DE2551563C2

DE2551563C2 -

Info

Publication number: DE2551563C2
Application number: DE2551563A
Authority: DE
Inventors: Dennis Cockburn Brown; Reginald Leamington Spa Warwickshire Gb Murray
Original assignee: AE PLC
Current assignee: AE PLC
Priority date: 1974-11-15
Filing date: 1975-11-17
Publication date: 1989-12-07
Also published as: US4046305A; JPS51112455A; IN145676B; YU39951B; ES442358A1; BR7507402A; FR2290986A1; YU277675A; FR2290986B1; IT1053224B; AR208728A1; GB1532628A; DE2551563A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verbundaufbau nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung geht auch aus von einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Aufbaues gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 7.

Probleme beim Verbinden von Bauteilen aus Aluminium und/ oder Aluminiumlegierungen mittels Verschweißen, Hartlöten und Weichlöten beruhen hauptsächlich auf der zähen Oxyd schicht, die auf der Oberfläche des Aluminiums und der Aluminiumlegierung bei Umgebungsbedingungen gebildet wird. Beim Schmelzschweißen und Kaltpreßschweißen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen entstehen Probleme aufgrund der durch Schmelzen oder Grobkörnigkeit entstehenden Defor mationen. Bei denjenigen Lötverfahren, bei denen Fluß mittel verwendet werden, müssen die Reste der Flußmittel anschließend entfernt werden mittels kostspieliger Beiz verfahren. Dadurch ergeben sich höhere Verbräuche an teuren Flußmitteln sowie eine Kontaminierung des Beizwassers.

Ebenfalls entstehen durch nichtvollständiges Entfernen von Flußmitteln Korrosionsprobleme. Bei denjenigen Hartlötver fahren, bei denen ohne Flußmittel verfahren wird, müssen teure Hochvakuumöfen verwendet werden, und die Ausbeute ist sehr gering. Außerdem ist die Temperaturkontrolle beim Hartlöten sehr kritisch, da es erforderlich ist, sehr nahe am Schmelzpunkt des Aluminiums bzw. der Aluminiumlegierung zu arbeiten.

In der US-Patentschrift 31 80 022 ist ein Verfahren zum eutektischen Diffusionsverbinden von Metallteilen be schrieben, bei dem die Metallteile aus reinem Aluminium und Aluminiumlegierungen und dessen Oxyden Al₂O₃ bestehen. Dabei wird eine Kupferzwischenschicht verwendet, mit der wenigstens eine Fläche der miteinander in Kontakt kommenden, vorher gereinigten Flächen der miteinander zu verbindenden Metallteile versehen sind. In einer Vorrichtung werden die beiden Metallteile an den zu verbindenden Flächen aneinander gedrückt und unter einer schützenden Gashülle auf eine Temperatur erwärmt, die wenigstens über der Eutektiktemperatur liegt.

Obwohl mit diesem Verfahren ein Verbundaufbau aus den an geführten Ausgangswerkstoffen hergestellt werden kann, der bei hohen Arbeitstemperaturen eine ausreichende mechanische Festigkeit an der Verbindungsstelle aufweist, hat sich je doch gezeigt, daß eine hohe mechanische Festigkeit an der Verbindungsstelle insbesondere bei hohen Arbeitstempera turen nicht erreicht wird, wenn eines der Metallteile aus einer Aluminiumlegierung mit einem relativ hohen Silizium anteil besteht. Somit weisen auf diese Weise hergestellte Verbundbauteile, wie z. B. Kolben für Brennkraftmaschinen, nicht die erforderliche Festigkeit auf, um in der Brenn kraftmaschine sicher zu arbeiten. Ein weiterer Nachteil dieses vorbekannten Verfahrens besteht darin, daß die miteinander zu verbindenden Flächen der betreffenden Me tallteile sorgfältig bearbeitet und eine hohe Oberflächen güte aufweisen müssen, was zeit- und kostenaufwendig ist.

