DE2841446C2

DE2841446C2 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers

Info

Publication number: DE2841446C2
Application number: DE2841446A
Authority: DE
Inventors: Jean Benken Hardt; Herbert Feuerthalen Zulauf
Original assignee: Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1978-06-15
Filing date: 1978-09-23
Publication date: 1982-08-19
Also published as: ES481399A0; IT1121797B; GB2023665A; BE876981A; CH632437A5; ES8100355A1; BR7903779A; DE2841446A1; YU140879A; IT7923538A0; SE7905255L; FR2428495A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers durch Beschichten eines Metallteiles mit einer Leichtmetallgußschicht unter Zwischenschaltung einer aufgespritzten Zwischenschicht aus Leichtmetall.

Unter Verbundguß versteht man ein Verfahren, durch das zwei Metalle — das eine im erstarrten, das andere im flüssigen Zustand — derart miteinander in Berührung gebracht werden, daß zwischen den beiden Metallen eine Diffusionszone und damit ein ununterbrochener metallischer Übergang, d. h. eine metallische Bindung, von dem einen zum andern Metall entsteht.

Gießverfahren, mit deren Hilfe eine mechanische Verklammerung in Oberflächenunebenheiten des festen Teils mit dem ein- oder angegossenen Teil erzielt wird, wodurch eine mechanisch befriedigende Verbindung erzielt werden kann, gelten nicht als Verbundguß gemäß obiger Definition.

Mit Aluminium beschichtete Verbundgußteile aus Stahl sind für eine Reihe von technischen Verwendungen benutzt worden, in denen die bessere Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums und die höheren mechanischen Werte bei erhöhten Temperaturen der Eisenwerkstoffe ausgenutzt werden.

Es ist bekannt, Zwischenschichten aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen zur Verbesserung der Verbundhaftung anzubringen. Dabei sind unter anderem die Verfahren des Flammspritzen, Aufdampfens, Tauchens oder Walzplattieren mit Aluminium angewendet worden.

Diese bekannten Verfahren weisen jedoch die

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es folgenden Nachteile auf:

— Bei der Tauchbeschichtung muß das Werkstück mehrmals in das flüssige Aluminium getaucht werden, d. h. das Verfahren ist aufwendig und außerdem nicht oberflächenspezifisch, weil die ganze Oberfläche des Werkstücks beschichtet wird.

— Mit dem Flammspritzen können nur geringe Leistungen erzielt werden, außerdem ist ein Einbrennvorgang notwendig.

Das Walzplattieren ist nur bei einfachen geometrischen Formen möglich und daher in den Anwendungsmöglichkeiten stark eingeschränkt
Das Aufdampfen ist sehr teuer und deshalb in der Praxis kaum anwendbar.

Die DE-PS 7 60193 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von aus Stahl und Leichtmetall zusammengesetzten Motorzylindern, bei denen der Stahlkörper zunächst aufgerauht oder gewellt, dann durch Aufspritzen mit einer dünnen Leichtmetallschicht überzogen und anschließend mit dem Leichtmetall umgössen wird. Hierbei muß der gesamte Stahlkörper mit einer Leichtmetallschicht ummantelt werden, da nur so eine mechanische Verbindung mit einer gewissen Haftfestigkeit entstehen könnte.

Angesichts dieser Gegebenheiten haben sich die Erfinder die Aufgabe gestellt, ein Verfahren der eingang;, erwähnten Art zu schaffen, bei welchem die Zwischenschicht auf einfache und wirtschaftliche Weise mit großer Haftfestigkeit aufgebracht werden kann und durch welches die vorstehend genannten Nachteile beseitigt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zwischenschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch Hochtemperaturspritzen gebildet und mit dem Metallteil durch Diffusion metallisch verbunden wird, wonach auf die Zwischenschicht die Gußschicht aus einer Aluminiumlegierung gegossen wird.

Für die Herstellung der Zwischenschicht wird vorteilhafterweise das Lichtbogen- oder Plasmaspritzverfahren angewendet. Als Spritzgut können beispielsweise Reinaluminium (99,5), Aluminium-Magnesiumoder Aluminium-Siliziumlegierungen eingesetzt werden.

Das Spritzgut wird mit einer Schichtdicke von 50—200 μίτι, vorzugsweise 100 — 150 -im auf ein Metallteil aufgetragen, welches vorzugsweise aus Stahl, Grauguß, Temperguß, Sphäroguß, Buntmetallen, Aluminium oder Aluminiumlegierungen besteht.

