DE2504032C2

DE2504032C2 -

Info

Publication number: DE2504032C2
Application number: DE19752504032
Authority: DE
Inventors: Masayuki Takamura; Aritsune Matsao; Kenzaburo Hamamatsu Shizuoka Jp Iijima
Original assignee: Nippon Gakki Co Ltd
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1974-01-31
Filing date: 1975-01-31
Publication date: 1988-06-09
Also published as: JPS50106844A; DE2504032A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Metallverbundwerkstoffs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Für das Herstellen eines Metallverbundwerkstoffs, der auch als plattiertes Material bezeichnet wird, sind besondere Verfahren entwickelt worden. Beim Walzschweißverfahren für Bleche erfolgt ein gemeinsames Verwalzen von Grundwerkstoff und Plattiermetall bei der Verschweißtemperatur. Beim Kaltwalzverfahren erfolgt das Verwalzen der Bleche bei Temperaturen erheblich unterhalb der Verschweißtemperatur. Beim Preß-Schweißverfahren wird das Plattiermetall bei Schweißtemperatur unter hohem Preßdruck mit dem Grundmetall verbunden, und beim Lötverfahren erfolgt das Verbinden der Metallschichten unter Wärme und Druck unter Verwendung eines Bindemittels. Beim Verbundgußverfahren schließlich wird das Grundmetall mit dem Plattiermetall umgossen oder umgekehrt.

Metallverbundstoffe haben in verschiedene Anwendungsgebiete Eingang gefunden, da Nachteile bestimmter Werkstoffe durch Plattierung kompensiert werden können. Durch geeignete Auswahl der Komponenten der Metallverbundstoffe lassen sich auf diese Weise Werkstoffe mit äußerst wertvollen Eigenschaften erhalten.

Versieht man zum Beispiel Stahl mit einer Kupferplattierung, so besitzt der erhaltene Werkstoff infolge des Kupfergehalts eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit, wobei die Stahlkomponente gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs dahingehend bestimmt, daß dieser als Federmaterial verwendet werden kann. Ein Metallverbundstoff aus einer korrosionsbeständigen Aluminiumlegierung (z. B. Typ 6053) und einer hochfesten Aluminiumlegierung (z. B. Typ 2024) besitzt eine hohe Festigkeit und ist gleichzeitig korrosionsbeständig. In ähnlicher Weise können Metallverbundstoffe aus Kupfer und nichtrostendem Stahl hergestellt werden, die eine bemerkenswerte Wärmeleitfähigkeit mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit verbinden.

Wie vorstehend dargelegt, sind bereits verschiedene Verfahren zur Verbindung der Verbundstoffkomponenten unter Anwendung von Druck auf die Verbindungsflächen bekannt.

Eines dieser Walzverfahren wird so durchgeführt, daß man zwei oder mehr Metallschichten übereinanderliegend durch die Klemmpunkte von Preßwalzen hindurchlaufen läßt. Dieses Walzverfahren kann zwar mit hoher Produktivität durchgeführt werden; es unterliegt jedoch Beschränkungen hinsichtlich der Auswahl der Kombinationen der Verbundstoffkomponenten, und die Kontaktflächen dieser Verbundstoffkomponenten müssen vor dem Verwalzen in komplizierter Weise vorbehandelt werden. Darüber hinaus ist das Verfahren ungeeignet zur Herstellung von stangen- und röhrenförmigen Verbundprofilen.

Es ist weiterhin bekannt, Metallverbundprofile durch Plattieren eines drahtförmigen Grundmaterials mit anschließender thermischer Behandlung des plattierten Drahts zur Bewirkung einer gegenseitigen Diffusion zwischen dem Grundmaterial und der Plattierschicht, sowie Durchmesserverminderung des plattierten Drahts durch Ziehpressen herzustellen.

Das vorgenannte Verfahren ist zwar zur Herstellung von flächigen oder röhrenförmigen Verbundmetallen geeignet; seine Anwendung ist jedoch auf diejenigen Materialien beschränkt, die per se einer Plattierung zugänglich sind. So kann dieses Verfahren zum Beispiel nicht für Metallegierungen angewendet werden. Weiterhin ist für die Durchführung des Plattierverfahrens eine komplizierte Überwachung erforderlich, so daß die Produktionskosten bei diesem Verfahren sehr hoch liegen.

Auch die Plattierung durch Explosionsdruck ist bekannt. Hierbei bringt man nach dem Auflegen der Plattiermaterialschicht auf das Grundmaterial bestimmte Schießpulver auf die Plattiermaterialschicht auf. Durch den Explosionsdruck wird das Plattiermaterial mit dem Grundmaterial verbunden. Obwohl die Verbindung zwischen den Materialschichten bei diesem Verfahren sehr gut durchgeführt werden kann, bestehen Probleme hinsichtlich des Zustandes der Plattieroberfläche infolge des komplizierten Metallflusses im Oberflächenbereich. Darüber hinaus ist dieses Verfahren mit relativ hohen Kosten verbunden.