In der weiteren US-Patentschrift 31 48 038 ist ein durch eutektische Diffusionsverbindung hergestelltes Verbund bauteil beschrieben, bei dessen Herstellung die Hauptme tallteile aus Zirkonium und dessen Basislegierungen be stehen, wobei zur metallurgischen Verbindung der Flügelflächen eine Kupferzwischenschicht verwendet wird. Dieser Verbund aufbau befaßt sich nicht mit der Verwendung von Aluminium und dessen Legierungen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Verbesserung eines einleitend angeführten Verbundaufbaus und eines Verfahrens zu dessen Herstellung dahingehend, daß ein Metallbauteil aus einer Al-Legierung mit einem relativ hohen Si-Anteil an einem Metallbauteil aus einer Al-Legierung oder aus Reinaluminium mittels Diffusionsverbindung zwecks Er zielung einer höheren Bruchfestigkeit befestigt ist bzw. befestigt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist hinsichtlich des Verbund aufbaues in dem Patentanspruch 1 und in bezug auf das Verfahren in dem Patentanspruch 7 angegeben.

Bevorzugte Weiterbildungen sind in den entsprechenden Unteransprüchen angegeben.

Durch diese Lösung wird erreicht, daß ein Metallbauteil aus reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einem Metallbauteil aus einer Aluminiumlegierung, wobei eines der oder beide Metallbauteile aus einer Aluminum legierung einen relativ hohen Siliziumgehalt von bis zu 12% aufweist bzw. aufweisen, so fest miteinander verbunden ist, daß die Verbindungsfestigkeit bzw. Bruchfestigkeit der Metallbauteile an ihrer Verbindungsstelle wesentlich verbessert ist. Dabei erreicht die Bruchfestigkeit im wesentlichen wenigstens die Bruchfestigkeit des Ausgangs materials der miteinander zu verbindenden Metallbauteile, das heißt wenigstens die Bruchfestigkeit des Aluminiums. Weitere Vorteile ergeben sich aus den nachstehenden Aus führungen.

Bei der erfindungsgemäßen eutektischen Diffusionsverbindung wird angenommen, daß eine erste oder feste Phase besteht, bei der eine einfache Diffusion der Atome in festem Zu stand über der Zwischenfläche zwischen den miteinander zu verbindenden Flächen in den ersten Stufen des Verbindungs ablaufes vorliegt, und zwar während des Erhitzens an isolierten Punkten auf den Verbindungsflächen, wodurch eine Legierung aus dem Zwischenschichtmaterial und dem Aluminium/der Aluminiumlegierung oder dem Zwischenschicht material und den Aluminiumlegierungen in festem Zustand ge bildet wird. Da sich die zu verbindenden Flächen im Mikro maßstab aus vielen feinen Spitzen und Vertiefungen zu sammensetzen, reicht, wenn diese Flächen miteinander in Kontakt gebracht werden, die Druckbelastung an den Kontakt punkten aus, um viele kleine Stellen plastischer Defor mation zu bilden. Dadurch werden die Oxydschichten an diesen Deformationsstellen durchbrochen, wodurch ein gegen seitiger Metall-Metall-Kontakt ermöglicht wird, der für die Diffusionsphase in festem Zustand erforderlich ist.

Es entsteht eine zweite oder flüssige Phase beim eutek tischen Verbindungsablauf, wenn die Verbindungstemperatur bis zu der oder über die eutektische Temperatur der während der Festzustandsphase gebildeten Legierungen ansteigt und wenn die Atomdiffusion sowohl innerhalb der Flüssig keitsphase als auch an den Grenzflächen der Flüssigkeit und des Festphasenmaterials schneller ansteigt. Die end gültige feste metallurgische Verbindung kann sich entweder bei der Verbindungstemperatur aufgrund einer weiteren Diffusion oder beim Abkühlen in Abhängigkeit von der Natur des verwendeten Metallsystems bilden.

Bei eutektischen Verbindungen verschwindet die zwischen den verbundenen Teilen befindliche Zwischenfläche, wenn eine Kupferzwischenschicht verwendet wird, wobei nach dem Verbinden der größte Teil des Kupfers in die verbun denen Teile diffundiert ist. Dabei entsteht eine Ver bindung mit einer Festigkeit der gleichen oder einer größeren Größenordnung als die des Ausgangsmaterials. Eine Deformation oder eine Extrusion von geschmolzenem Material von der Verbindungsstelle von irgendeiner Be deutung kann nicht festgestellt werden.