Das Aufgießen einer Aluminiumlegierung auf die Zwischenschicht erfolgt nach einem an sich bekannten Gießverfahren, wie Kokillen-, Niederdruck- oder Druckguß, nachdem das mit der Zwischenschicht versehene Metallteil auf eine Temperatur von 200 bis 300° C erwärmt worden ist. Mit einer solchen Wärmebehandlung wird die Diffusion zwischen den verschiedenen Metallen wesentlich verbessert.

Als Aluminiumgußlegierungen können Aluminium-Silizium-, Aluminium-Silizium-Magnesium-, Aluminium-Magnesium-, Aluminium-Silizium-Kupfer- oder Aluminium-Mangan-Eisenlegierungen auf die Zwischenschicht aufgegossen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Herstellen von Halb- oder Fertigfabrikaten. Es können Verbundgegenstände aus den oben erwähnten Materialkombinationen hergestellt werden,

die zum Beispiel wegen ihrer Formgestaltung, ihren technischen Anforderungen oder der Wirtschaftlichkeit nach bisher üblichen Verfahren nicht oder nur sehr schwierig hergestellt werden könnten. Darunter fallen beispielsweise Edelstahlkochgeräte mit Aluminiumkompensationsböden. Bügeieisensohlen, Kochherdplatten mit verschleißfester EdelstahlabdecVung, Automobilräder usw.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen 200fach vergrößerten Schliff einer Schnittstelle eines Stahl-Aluminiumverbundgußteils;

F i g. 2 einen Schliff eines Schnittes dui ch das um 110° gebogene Verbundgußteil von F i g. 1;

Fig.3 einen Querschnitt durch einen Teil eines Stahl-Aluminium-Verbundgußrades für Kraftfahrzeuge.

Die Abbildung eines 200fach vergrößerten Schliffs nach Fig. 1 gibt einen Schnitt durch ein 0,8mm dickes Blech 10 aus rostfreiem Stahl 18/8 mit einer ca. 100 μπι dicken aufgespritzten Zwischenschicht 11 aus Aluminium (99,5) wieder, auf die im Druckgußverfahren eine Aiuminium-Mangan-Eisenlegierung aufgegossen wurde. An diesem Schliff wird die Verbindung zwischen dem Stahlblech 10 und der Zwischenschicht 11 einerseits sowie der Zwischenschicht 11 mit der Aluminiumdruckgußlegierung 12 anderseits deutlich. Stahlblech 10 und Zwischenschicht 11 sind metallisch bzw. durch eine Diffusionsbindung verbunden, die Zwischenschicht 11 mit der Aluminiumdruckgußlegierung 12 hingegen durch eine mechanische Verbindung und teilweises Aufschmelzen beider Schichten 11,12.

Das Versuchsteil ist 20ma! auf 450⁰C erwärmt und an der Luft wieder abgekühlt worden, ohne daß eine

ίο Veränderung im Schliffbild festgestellt werden kann.

Ein dem Schliff in Fig. 1 zugrunde liegendes Verbundteil wurde — mit gleichem Aufbau — in Richtung zur Zeichnungsebene um 110° gebogen. Wie der Schliff der Fig. 2 bestätigt, hat dabei keine

ΐ5 Ablösung stattgefunden, auch sind keine Anrisse festzustellen; zwischen dem Stahlblech 10 und der Zwischenschicht 11 wird nicht — wie dies bei anderen Verfahren der Fall ist — eine spröde Zone gebildet und es entsteht ein guter Verbund.

Eine Stahlfelge 14 nach Fig. 3 ist teilweise mit einer Zwischenschicht 15 auf dem Wege des Hochtemperaturspritzens beschichtet. Auf diese Zwischenschicht 15 wurde im Druckgußverfahren eine Radschüssel 14 aufgegossen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Verbundkörpers durch Beschichten eines Metallteilen mit einer Leichtmetallgußschicht unter Zwischenschaltung einer aufgespritzten Zwischenschicht aus Leichtmetall, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (11, 15) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch Hochtemperaturspritzen gebildet und mit dem Metallteil (10, 14) durch Diffusion metallisch verbunden wird, wonach auf die Zwischenschicht die Gußschicht (12, 15) aus einer Aluminiumlegierung gegossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (11, 15) aus .Reinaluminium, Aluminium-Magnesium- oder Aluminium-Siliziumlegierungen mittels Lichtbogenoder Plasmaspritzens auf den Metalkeil (10) aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (11) in einer Dicke von 50—200 μΐη, vorzugsweise 100—150 μΐη, aufgespritzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Zwischenschicht (11) versehene Metallteil (10) auf eine Temperatur von 200 bis 300° C erwärmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Zwischenschicht (11) die Gußschicht (12) aus einer Aluminium-Silizium-, Aluminium-Silizium-Kupfer- oder Aluminium-Mangan-Eisenlegierung mittels Kokillen-, Niederdruck- oder Druckguß aufgebracht wird.