Aus der DE-OS 23 10 536 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Metallverbundstoffes bekannt, bei dem ein in einem Behälter angeordneter Metallkern unter Bildung einer Einheit mit einem Metallpulver umgeben wird, und die Einheit wird anschließend verdichtet, wobei der Druck und die Temperatur derart gewählt werden, daß das Pulver auf mehr als 95% der theoretischen Dichte verdichtet und das Pulver metallurgisch an den Kern gebunden wird. Die Verdichtung erfolgt isostatisch und vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 1093° C und 1260° C und die verwendeten Verdichtungsdrücke liegen beispielsweise zwischen etwa 700 und 1400 bar.

Weiterhin ist aus der DE-OS 22 36 799 ein Verfahren zum Herstellen von Rohlingen aus Pulver bekannt, bei dem Pulver in einem Behälter zu einem Rohling geformt wird, und der Rohling anschließend isostatisch gepreßt wird. Danach wird der Rohling in einem Erwärmungsofen unter gleichzeitiger Entgasung erwärmt. Danach wird der Rohling bis auf eine Temperatur erwärmt, die nahe der höchsten Temperatur ist, die für das verwendete Material zulässig ist, und schließlich wird der Rohling in einem Druckofen bei einem gewählten Druck und einer gewählten Temperatur während einer gewählten Zeit warmgepreßt, so daß der Rohling gesintert und zu einer gewählten Dichte zusammengepreßt wird.

Bei der Verdichtung von pulvrigem Plattiermaterial unter Verwendung von Walzen oder Preßstempeln erfolgt im allgemeinen im oberen, nahe dem Stempel gelegenen Teil eine stärkere Verdichtung als in den unteren Partien; ähnliches gilt für die Verwendung von Walzen. Die lokalen Dichteunterschiede führen ihrerseits zu Ungleichmäßigkeiten bei der Auswirkung der Wärmebehandlung. Darüber hinaus ist die mittlere relative Verdichtungszahl mit 50 bis 70 sehr gering. Die relative Verdichtungszahl gibt die durch das Pressen erreichte Dichte in Prozenten der Dichte des kompakten Werkstoffs (d. h. 100%ige Verdichtung) an.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Metallverbundstoffen zur Verfügung zu stellen, wobei bevorzugte Gesichtspunkte die Herstellung von Verbundstoffen mit beliebiger Gestalt und beliebigem Aufbau, die freie Auswahl der Verbundstoffkomponenten, herabgesetzte Produktionskosten, gute Bindungsfestigkeit zwischen den Verbundstoffkomponenten und eine erhöhte und gleichmäßige Verdichtung des oder der Plattiermaterialien im Endprodukt betreffen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das Verfahren der Erfindung dient zwar vorzugsweise zur Herstellung von Metallverbundstoffen, es ist jedoch grundsätzlich auf alle Verbundstoffe anwendbar. Das Verfahren der Erfindung zur Herstellung von Verbundstoffen besteht also im Prinzip darin, daß man auf ein Grundmaterial oder mehrere Grundmaterialien, die sich im wesentlichen im festen bzw. kompakten Zustand befinden, ein Plattiermaterial oder mehrere Plattiermaterialien aufbringt, die sich im wesentlichen im pulverförmigen Zustand befinden, und die so erhaltene Verbundanordnung der Verdichtung unter statischem Fließdruck, zum Beispiel hydrostatischem Druck oder statischem Druck inerter Gase, aussetzt, um eine Verbindung der Verbundstoffkomponenten herbeizuführen. Nach der Verdichtung schließen sich eine oder mehrere Wärmebehandlungen in einer nichtoxydierten Umgebung an, um das Sintern des Plattiermaterials und die gegenseitige Diffusion an den Grenzflächen zwischen Grundmaterial und Plattiermaterial zu bewirken.

Der Ausdruck "statischer Fließdruck" bezeichnet hier den durch fließende Medien, wie Flüssigkeiten oder Gase, bewirkten Druck. Die Verdichtung wird vorzugsweise bei einem statischen Fließdruck im Bereich von 1500 bis 20 000 bar durchgeführt. Weiterhin erfolgt die thermische Behandlung vorzugsweise bei einer Temperatur, die etwa 50 bis 500° C unterhalb der niedrigeren Schmelztemperatur der beiden Materialien liegt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 bis 5 geschnittene Draufsichten einer Anordnung (in verschiedenen Stufen) bei dem Herstellen eines stangenförmigen Metallverbundkörpers mit kreisförmigem Querschnitt gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung;

Fig. 6 bis 10 geschnittene Draufsicht einer Anordnung (in verschiedenen Stufen) bei dem Herstellen eines platten- bzw. bandförmigen Metallverbundkörpers gemäß einer weiteren Ausführunsform der Erfindung;

Fig. 11 bis 13 geschnittene Draufsichten einer Anordnung (in verschiedenen Stufen) bei dem Herstellen eines vielschichtigen, stangenförmigen Metallverbundkörpers mit kreisförmigem Querschnitt in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 14 bis 16 geschnittene Draufsichten einer Anordnung (in verschiedenen Stufen) bei dem Herstellen eines röhrenförmigen Metallverbundkörpers in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 bis 5 zeigen die Anwendung des Verfahrens der Erfindung zur Herstellung eines stangenförmigen Metallverbundkörpers mit kreisförmigem Querschnitt, der aus einem Kern aus einer Nickellegierung und einer Kupferdeckschicht besteht.