Da geschmolzenes Material an der Flächenpaarung der zu verbindenden Metallteile gebildet wird, muß - als weiterer Vorteil - die Beschaffenheit der Flächen nicht den sehr hohen Standard besitzen, der bei den herkömmlichen Diffusionsverbindungsverfahren erforderlich ist. Daher können im Handel erhältliche Metallteile mit der üblichen Oberflächenrauhigkeit von etwa 0,5 bis 1,3 µ verarbeitet werden. Die Anwesenheit des geschmolzenen Metalls an den Zwischenflächen bedeutet, daß die Kontaktdrücke nicht mehr so hoch sein müssen. Im Gegensatz zu den bekannten Diffusionsverfahren, die im wesentlichen in einem Hoch vakuumofen durchgeführt werden müssen, kann das Verfahren nach der Erfindung unter Umgebungsbedingungen durchge führt werden, das heißt unter atmosphärischem Druck oder wenig höheren Drücken, so daß kostspielige Hochvakuumöfen nicht mehr erforderlich sind.

Das Material der Zwischenschicht besteht vorzugsweise aus Kupfer oder einer kupferreichen Legierung mit mindestens etwa 95% Kupfer. Geeignete kupferreiche Legierungen be stehen aus Kupfer mit bis zu 5% Zink. Das Kupfer oder die Kupferlegierungen wird bzw. werden vorzugsweise elektro chemisch niedergeschlagen, und zwar auf einer oder jeder der zu verbindenden Flächen vor der Druck- und Wärmebe handlung. Die Zwischenschicht kann aber auch in Form einer Folie verwendet werden, die zwischen den zu ver bindenden Flächen eingesetzt wird.

Mit Kupfer oder einer Kupferlegierung als Zwischenschicht material kann das Verfahren nach der Erfindung mit einer großen Anzahl von Aluminiumlegierungen verwendet werden, mit denen das Kupfer oder die Kupferlegierung ein Eutek tikum bildet, und zwar mit Ausnahme von Aluminiumlegierungen mit einem sehr niedrigen Schmelzpunkt.

Die Druck- und Wärmebehandlung wird in einem Ofen mit ge steuerter (Schutz-) Atmosphäre durchgeführt, beispiels weise mit Argon. Wenn die Metallteile unter Druckkontakt erhitzt werden, wird angenommen, daß das Metall der Zwischen schicht, die Silizium-Aluminium-Legierung und das Aluminium oder die Aluminiumlegierung mit einer Geschwindigkeit und in einer Menge miteinander diffundieren, die sich Exponential mit der Temperatur erhöht. Dadurch wird eine Metallzwischenschicht/Aluminium-Legierung in festem Zu stand im Zwischenflächenbereich gebildet, und wenn die Temperatur gegebenenfalls über die Temperatur des eutek tischen Punktes des Zwischenschicht/Aluminium- oder Zwischenschicht/Aluminiumlegierungs-System ansteigt, findet ein Schmelzen der gebildeten Legierung statt, die sich nur in diesem Bereich befindet. Die sich bewegende, geschmolzene Legierung füllt alle vorhandenen Unregel mäßigkeiten der zusammengefügten Flächen aus und bildet eine metallurgische Verbindung. Bei weiterem Erhitzen wird sich die Diffusion der Metallzwischenschicht in das Alu minium/Aluminiumlegierung usw. in die Aluminiumlegierungen fortsetzen, wodurch sich die Zusammensetzung der Über gangsschicht aus dem Zwischenschichtmaterial und dem Aluminiumlegierungsmaterial im Bereich der ursprünglichen Zwischenflächen allmählich ändert. Wenn die Maximaltem peratur erreicht ist, setzt der Kühlvorgang ein, wobei der Verbundaufbau bei einer Temperatur unterhalb der eu tektischen Temperatur aus dem Ofen genommen wird.

Die obere Grenze des Temperaturbereiches wird bestimmt durch die Notwendigkeit, ein allgemeines Schmelzen der Aluminium- oder Aluminiumlegierungsteile zu vermeiden, während die untere Grenze des Temperaturbereiches bestimmt wird durch den unteren oder untersten Schmelzpunkt des entsprechenden Metallteiles.

Die Dicke der Zwischenschicht oder -schichten aus dem Kupfer bzw. der kupferreichen Legierung liegt im Bereich von 0,0013 mm bis 0,013 mm und vorzugsweise im Bereich von 0,003 mm. Der Kontaktdruck kann im Bereich von 0,035 MNm^-2 bis 2,8 MNm^-2 liegen, sollte aber vorzugsweise in der Größenordnung von 1,4 MNm^-2 liegen.

