidiert. Danach wurde das eloxierte Verbundblech bei einer Temperatur von 60 C in eine wässrige Lösung aus 1,5 Gew.-Jfc Ammoniumferrioxalat eingetaucht. Itarah da· vorstehende Eintauchen wurde die Verbundplatt· gleichmäßig gelb gefärbt.The composite sheet prepared above was subjected to an anodizing process through the following process steps. The composite sheet was cleaned with trichlorethylene. The cleaned composite sheet was anodically oxidized in an aqueous solution of 15 wt .- ^ sulfuric acid at a temperature of 20 ⁰ C at a voltage of 12 V for the Bauer 10 minutes. The anodized composite sheet was then immersed at a temperature of 60 ° C. in an aqueous solution of 1.5% by weight of ammonium ferric oxalate. After the above immersion, the composite panel was colored uniformly yellow.

Zum Vergleich wurden die gleichen Verfahreneschritt·, wie sie vorstehend angegeben sind, unter Verwendung «ines herkömmlichen alumimnimbeschichteten Stahlblechs wiederholt, das dadurch hergestellt worden war, daß •in Stahlblech in ein· Aluminiumschmelze bei «in«r Temperatur von 75O⁰CFor comparison, the same procedure Esch ride · conventional using "ines alumimnimbeschichteten steel sheet were as set forth above is repeated, which had been prepared by • r in steel sheet in a · aluminum melt at" in "temperature of 75O ⁰ C

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509816/1024509816/1024

__n_ 24283Ί0_ _n _ 24283Ί0

für die Dauer einer Minute eingetaucht wurde. Das herköamliche aluminiumbeschicht etβ Stahlblech färbte sich nicht gleichmäßig gelb. Das bedeutet, daß die Aluminiumaufschicht des herkömmlichen Verbundbleche in Sicke und Zusammensetzung nicht gleichförmig war.was immersed for one minute. The traditional aluminum coating and sheet steel did not turn yellow evenly. That means that the aluminum overlay of the conventional composite sheet was not uniform in bead and composition.

Beispiel 4Example 4

Sine Aluminiumplatte mit einer Sicke von 5»0 mm, die entfettet und auf eine Temperatur von 45O°C erhitzt worden war, wurde auf eine Fläche eines Verbundblechs gelegt, das in der gleichen Weise wie im Beispiel 5 hergestellt worden war, und es erfolgte eine Heißpreßverbindung nit einer Querschnitteverminderung von 40% der Gesamtdicke. Sie verbundene Verbundeplatte wurde bei einer Temperatur von 36O°C für die Sauer einer Stunde wärmebehandelt. Sie entstehende Al-Stahl-Verbundplatte wurde einem Zugfestigkeitstest und einem Schertest unterzogen.Sine aluminum plate with a bead of 5 »0 mm, which is degreased and on a temperature of 450 ° C had been heated to a surface a composite sheet placed in the same way as in the example 5 had been produced and a hot press connection was carried out a cross-section reduction of 40% of the total thickness. You connected Composite panel was at a temperature of 360 ° C for the acid one Hour heat treated. The resulting Al-steel composite panel was subjected to a tensile strength test and a shear test.

Sie Zugfestigkeit, der Streckpunkt und die Sruchlängung wurden nach dem Verfahren gemessen, das vorstehend erläutert worden ist.The tensile strength, the yield point and the elongation were determined according to measured by the method explained above.

Für den Schertest wurden mehrere Proben hergestellt. Gemäß Fig. 3A und 3B bestanden die Proben aus einer 5 mm dicken Aluminiumschioht und aus einer Baustahlsohicht mit einer Sicke von o,8 mm bei einer Breite von 10 mm und einer Länge von 100 mm. In jeder Probe wurde die Hittelpartie, die abzuscheren war, und diese hatte eine Länge von 3 &■* *^{n a}*^r in Fig. 3 gezeigten Weise ausgebildet. Sie Probe wurde bis »um Scheren gestreckt, um die Bindefestigkeit der Aluminiumschicht und der Baustälsohicht in der Mittelpartie zu bestimmen.Several samples were prepared for the shear test. According to FIGS. 3A and 3B, the samples consisted of a 5 mm thick aluminum layer and a structural steel layer with a bead of 0.8 mm and a width of 10 mm and a length of 100 mm. In each sample, the center portion to be sheared off and having a length of 3 & ■ * * ^na * ^{r as shown} in FIG. 3 was formed. The sample was stretched up to about scissors in order to determine the bonding strength of the aluminum layer and the building layer in the middle section.

Sie gleihe Al-Ti-Verbundplatte wie im Beispiel 1 und die gleich· Al-The same Al-Ti composite panel as in Example 1 and the same Al-

EdelstahlkVerbundplatt· wie im Beispiel 2 wurden den gleichen Zugfestigkeits- und Scherteste unterzogen, wie sie vorstehend angegeben worden sind. Sie Ergebnisse des Tests sind in Tabelle 2 angegeben.Stainless steel composite panel as in Example 2 were subjected to the same tensile strength and shear tests as have been given above. The results of the test are shown in Table 2.