Der Nickellegierungskern 1 wird fest im Innern eines Gummischlauchs 2 angeordnet, der seinerseits durch ein Metallstützrohr 3 gehalten wird. Hierdurch entsteht ein zylindrischer Zwischenraum 4 zwischen dem Nickellegierungskern 1 und dem Gummischlauch 2 , wie in Fig. 1 dargestellt. Das Verfahren der Erfindung kann auch ohne Gummischlauch durchgeführt werden; die Verwendung eines Gummischlauchs gewährleistet jedoch eine gleichmäßigere Verdichtung der pulvrigen Plattierkomponente bei der späteren Druckverdichtung und ist deshalb bevorzugt. Das Metallstützrohr 3 dient der Verhinderung einer unerwünschten Dehnung des Gummischlauchs 2 beim Einfüllen der pulvrigen Deckschichtkomponente in der nächsten Stufe.

In Fig. 2 ist der zylindrische Hohlraum 4 mit der pulvrigen Deckschichtkomponente 6 gefüllt. Im vorliegenden Fall handelt es sich hierbei um Kupferpulver, das eine relative Verdichtungszahl im Bereich von 20 bis 40 besitzt, wobei davon ausgegangen wird, daß das kompakte, völlig porenfreie Material eine relative Verdichtungszahl von 100 besitzt.

Nach dem Einfüllen der Deckschichtkomponente entfernt man das Metallstützrohr 3 und unterwirft die gesamte Anordnung der Verdichtung unter Einwirkung von statischem Fließdruck, im vorliegenden Fall hydrostatischem Druck, wobei der Druck etwa 6000 bar erreicht (Fig. 3). Durch die Verdichtung unter Einwirkung des statischen Fließdrucks steigt die relative Verdichtungszahl der pulvrigen Plattierkomponente 6 auf einen Wert im Bereich von 80 bis 90.

Nach Beendigung der Verdichtung entfernt man den Gummischlauch 2, wie in Fig. 4 dargestellt. Der verbleibende Gesamtkörper wird dann etwa 1 bis 20 Stunden einer thermischen Behandlung im Bereich von 500 bis 1000° C unterworfen. Die Wärmebehandlung verursacht die Sinterung der verdichteten pulvrigen Deckschichtkomponente 6, d. h. des verdichteten Kupferpulvers, sowie gleichzeitig eine wechselseitige Diffusion an der Grenzfläche zwischen der Kern- und der Deckschichtkomponente, d. h. zwischen dem Nickellegierungskern 1 und der Kupferdeckschicht 6. Nach der Durchführung der thermischen Behandlung beträgt die relative Verdichtungszahl der pulvrigen Kupfer-Deckschichtkomponente 90 bis 100, und die Bindungsfestigkeit zwischen dem Nickellegierungsgrundmetall und der Kupferschicht ist durch die beschriebene wechselseitige Diffusion an der Grenzfläche zwischen den beiden Komponenten erheblich verstärkt.

Die so erhaltene Metallverbundstange wird weiterhin üblichen Verarbeitungsstufen, wie Preßziehen, thermischen Behandlungen und Walzen, unterworfen, um ein Stangenprofil der gewünschten Abmessung zu erhalten, wie in Fig. 5 dargestellt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 6 bis 10 dargestellt, die die Anwendung des Verfahrens der Erfindung zur Herstellung eines platten- bzw. bandförmigen Metallverbundkörpers aus einer Nickellegierungsgrundschicht und einer Kupferplattierschicht zeigen.

Ein Grundblech 11 aus einer Nickellegierung wird im Inneren einer Gummihüllung 12 fixiert, die wiederum von einem Metallstützgehäuse 13 getragen wird. Auf beiden Seiten bleiben Hohlräume 14 bestehen, wie in Fig. 6 dargestellt. Wie in der vorhergehenden Ausführungsform, wird auch hier die Verwendung der Gummihüllung 12 bevorzugt, um eine gleichmäßige Verdichtung der pulvrigen Plattierkomponente bei der späteren Verdichtung unter statischem Fließdruck zu erhalten. Die Verwendung des Metallstützkastens 13 dient der Verhinderung einer unerwünschten Dehnung der Gummiumhüllung 12 beim Einfüllen der pulvrigen Plattierkomponente in der nächsten Stufe.

In Fig. 7 sind die Hohlräume 14 auf beiden Seiten des Grundblechs 11 mit der pulvrigen Plattierkomponente 16, d. h. Kupferpulver, mit einer relativen Verdichtungszahl im Bereich von 20 bis 40 gefüllt.