Eine hier mit LM13 bezeichnete Aluminiumlegierung mit relativ hohem Siliziumgehalt besteht: aus 0,7 bis 1,5% Cu; 0,8 bis 1,5% Mg; 10-12% Si; maximal 1,0% Fe; maximal 0,5% Mn; maximal 1,5% Ni; maximal 0,5% Zn; maximal 0,1% Pb; maximal 0,1% Sn; maximal 0,2% Ti und Rest Aluminium.

Bei dieser Al-Legierung liegt der bevorzugte Tempertur bereich bei 515-530°C. Die Erhitzungszeit beträgt bis zu 30 Minuten, und die Temperaturhaltezeit, während der die Metallteile bei der maximalen Temperatur gehalten werden, variiert zwischen 0 und 30 Minuten. Die Kombination der verwendeten Zwischenschichtdicke, des Druckes, der Temperatur und der Temperaturhaltezeit hängt von der Natur und der Form der verwendeten Metalle oder Metalle gierungen ab.

Die Druckausübung auf die zu verbindenden Metallteile kann mittels einer Differentialspannvorrichtung erfolgen, die so ausgestaltet ist, daß beim Erhitzen auf eine ausreich end hohe Temperatur zum Herstellen der Diffusionsverbindung der notwendige Druck auf die Metallteile von selbst ent steht.

Ferner können zwei zu verbindende Teile, beispielsweise eines Kolbens, mit entsprechenden Schraubgewinden auf den zu verbindenden Flächen versehen werden und mindestens eine der mit den Gewinden versehenen Flächen wird mit der erwähnten Metallzwischenschicht versehen, die zwischen den Flächen eingesetzt wird, wobei der Kontaktdruck durch Ver schrauben hergestellt wird. Dabei kann eines der zu ver bindenden Teile mit einer Hohlkehle auf der Verbindungs fläche versehen werden, wobei die Hohlkehle durch das andere Teil in Form einer Platte verschlossen wird.

Die Metallteile können verschiedene Formen aufweisen:

Zum Beispiel Metallplattenelemente für plattenförmige Wärmetauscher, Heizkörper bzw. Radiatorrippen und Halb röhren, konisch erweiterte Röhrenverbindungen, Gußteile, verschiedenste Verbundaufbaukörper wie z. B. ein aus mehreren Teilen bestehender Zylindergußkopf aus z. B. der LM13-Legierung, Zylinderblocks, Getriebegehäuse, mit Kanälen ausgestattete Kolben und Hohlplatten z. B. für gepanzerte oder armierte Fahrzeuge.

Die Erfindung ist nachstehend anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen typischen eutek tischen Verbundaufbau nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Differentialspannvorrichtung mit einge legten Testplatten,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Verbundaufbau mit inneren Hohlräumen,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Verbundplatte aus Aluminiumlegierungsmetall entlang der Linie A-A in Fig. 5,

Fig. 5 eine schematische Ansicht der in Fig. 4 ge zeigten Verbundplatte.

Beispiel I

Eine Anzahl Testproben aus der vorgenannten Aluminium legierung LM13 mit relativ hohem Si-Gehalt wurden in folgender Weise vorbereitet. Die zu verbindenden Flächen mehrerer Teile mit einem Durchmesser von 19 mm aus der genannten Aluminiumlegierung wurden auf einer Drehbank plan und parallel gedreht, um eine Oberflächengüte bzw. -rauhigkeit von 0,0013 mm im Mittel zu erreichen. Die Flächen wurden dann für 5 bis 10 Minuten in einer heißen alkalischen Lösung bei 60°C entfettet und gereinigt. Nach der Reinigung wurden die Teile mit destilliertem Wasser gespült und zu einem Plattierungsbad gegeben, wo sie in eine Kupferplattierungslösung eingetaucht wurden. Die Anode des Bades bestand aus Kupfer und die Bauteile wurden als Kathoden eingesetzt. Die Teile wurden in der Plattie rungslösung über einen ausreichenden Zeitraum gehalten, um einen Niederschlag von 0,003 mm Dicke abzuscheiden. Anschließend wurden die Teile in Wasser und Azeton gewaschen. Die Anzahl der Teile wurde dann zu Paaren aneinandergefügt und in einem Ofen einer Wärme- und Druck behandlung unterworfen, durch den Argon gepumpt wurde. Die maximale Erhitzungstemperatur lag bei 530°C und die dabei entstehende Schutzatmosphäre im Ofen war nicht vollständig inert, da etwas Luft im Ofen zurückgeblieben war, wodurch eine schwache Oxydation hervorgerufen wurde. Die Teile wurden dann 30 Minuten bei dieser Temperatur gehalten und dann auf eine Temperatur unterhalb des eutektischen Punktes abgekühlt, bevor sie aus dem Ofen herausgenommen wurden. Während der Erhitzung wurde der Kontaktdruck bei 1,4 Mnm^-2 mittels einer Ofenpresse ge halten.