Beim Schertest begann keine der Proben an der Bindungegrenzfläche zu brechen, vielmehr begannen alle an der Aluminiumschicht bei einer Belastung von 7 kg/mm zu brechen. Semgemäß konnte die wirkliche Binde-In the shear test, none of the samples began to close at the bond interface break, rather all began to break on the aluminum layer under a load of 7 kg / mm. Accordingly, the real connective

6098-16/10246098-16 / 1024

_18_ 24283 «Ο_18_ 24283 «Ο

festigkeit der verbundenen Schichten der Proben nicht bestimmt werden. Es ist jedoch sicher, daß die Bindefestigkeit der Bindeschichten mehr als 7 kg/am betrug.strength of the bonded layers of the samples cannot be determined. However, it is certain that the bond strength of the tie layers was more than 7 kg / am.

Table 2

Al-Ti Al-Edelstahl Al-Stahl ('Biespiel 1) (Beispiel 2) (Beispiel 4)Al-Ti Al-stainless steel Al-steel ('Example 1) (Example 2) (Example 4)

Zugfestigkeit 18 22 16Tensile strength 18 22 16

(kg/«²)(kg / « ² )

Streckpunkt (kg/ma ) Bruchlängung ($)Yield point (kg / ma) elongation at break ($)

Biegndefestigkeit (kg/mm )Flexural Strength (kg / mm)

77th θθ 77th 4040 5050 5050 ►7►7 >⁷ > ⁷ >⁷ > ⁷

609818/1024609818/1024

AnsprücheExpectations

Claims

Expectations

1. Metal composite material, characterized by a metal substrate made of a metal other than aluminum and a thin layer of aluminum foil interfered with the metal substrate is firmly connected by an aluminum diffusion layer, which is formed in the surface portion of the metal substrate.

2. Metal composite material according to claim 1, characterized in that that it comprises an aluminum material that is compatible with the Aluminum foil layer is firmly hot press bonded.

3 · Method of manufacturing a metal composite material, thereby marked that an aluminum foil is placed on a side of a substrate material made of a metal which is not aluminum, that the aluminum foil is cold-press-bonded to the metal substrate material with a reduction in area of 5 to 40% and that the bonded material undergoes a diffusion heat treatment at some temperature lower than both melting points of the aluminum foil and the substrate material.

4. The method according to claim 3 »characterized in that that a technically pure aluminum or an aluminum alloy is selected for the aluminum foil.

5. The method according to claim 1, characterized in that that the cold joining is done by cold rolling.

, 6. Process according to Claim 1, characterized in that the diffusion heat treatment is carried out at a temperature of not less than 20O ^{0 C.}

7. The method according to claim 6, characterized in that the diffusion heat treatment is carried out at a temperature of 8300 to 45 ° C.

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8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallsubstratmaterial, das kein Aluminium ist, aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Pe, Ti, IHh, Ta, Zr, Ni, Co, Cr, Mn, Be, Ag, Cu und Legierungen besteht, die als ein Grundkomponentenmetall mindestens eines der vorstehend genannten Metalle enthalten.8. The method according to claim 3, characterized in that the metal substrate material, which is not aluminum, from is selected from the group consisting of Pe, Ti, IHh, Ta, Zr, Ni, Co, Cr, Mn, Be, Ag, Cu and alloys containing as a basic component metal at least one of the aforementioned metals.

9. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie in einer Dicke von 1 bis 150/u gewählt wird.9. The method according to claim 3 »characterized in that the aluminum foil is selected in a thickness of 1 to 150 / u will.

10. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichn e t , daß nach der Mffusionswänaebehandlung ein Aluminiummaterial auf die Seite mit der Aluminiumfolienschicht gelegt wird und das aufgelegte Aluminiummaterial mit dem Metallsubstratmaterial durch die Aluminiumfolienschicht bei einer Temperatur heißpreßverbunden wird, die niedriger als der Schmelzpunkt, jedoch nicht niedriger als der Eekristallisierungspunkt des Aluminiummaterials ist, derar£t, daß ein Verbundmaterial entsteht.10. The method according to claim 3 »characterized in that after the Mffusionswänaebehlung an aluminum material is placed on the side with the aluminum foil layer and the placed aluminum material with the metal substrate material through the Aluminum foil layer is hot press bonded at a temperature, which is lower than the melting point but not lower than the crystallization point of the aluminum material, such that a Composite material is created.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißpreßverbinden mit einer Querschnittsverminderung des aufgelegten Materials von 5 bis 60# durchgeführt wird.11. The method according to claim 10, characterized in that the hot press joining with a reduction in cross section of the applied material is carried out from 5 to 60 #.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur beim Eeißpreßverbinden in einem Bereich von 350 bis 45O°C gewählt wird.12. The method according to claim 10, characterized in that the temperature during Eeißpreßverbinden in a range from 350 to 450 ° C is selected.

13· Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Aluminiummaterial ein technisch reines Aluminium oder eine Aluminiumlegierung gewählt wird.13 · The method according to claim 10, characterized in that a technically pure aluminum or an aluminum alloy is chosen.

14· Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das heißpreßverbundene Verbundmaterial einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterzogen wird, die niedriger als alle Schmelzpunkt« der Konponentenmaterialien in dem heißpreßverbundenen Verbundmaterial ist.A method according to claim 10, characterized in that the hot-press bonded composite material is subjected to a heat treatment at a temperature which is lower than all of the melting points of the component materials in the hot-press bonded composite material.

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