Nach dem Einfüllen der Plattierkomponente entfernt man den Metallstützkasten 13 und unterwirft den gesamten verbleibenden Körper der Verdichtung unter Anwendung von hydrostatischem Druck von etwa 6000 bar (Fig. 8). Hierdurch steigt die relative Verdichtungszahl der pulvrigen Plattierkomponente 16 auf einen Wert im Bereich von 80 bis 90.

Nach beendeter Verdichtung entfernt man die Gummihüllung 12, wie in Fig. 9 dargestellt, und unterwirft den gesamten verbleibenden Körper etwa 1 bis 20 Stunden der thermischen Behandlung im Bereich 500 bis 1000° C. Hierdurch wird ein Sintern der pulvrigen Plattierkomponente 16, d. h. des verdichteten Kupferpulvers, bewirkt, wobei gleichzeitig eine gegenseitige Diffusion an der Grenzfläche zwischen der Plattier- und Grundkomponente, d. h. zwischen dem Nickellegierungsgrundblech und dem Kupferplattierpulver, stattfindet. Nach Beendigung der Wärmebehandlung beträgt die relative Verdichtungszahl der pulvrigen Kupferplattierkomponente 90 bis 100, und die Bindungsfestigkeit zwischen der Nickellegierung und der Kupferschicht ist durch die wechselseitige Diffusion an der Grenzfläche zwischen den beiden Komponenten erheblich verstärkt worden.

Das so erhaltene Verbundblech wird weiteren Verarbeitungsstufen, wie wiederholtem Walzen und thermischen Wärmebehandlungen, unterworfen, um ein Bandprofil der gewünschten Abmessungen, wie in Fig. 10 dargestellt, zu erhalten.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 11 bis 13 dargestellt, die die Anwendung des Verfahrens der Erfindung zur Herstellung eines vielschichtigen stangenförmigen Verbundkörpers aus einem Nickellegierungskern, einer inneren Kupferschicht und einer äußeren Aluminiumschicht zeigen.

Zunächst wird ein Metall-Stangenverbundkörper 20, wie in Fig. 11 gezeigt, nach einem ähnlichen Verfahren, wie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, hergestellt. Dieser Metall- Stangenverbundkörper 20 besteht aus einem Nickellegierungskern 21 und einer Kupferumhüllung 26, die den Kern kompakt umgibt, wobei die Deckschichtkomponente 26 im Endprodukt, d. h. dem vielschichtigen Metall-Stangenverbundkörper, zur inneren Schicht wird.

Als nächstes wird die plattierete Metallstange 20 im Inneren eines Gummischlauchs 22 fixiert, der seinerseits von einem Metallstützrohr 23 umgeben ist. Der zylindrische Hohlraum zwischen dem Stangenkörper 20 und dem Gummischlauch 22 wird mit pulverigem Aluminium 27 gefüllt, wie in Fig. 12 dargestellt. Die relative Verdichtungszahl des Aluminiumpulvers 27 liegt im Bereich von 20 bis 40.

Nach der Entfernung des Metallstützrohrs 23 wird der gesamte Körper einer Verdichtung unter Anwendung von statischem Fließdruck, z. B. hydrostatischem Druck, von etwa 6000 bar unterworfen. Hierdurch steigt die relative Verdichtungszahl der pulvrigen Aluminium-Deckschichtkomponente auf einen Wert im Bereich von 80 bis 90. Der so erhaltene stangenförmige Metallverbundkörper zeigt das Querschnittsprofil eines mehrschichtigen Kern- Deckschicht-Aufbaues, wie in Fig. 13 dargestellt, d. h., der stangenförmige Metallverbundkörper besteht aus der Nickellegierungskernkomponente 21, der inneren Kupfer- Umhüllungskomponente 26, die die Kernkomponente umgibt, und der äußeren Aluminium-Deckkomponente 27, die die innere Umhüllungskomponente umgibt.

Als nächstes wird der stangenförmige Metallverbundkörper vier Stunden einer thermischen Behandlung bei 650° C in einer Wasserstoffatmosphäre unterworfen, um ein Sintern des Aluminiumpulvers sowie gleichzeitig eine wechselseitige Diffusion an der Grenzfläche zwischen der inneren Kupferschicht und der äußeren Aluminium-Deckschichtkomponente, sowie an der Grenzfläche zwischen dem Nickellegierungskern und der inneren Kupferumhüllungskomponente zu bewirken. An diese Wärmebehandlung schließt sich eine Reihe üblicher Verarbeitungsstufen, wie wiederholtes hydrostatisches Pressen, Wärmebehandlungen, Ziehen und Tiefziehen bzw. Gesenkarbeit, an, um ein vielschichtiges stangenförmiges Metallverbundprofil der gewünschten Abmessungen zu erhalten.