Die Zugbruchfestigkeit der dabei entstandenen Verbindungen, die hierin als Bindungsfestigkeit bezeichnet ist, wurde in jedem Fall bestimmt, indem die verbundenen Probenstücke zu Zugfestigkeitsproben des Dumb-Bell-Typs (Hounsfield- Probenstück der Größe Nr. 16) gefertigt wurden, die dann in einem Hounsfield-Tensometer untersucht wurden. Für alle Verbundaufbaukörper wurde eine Bindungsfestigkeit in der Größenordnung der Zugbruchfestigkeit der Alu miniumlegierungen selbst gefunden, nämlich bei 110 MNm^-2. Eine Mikrofotografie vom Querschnitt durch eine Ver bindungsstelle zeigt, daß die Zwischenflächen zwischen den Bauteilen vollständig verschwunden waren.

Beispiel II

Gleiche Probenstücke wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel I hergestellt mit der Ausnahme, daß die Zeit, während der der Kontaktdruck bei Maximaltemperatur gehalten wurde, progressiv reduziert wurde. Es wurde fest gestellt, daß es nicht notwendig ist, den Kontaktdruck über eine begrenzte Zeit nach Erreichen der Maximaltem peratur zu halten, um eine ähnliche Bindungsfestigkeit wie bei Beispiel I zu erreichen.

Beispiel III

Versuchsproben wurden wie in den Beispielen I und II herge stellt mit der Ausnahme, daß nur eine der zu verbindenden Flächen mit Kupfer plattiert wurde, und zwar mit einer einzigen Kupferschicht von 0,001 mm bis 0,01 mm Dicke. Auch in diesem Fall wurde festgestellt, daß die Bindungs festigkeit ähnlich ist wie in Beispiel I.

Beispiel IV

Die Zugfestigkeitstests wurden bei Probenstücken durch geführt, die wie in den Beispielen I und II hergestellt wurden, und zwar mit unterschiedlichen Kupferdicken, um den Einfluß einer sich verändernden Dicke der Kupfer plattierung auf beiden zu verbindenden Flächen auf die Bindungsfestigkeit festzustellen. Bei allen Proben wurde der angewendete Druck bei 1,4 MNm^-2 gehalten und die Probenstücke wurden bis zu einer Maximaltemperatur von 530°C erhitzt. Anschließend wurde die Erhitzung sofort unterbrochen, d. h. mit einer Null-Temperaturhaltezeit, und man ließ die Probenstücke abkühlen. Es wurde fest gestellt, daß im Bereich einer Kupferdicke von 0,001 mm bis zu 0,015 mm keine wesentliche Veränderung der Bin dungsfestigkeit gegeben ist. Die Bruchwerte lagen in der Nähe der äußersten Zugfestigkeit der LM13-Legierung.

Beispiel V

Bei diesen dem Beispiel IV entsprechenden Versuchen wurden Probenstücke wie in Beispiel I verwendet, jedoch wurde nur eine Fläche beschichtet. Man erhielt gleiche Ergebnisse. Das Beschichten von nur einer Fläche hat den Vorteil, daß die Menge an verwendetem Kupfer reduziert wird. Es wurden Verbindungen in dieser Weise hergestellt unter Verwendung von Kupfer mit einer Dicke von 0,003 mm. Bei solchen Bindungen war eine Extrudierung an der Ver bindungsstelle vernachlässigbar. Ein typisches Beispiel eines Verbundaufbaus aus zwei Teilen 14 und 15 mit einer solchen Menge Kupfer ist in der Fig. 1 dargestellt, bei der der Pfeil die Verbindung anzeigt. Man kann sehen, daß die Verbindungslinie frei ist von extrudiertem Material.