Für den Fall, daß die innere Umhüllungsschicht aus einem Metallpulver hergestellt werden soll, das durch die Anwendung des statischen Fließdrucks weniger verdichtet wird, kann das in den Fig. 11 bis 13 dargestellte Verfahren modifiziert werden. In diesem Fall wird der in Fig. 11 dargestellte stangenförmige Metallverbundkörper 20 vier Stunden einer thermischen Behandlung bei 900° C in einer Wasserstoffatmosphäre unterworfen, um das Sintern des Kupferpulvers sowie eine wechselseitige Diffusion an der Grenzfläche zwischen dem Nickellegierungskern und der Kupfer-Deckschichtkomponente zu bewirken. An diese thermische Behandlung schließt sich hydrostatisches Pressen oder Ziehen oder Tiefziehen bzw. Gesenkarbeit an, um den Durchmesser des stangenförmigen Metallverbundkörpers auf den gewünschten Wert zu bringen.

Der so erhaltene stangenförmige Metallverbundkörper wird dann im Inneren des Gummischlauchs 22 fest angeordnet, der seinerseits von außen durch das Metallstützrohr 23 gehalten wird. In ähnlicher Weise, wie bei dem in Fig. 12 dargestellten Verfahren, wird Aluminiumpulver in den zylindrischen Hohlraum zwischen dem Stangenkörper 20 und dem Gummischlauch 22 mit einer relativen Verdichtungszahl im Bereich von 20 bis 40 eingefüllt.

Nach Entfernung des Metallstützrohres 23 erfolgt die Verdichtung durch Anwendung von statischem Fließdruck, zum Beispiel hydrostatischem Druck, von etwa 6000 bar auf den gesamten verbleibenden Körper. Die verdichtete Metallverbundstange wird dann weiteren Verarbeitungsstufen, ähnlich denen in der Ausführungsform, die in den Fig. 11 bis 13 dargestellt ist, unterworfen, um ein Endprodukt der gewünschten Abmessungen zu erhalten.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 14 bis 16 dargestellt, die die Anwendung des Verfahrens der Erfindung zur Herstellung eines röhrenförmigen Metallverbundkörpers aus einem Nickellegierungs- Kernrohr und einem Kupfer-Deckrohr zeigt.

Es wird ein Nickellegierungs-Kernrohr 31 hergestellt, das einen inneren Metallstützstab 35 umgibt. Der gesamte so hergestellte Körper wird fest im Inneren eines Gummischlauchs 32 angeordnet, der außen von einem Metallstützrohr 33 umgeben ist, so daß ein zylindrischer Hohlraum 34 um das Kernrohr 31 herum, wie in Fig. 14, entsteht.

Als nächstes wird Kupferpulver in den zylindrischen Hohlraum 34 mit einer relativen Verdichtungszahl von 20 bis 40 eingefüllt. Nach der Entfernung des Metallstützstabes 35 und des Metallstützrohrs 33 wird der gesamte verbleibende Körper der Verdichtung unter Einwirkung von statischem Fließdruck, z. B. hydrostatischem Druck, wie in Fig. 15 dargestellt, unterworfen, wobei die relative Verdichtungszahl der Kupferdeckkomponente 36 auf einen Wert im Bereich von 80 bis 90 ansteigt.

Nach Beendigung der Wärmebehandlung zur Sinterung und wechselseitigen Diffusion erhält man ein Metallverbundrohr, wie in Fig. 16 dargestellt, das aus dem Nickellegierungs- Kernrohr und der gesinterten Kupferdeckschicht 36 besteht, die mit der Nickellegierung durch die wechselseitige Diffusion an der Grenzfläche fest verbunden ist. In der vorliegenden Ausführungsform verhindert die Verwendung des inneren Metallstützstabes das unerwünschte Verbiegen des Kernrohrs während der Verdichtung, aufgrund einer ungleichmäßigen Einfüllung der pulvrigen Deckschichtkomponente.

In der vorhergehenden Beschreibung handelt es sich bei sämtlichen Nickellegierungen um Nickelbasislegierungen.

Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß die Verwendung des im wesentlichen pulverförmig vorliegenden Plattiermaterials eine Erhöhung der gesamten, bei der Sinterung und der Diffusion reaktiven Oberfläche bewirkt, und die Anwendung des statischen Fließdrucks bei der Verdichtung eine gleichmäßige Anwendung des Verdichtungsdrucks, d. h. eine gleichmäßige und verbesserte relative Verdichtungszahl, die ein Maß für die Dichte darstellt, des Plattiermaterials in den Endprodukten gewährleistet.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Es wird 0,05 bis 0,50% Kohlenstoff enthaltender Stahl als Grundmaterial in Verbindung mit Kupfer-Plattiermaterial mit einem Schmelzpunkt von 1083° C verwendet.

Der bei der Verdichtung angewendete hydrostatische Druck liegt im Bereich von 1500 bis 12 000 bar, und die relative Verdichtungszahl des pulvrigen Plattiermaterials nach der Verdichtung liegt im Bereich von 85 bis 90. Die thermische Behandlung erfolgt in reduzierender Atmosphäre, z. B. in Wasserstoff, bei Temperaturen im Bereich von 500 bis 1000° C für eine Dauer von etwa 1 bis 20 Stunden. Die relative Verdichtungszahl nach der thermischen Behandlung liegt im Bereich von 95 bis 100. Die erhaltenen Produkte wurden mit gutem Erfolg zur Herstellung von elektrisch leitenden Federn und Anschlußstellen für Telefonsysteme verwendet.

Beispiel 2

Es wird 0,05 bis 0,50% Kohlenstoff enthaltender Stahl als Grundmaterial in Verbindung mit Aluminium-Plattiermaterial mit einem Schmelzpunkt von 660° C verwendet.

Der bei der Verdichtung angewendete hydrostatische Druck beträgt über 3000 bar, und die relative Verdichtungszahl des pulvrigen Plattiermaterials nach der Verdichtung liegt im Bereich von 90 bis 95. Die thermische Behandlung erfolgt in reduzierender Atmosphäre, z. B. in Wasserstoff, bei Temperaturen im Bereich von 350 bis 630° C für eine Dauer von 1 bis 20 Stunden. Die relative Verdichtungszahl nach der thermischen Behandlung liegt im Bereich von 95 bis 100. Die erhaltenen Produkte wurden mit gutem Erfolg als Anoden für Vakuumröhren verwendet.

Beispiel 3

Es wird Aluminium als Grundmaterial in Verbindung mit Kupfer-Plattiermaterial verwendet. Der bei der Verdichtung angewendete hydrostatische Druck liegt im Bereich von 3000 bis 12 000 bar, und die relative Verdichtungszahl des pulvrigen Plattiermaterials nach der Verdichtung liegt im Bereich von 85 bis 90. Die thermische Behandlung erfolgt in ähnlicher Atmosphäre, wie in den vorhergehenden Beispielen, bei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 530° C für eine Dauer von 1 bis 20 Stunden. Die relative Verdichtungszahl nach der thermischen Behandlung liegt im Bereich von 95 bis 100. Die erhaltenen Produkte wurden mit gutem Erfolg als Anschlußteile und elektrische Zuleitungen verwendet.

Beispiel 4

Es wird eine Fe-Ni-Legierung mit einem Schmelzpunkt von 1440° C in Verbindung mit Kupfer-Plattiermaterial verwendet.

Der bei der Verdichtung angewendete hydrostatische Druck liegt im Bereich von 3000 bis 12 000 bar; die relative Verdichtungszahl des pulvrigen Plattiermaterials nach der Verdichtung liegt im Bereich von 85 bis 90. Die thermische Behandlung erfolgt in ähnlicher Atmosphäre, wie bei den vorhergehenden Beispielen, bei einer Temperatur im Bereich von 500 bis 1000° C für eine Dauer von 1 bis 20 Stunden. Die relative Verdichtungszahl nach der thermischen Behandlung liegt im Bereich von 95 bis 100. Die so erhaltenen Produkte wurden mit Vorteil als Zuleitungen verwendet, die teilweise in Weichgläser von Vakuumröhren eingeschmolzen wurden.

Beispiel 5

Es wird Magnesium mit einem Schmelzpunkt von 650° C als Grundmaterial in Verbindung mit Silber mit einem Schmelzpunkt von 960,8° C als Plattiermaterial verwendet.

Der bei der Verdichtung angewendete hydrostatische Druck liegt im Bereich von 1500 bis 20 000 bar; die relative Verdichtungszahl des pulvrigen Plattiermaterials nach der Verdichtung liegt im Bereich von 85 bis 90. Die thermische Behandlung erfolgt in reduzierender Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 300 bis 600° C für eine Dauer von etwa 1 bis 20 Stunden. Die relative Verdichtungszahl des Plattiermaterials nach der thermischen Behandlung liegt im Bereich von 95 bis 100. Die so erhaltenen Produkte wurden mit gutem Erfolg als Batterieelektroden verwendet.

Beispiel 6

Es wird eine hochfeste Aluminiumlegierung (Typ 2024) als Grundmaterial in Verbindung mit einer korrosionsbeständigen Aluminiumlegierung (Typ 6053) als Plattiermaterial verwendet; die Schmelztemperatur der verwendeten Legierung liegt im Bereich von 620 bis 660° C. Die Verdichtung erfolgt bei einem hydrostatischen Druck im Bereich von 1500 bis 20 000 bar; die relative Verdichtungszahl des pulvrigen Plattiermaterials steigt hierdurch auf einen Wert im Bereich von 85 bis 95. Die thermische Behandlung erfolgt in reduzierender Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 300 bis 630° C für eine Dauer von etwa 1 bis 20 Stunden. Die relative Verdichtungszahl des Plattiermaterials nach der thermischen Behandlung liegt im Bereich von 95 bis 100. Die erhaltenen Endprodukte wurden aufgrund ihrer hohen Festigkeit, die mit einer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit gepaart ist, mit gutem Erfolg zur Herstellung von Flugzeugteilen verwendet.

Beispiel 7

Es wird eine Aluminiumlegierung (Typ 5052) mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 620 bis 660° C als Grundmaterial in Verbindung mit Kupfer als Plattiermaterial verwendet.