Beispiel VI

In diesem Fall wurden Zugfestigkeitsversuche durchgeführt mit Probenstücken wie in Beispiel III hergestellt mit einer Kupferfläche von 0,003 mm Dicke, wobei jedoch variierende Temperaturen innerhalb des Bereiches von 515 bis 530°C angewendet wurden. Die obere Grenze wurde durch den Betrag der tolerierbaren Deformation gesetzt. Es wurde festgestellt, daß die Bindungsfestigkeit in der Größenordnung der äußersten Zugfestigkeit von Aluminium lag.

Beispiel VII

Zugfestigkeitsuntersuchungen wurden an Probenstücken durch geführt, die jeweils wie in den Beispielen I bis III herge stellt wurden, wobei jedoch der Kontaktdruck zwischen 0,035 MNm^-2 und 2,8 MNm^-2 variiert wurde. Es konnte keine wesentliche Veränderung der Bindungsfestigkeit in diesem Druckbereich festgestellt werden.

Beispiel VIII

Durch Anwendung im wesentlichen der gleichen Verfahrens weisen der LM13-Legierung wurden Probenteile einer Al- Legierung verbunden, deren Schmelzpunkt nicht niedriger war als derjenige der LM13-Legierung. Solche Legierungen waren z. B. die hier HE 30 und LM 14 genannten Legierungen, die sich wie folgt zusammensetzen: HE 30: maximal 0,10% Cu; 0,5 bis 1,2% Mg; 0,7 bis 1,3% Si; maximal 0,5% Fe; 0,4 bis 1,0% Mn; maximal 0,25% Cr und Rest Aluminium.

LM14: 3,5 bis 4,5% Cu; 1,2 bis 1,7% Mg; 1,8 bis 2,3% Ni; 0,6 maximal Mn; maximal 0,1% Zn; maximal 0,6% Si; maximal 0,6% Fe; maximal 0,2% Ti; maximal 0,05% Pb; maximal 0,05% Sn und Rest Aluminium.

Es wurden Verbindungen mit Zugbruchfestigkeiten von etwa 110 MNm^-2 ermittelt. Die Erwärmung erfolgte in einem Ofen bis auf 530°C bei gesteuerter Atmosphäre und unter Verwendung einer Differentialspannvorrichtung, wie sie z. B. in Fig. 2 gezeigt ist. Diese Vorrichtung bestand aus rostfreiem Stahl und hatte einen gegenüber Aluminium geringeren Ausdehnungskoeffizienten. Die Probenteile 16 aus den Al-Legierungen wurden zwischen zwei Endplatten 17 und in Kontakt mit diesen plaziert, wobei die Platten durch vier Schraubenbolzen 18 mit Muttern 19 aus rost freiem Stahl zusammengehalten wurden. Es wurde keine andere Vorbelastung ausgeübt als die mit den Fingern ausgeführte Schraubkraft. Durch die Erwärmung erfolgte eine stärkere Ausdehnung der Al-Legierung als bei der Spannvorrichtung, wodurch der erforderliche Kontaktdruck erzeugt wurde. Derartige Spannvorrichtungen ersetzen einen mit einer Presse ausgestatteten Ofen.

Beispiel IX

Verbindungen wurden ebenfalls hergestellt zwischen einer LM13-Legierung und einem zusammengesetzten Material, das aus 60% LM14-Legierung und 40% Aluminiumoxid bestand, wobei eine maximale Temperatur von 525°C angewendet wurde. Die dabei erhaltene Zugbruchfestigkeit der Verbindung lag bei 102 MNm^-2.

Beispiel X

Gußstücke aus einer LM13-Legierung, die wie in Beispiel I hergestellt wurden und ausgebildete hohle innere Konfi gurationen besaßen, wurden unter den gleichen Temperatur- und Druckbedingungen wie in Beispiel I miteinander ver bunden, um einen Kolben 40 gemäß Fig. 3 zu erzeugen, der einen hohlen ringförmigen Kühlkanal 41 aufweist. Aufgrund dieser Verfahrensweise sind keine Kernordnungen wie beim Gießen solcher Teile erforderlich. Die Kupfer schicht kann auf einer oder mehreren Flächen der zu verbindenden Teile abgeschieden werden. Bei einem solchen Kolben können die miteinander verbundenen Teile aus der gleichen LM13-Aluminiumlegierung bestehen oder alternativ kann ein Teil aus der LM13-Legierung und das andere Teil aus der LM14-Legierung bestehen.

Beispiel XI

Das Verfahren nach der Erfindung kann weiterhin verwendet werden für die Herstellung einer zusammengesetzten Alumi nium-Legierungsplatte aus einer LM13-Legierung, wie sie beispielsweise in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Das Teil 34 dieser Platte hat eine Reihe paralleler Nuten 35, und das andere Plattenteil 36 wird mit dem ersten Plattenteil so verbunden, um die Nuten zu verschließen, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Die Platten werden wie in Beispiel I beschrieben hergestellt, und beide Platten teile werden unter den gleichen Temperatur- und Druckbe dingungen wie beschrieben miteinander verbunden. Solche Verbundplatten können beispielsweise als Panzerung oder Armierung von Panzerfahrzeugen angewendet und die Nuten können beispielsweise verwendet werden, um unterschied liche Flüssigkeiten durch das Fahrzeug strömen zu lassen, z. B. hydraulische Flüssigkeiten oder Kühlflüssigkeiten. Zusätzlich zu dem Durchströmen von Flüssigkeiten können solche Nuten die ballischen Eigenschaften der Platten verbessern, und die zusätzlichen Oberflächen können die Schockwellen der auftreffenden Geschosse dämpfen.

Beispiel XII

Versuchsprobenstücke aus im Handel erhältlichen reinem Aluminium und aus LM13-Aluminiumlegierungen wurden hergestellt und Verbundaufbaukörper entsprechend der in Beispiel I beschriebenen Verfahrensweisen hergestellt. Die Probenstücke aus LM13-Legierungen wurden mit Alu miniumstücken bei Temperaturen im Bereich von 515 bis 530°C miteinander verbunden. In einigen Fällen lediglich eine der miteinander zu verbindenden Flächen mit Kupfer plattiert und in anderen Fällen wurden beide Flächen mit Kupfer plattiert. Die Temperatur wurde bestimmt durch den Schmelzpunkt des Stückes mit dem niederen Schmelz punkt.

Beispiel XIII

Bei dieser Versuchsreihe wurden die zu verbindenden Flächen von Probepaaren aus je einem Teil aus im Handel erhältlichen reinen Aluminium und einem Teil aus der LM13-Legierung, von Probepaaren mit beiden Teilen aus der LM13-Legierung jeweils mit passenden Schraubengewinden und mit einer Oberflächenrauhigkeit von etwa 0,0013 mm versehen, um dann wie in Beispiel I miteinander ver bunden zu werden. Eines der beiden Schraubengewinde wurde mit Kupfer plattiert. Die Dicke der Kupferplat tierung, die Temperatur und die Haltezeit für die aus der LM13-Legierung hergestellten Proben wurden wie in dem Beispiel VIII angewendet. Bedingungen wie in Beispiel XII wurden gewählt für Probenteile, die aus Aluminium und aus der LM13- und LM14-Legierung bestanden. Jedoch wurde der Kontaktdruck in allen Fällen mittels der Be tätigung der Schraubengewinde erzeugt. Es wurde festge stellt, daß kein weiterer Druck erforderlich ist als der Druck, der durch das Zusammenschrauben der Schraubenge winde erhalten wird.

Beispiel XIV

Es wurden Versuchsproben wie jeweils in den Beispielen I bis XIII beschrieben hergestellt und es wurden die gleichen Verfahrensweisen wie in Beispiel I beschrieben angewendet mit der Ausnahme, daß anstelle von Kupfer eine kupferreiche Legierung als Metallzwischenschicht benutzt wurde. Es wurden die gleichen vorteilhaften Er gebnisse mit diesen Versuchsproben erhalten.

Als geeignetes Zwischenschichtmaterial können anstelle von Kupfer oder kupferreichen Legierungen auch andere Metalle und Legierungen verwendet werden.