Die Verdichtung erfolgt bei einem hydrostatischen Druck von über 3000 bar. Hierdurch steigt die Verdichtungszahl des pulvrigen Plattiermaterials auf einen Wert im Bereich von 85 bis 95. Die thermische Behandlung erfolgt in reduzierender Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 300 bis 630° C für eine Dauer von 1 bis 20 Stunden. Hierdurch steigt die relative Verdichtungszahl des Plattiermaterials auf einen Wert im Bereich von 95 bis 100. Die erhaltenen Produkte wurden mit gutem Erfolg für Mikrowellenübertragungsröhren verwendet.

Beispiel 8

Es wird eine Kupfer-Beryllium-Legierung mit einem Schmelzpunkt von etwa 1000° C als Grundmaterial in Verbindung mit einem Kupfer- Plattiermaterial verwendet.

Die Verdichtung erfolgt bei einem hydrostatischen Druck im Bereich von 3000 bis 12 000 bar. Hierdurch steigt die relative Verdichtungszahl des pulvrigen Plattiermaterials auf einen Wert im Bereich von 85 bis 90. Die thermische Behandlung erfolgt in reduzierender Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 500 bis 1000° C für eine Dauer von etwa 1 bis 20 Stunden. Hierdurch steigt die relative Verdichtungszahl des Plattiermaterials auf einen Wert im Bereich von 95 bis 100. Die erhaltenen Produkte wurden mit gutem Erfolg zur Herstellung elektrisch leitender Federn verwendet.

Beispiel 9

Ein nichtrostender Stahl vom Austenit-Typ (18 bis 24% Chrom, 8 bis 20% Nickel, Rest Eisen) mit einem Schmelzpunkt von im Bereich von 1480 bis 1505° C wird als Grundmaterial in Verbindung mit einer Kupfer-Nickel-Legierung (70 bis 90% Kupfer, 30 bis 10% Nickel) mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 880 bis 950° C als Plattiermaterial verwendet.

Die Verdichtung erfolgt bei einem hydrostatischen Druck von über 3000 bar. Hierdurch steigt die relative Verdichtungszahl des pulvrigen Plattiermaterials auf etwa 85 bis 86. Die thermische Behandlung erfolgt in reduzierender Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 500 bis 1000° C für eine Dauer von etwa 1 bis 20 Stunden. Hierdurch steigt die relative Verdichtungszahl des Plattiermaterials auf etwa 98 bis 100. Die so erhaltenen Produkte wurden als Unterwasserkabel verwendet.

Beispiel 10

Es wird Kupferphosphat mit einem Schmelzpunkt von im Bereich von 880 bis 950° C als Grundmaterial in Verbindung mit einem Silber-Plattiermaterial verwendet.

Die Verdichtung erfolgt bei einem hydrostatischen Druck von über 3000 bar. Hierdurch steigt die relative Verdichtungszahl des pulvrigen Plattiermaterials auf einen Wert im Bereich von 85 bis 90. Die thermische Behandlung erfolgt in nicht-oxydierender Atmosphäre, wie Argon oder Stickstoff, bei einer Temperatur von 400 bis 920° C für eine Dauer von etwa 1 bis 20 Stunden. Hierdurch steigt die relative Verdichtungszahl des Plattiermaterials auf einen Wert im Bereich von 97 bis 100. Die so erhaltenen Produkte wurden mit gutem Erfolg zur Herstellung von Federn für elektrische Kontakte verwendet.

Beispiel 11

Es wird Kupfer als Grundmaterial und Nickel mit einem Schmelzpunkt von 1453° C als Plattiermaterial verwendet.

Die Verdichtung erfolgt bei einem hydrostatischen Druck im Bereich von 3000 bis 12 000 bar. Hierdurch steigt die relative Verdichtungszahl des Plattiermaterials auf einen Wert im Bereich von 85 bis 90. Die thermische Behandlung erfolgt in nicht-oxydierender Atmosphäre, wie Argon oder Stickstoff, bei einer Temperatur im Bereich von 500 bis 1000° C für eine Dauer von 1 bis 20 Stunden. Hierdurch steigt die relative Verdichtungszahl des Plattiermaterials auf einen Wert im Bereich von 95 bis 100. Die so erhaltenen Produkte wurden mit gutem Erfolg für Verbindungen in elektrischen Schaltkreisen zur Anwendung unter hohen Temperaturen verwendet.

Beispiel 12

Es wird Kupfer als Grundmaterial und Silber als Plattiermaterial verwendet.

Die Verdichtung erfolgt bei einem statischen Gasdruck eines inerten Gases, wie Argon, von über 3000 bar. Hierdurch steigt die relative Verdichtungszahl des pulvrigen Plattiermaterials auf einen Wert im Bereich von 85 bis 90. Die thermische Behandlung erfolgt bei einem Vakuum von 10^-2 bis 10^-6 Torr bei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 920° C für eine Dauer von etwa 1 bis 20 Stunden. Die relative Verdichtungszahl des Plattiermaterials nach der thermischen Behandlung liegt im Bereich von 97 bis 100. Die so erhaltenen Produkte wurden mit gutem Erfolg als Verbindungsleitungen in Transistoren verwendet.

Beispiel 13

Es wird nichtrostender Stahl als Grundmaterial verwendet, der von Kupferplattierschichten sandwichartig eingeschlossen wird. Die Verdichtung erfolgt bei einem statischen Gasdruck eines inerten Gases im Bereich von 3000 bis 12 000 bar. Hierdurch steigt die relative Verdichtungszahl des pulvrigen Plattiermaterials auf einen Wert im Bereich von 85 bis 90. Die thermische Behandlung erfolgt in nicht-oxydierender Atmosphäre, wie Argon oder Stickstoff, bei einer Temperatur im Bereich von 500 bis 1000° C für eine Dauer von etwa 1 bis 20 Stunden. Hierdurch steigt die relative Verdichtungszahl des Plattiermaterials auf einen Wert im Bereich von 95 bis 100. Die so erhaltenen Produkte wurden mit Vorteil für Ornamente verwendet.

Beispiel 14

Es wird nichtrostender Stahl als Grundmaterial und Kupfer als Plattiermaterial verwendet. Die Verdichtung erfolgt bei einem statischen Gasdruck eines inerten Gases im Bereich von 3000 bis 12 000 bar. Hierdurch steigt die relative Verdichtungszahl des pulvrigen Plattiermaterials auf einen Wert im Bereich von 85 bis 90. Die thermische Behandlung erfolgt in reduzierender Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich von 500 bis 1000° C für eine Dauer von etwa 1 bis 20 Stunden. Hierdurch steigt die relative Verdichtungszahl des Plattiermaterials auf einen Wert im Bereich von 95 bis 100. Die so erhaltenen Produkte wurden erfolgreich zur Herstellung von Küchengeschirr verwendet.

Bei dem Verfahren der Erfindung erfolgt die Verdichtung vorzugsweise in einem Druckbereich von 1500 bis 20 000 bar, insbesondere 3000 bis 12 000 bar, besonders bevorzugt 3000 bis 10 000 bar und ganz besonders bevorzugt 4000 bis 8000 bar, wobei in vielen Fällen ein Druck um etwa 6000 bar zu besonders guten Ergebnissen führt.

Die Temperatur bei der Wärmebehandlung liegt unterhalb der Schmelztemperatur des Plattiermaterials bzw. des niedriger schmelzenden Materials. Sie liegt im allgemeinen mindestens etwa 10° C, z. B. 20° C oder 50° C, unterhalb dieser Schmelztemperatur. Andererseits hängt die untere Temperaturgrenze bei der Wärmebehandlung stark von den verwendeten Materialien ab, so daß keine allgemein gültigen Temperaturwerte angegeben werden können.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Metallverbundwerkstoffs durch Aufbringen eines pulverförmigen Überzugsmaterials auf ein Metallgrundmaterial, bei dem das Überzugsmaterial durch isostatisches Verdichten und Sintern mit dem Metallgrundmaterial verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß das isostatische Verdichten bei Raumtemperatur in einem Druckbereich von 1500 bis 20 000 bar erfolgt, und daß der so erzeugte Schichtformkörper anschließend bei einer Temperatur von 50 bis 500° C unterhalb des Schmelzpunktes des niedriger schmelzenden Materials in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre oder unter Vakuum 1 bis 20 h gesintert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wärmebehandlung in reduzierender Atmosphäre durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Vakuum im Bereich von 10⁻² bis 10⁻⁶ Torr anwendet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Metalle Eisen, Kupfer, Aluminium, Stahl, Silber, Magnesium, Nickel, Chrom, nichtrostenden Stahl oder Legierungen der vorgenannten Bestandteile verwendet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Grundmaterial in Form eines Stangenkerns (1) mit kreisförmigem Querschnitt verwendet und das Plattierungsmaterial (6) in einen um den Stangenkern abgegrenzten zylindrischen Hohlraum (4) einfüllt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Grundmaterial in Form eines im wesentlichen flachen Blechs (11) verwendet und das Plattierungsmaterial (16) in einen oder mehrere abgetrennte Hohlräume (14) einfüllt, die sich auf mindestens einer Seite des Grundmaterial befinden.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Grundmaterial in Form eines Kernrohrs (31) verwendet und das Plattiermaterial (36) in einen um das Rohr abgegrenzten zylindrischen Hohlraum einfüllt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Plattiermaterial (6, 16, 36) in den Hohlraum (4, 14, 34) mit einer relativen Verdichtungszahl im Bereich von 20 bis 40 einfüllt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem isostatischen Verdichten vor der Wärmebehandlung eine weitere Pulverschicht isostatisch auf die erste Pulverschicht aufgepreßt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem isostatischen Pressen und Sintern der Pulverschicht eine weitere Pulverschicht isostatisch auf die erste Pulverschicht aufgepreßt wird und anschließend gesintert wird.