Claims

1. Verbundaufbau aus wenigstens zwei Metallteilen, die unter Verwendung einer Metallzwischenschicht zwischen den zu verbindenden Flächen der Teile durch eutektische Diffusion miteinander verbunden sind und deren eines Teil aus einer Al-Legierung und deren anderes Teil aus Aluminium besteht oder die je aus einer Al-Legierung bestehen, wobei die Metallzwischenschicht mit dem Aluminium und/oder den Al- Legierungen ein Eutektikum bildet, in diesen Materialien löslich ist und bei atmosphärischer Temperatur eine we niger stabile Oxydschicht bildet als es diejenige dieser Materialien ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das eine Metallteil der Metallteile (14, 15; 16; 34, 36) aus einer Al-Legierung mit einem Si-Anteil von 10-12% und das andere Metallteil aus Aluminium oder aus einer Al-Legierung mit einem Schmelzpunkt von nicht niedriger als derjenige der Al-Legierung mit dem genannten Si-Anteil besteht.

2. Verbundaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Metallteil aus einer Al-Legierung mit einem niedrigeren Si-Anteil als das genannte eine Metallteil besteht.

3. Verbundaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,, daß das andere Metallteil aus einer Al-Legierung folgender Zusammensetzung besteht: 3,5-4,5% Cu; 1,2-1,7% Mg; 1,8-2,3% Ni; maximal 0,6% Mn; maximal 0,1% Zn; maximal 0,6% Si; maximal 0,6% Fe; maximal 0,2% Ti, maximal 0,1% Zn; maximal 0,05% Pb; maximal 0,05% Sn und Rest Aluminium.

4. Verbundaufbau nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Metallteil aus einer Al-Legierung folgender Zusammensetzung besteht: maximal 0,10% Cu; 0,5 bis 1,2% Mg; 0,7 bis 1,3% Si; maximal 0,5% Fe; 0,4 bis 1,0% Mn; maximal 0,25% Cr und Rest Aluminium.

5. Verbundaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Metallteile aus einer Al-Legierung folgender Zusammen setzung bestehen: 0,7 bis 1,5% Cu; 0,8 bis 1,5% Mg; 10-12% Si; maximal 1,0% Fe; maximal 0,5% Mn; maximal 1,5% Ni; maximal 0,5% Zn; maximal 0,1% Pb; maximal 0,1% Sn; maximal 0,2% Ti und Rest Aluminium.

6. Verbundaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in Form einer Panzerplatte ausgebildet ist, bei der die diffusionsverbundenen Metallteile aus einer Al-Legierung bestehen.

7. Verfahren zum eutektischen Diffusions-Verbinden von wenigstens zwei Metallteilen miteinander, die aus Alu minium und einer Al-Legierung oder je aus einer Al-Le gierung bestehen, unter Verwendung einer Metallzwischen schicht zwischen den Flächen der zu verbindenen Metall teile, wobei die Metallzwischenschicht mit dem Aluminium und/oder den Al-Legierungen ein Eutektikum bildet, in diesen Materialien löslich ist und bei atmosphärischer Temperatur eine weniger stabile Oxydschicht bildet als es diejenige dieser Materialien ist und wobei die Metall teile erwärmt und mit ihren zu verbindenden Flächen auf einandergepreßt werden, zur Herstellung eines Verbund aufbaus nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß wenigstens eines der Teile aus einer Al- Legierung mit einem Si-Anteil von 10-12% und das andere Teil aus Aluminium oder aus einer Al-Legierung mit einem Schmelzpunkt nicht niedriger als derjenige der Al-Legierung mit dem hohem Si-Anteil besteht und daß die Metallteile unter Umgebungsbedingungen oder unter Schutzgas auf einen Tem peraturbereich erwärmt werden, dessen Obergrenze nicht höher als 530°C liegt und dessen Untergrenze durch das Metallteil mit dem niedrigeren Schmelzpunkt bestimmt ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturbereich zwischen 515°C und 530°C angewendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den zu verbindenden Flächen der Metallteile zusam menarbeitende Schraubgewinde vorgeformt werden und daß die Flächen durch das Zusammenschrauben der Gewinde auf einandergepreßt und durch den Diffusionsvorgang mitein ander verbunden werden.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 7, 8 oder 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die miteinander zu verbindenden Flächen mit einem Kontaktdruck innerhalb eines Bereiches von 0,035 MN/m² bis 2,8 MN/m² aufeinandergepreßt werden.