DE3027780C2 - Kaltschweißverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Verbundwerkstoffen durch Kaltschweißverbindung von hochschmelzenden Metallen mit Schmelzpunkten über 1800K und Legierungen hiervon mit Basiswerkstoffen sowie einen nach diesem Verfahren und aus diesen Werkstoffen hergestellten Verbundwerkstoff.

Verbundwerkstoffe der oben beschriebenen Art werden in größerem Maßstab in der Elektrotechnik benötigt. Üblicherweise beträgt hierbei die Stärke der hochschmelzenden Metallschicht nur Bruchteile derjenigen der Basiswerkstoffe und liegt in aller Regel zwischen μΐη und 100 μΐη. Die Basiswerkstoffe sind entweder preiswerte Trägermaterialien für die hochschmelzenden Werkstoffe und/oder durch ihre speziellen physikalischen Eigenschaften ausgezeichnet (beispielsweise: Kupfer und Kupferlegierungen, Nickel und Nickellegierungen). Diese Verbundwerkstoffe werden nach dem Stande der Technik durch aufwendige Warm-Verbindungsverfahren hergestellt.

Vorbedingung für eine befriedigende Verwendung dieser Verbundwerkstoffe ist eine ausreichende Duktilität, die insbesondere durch die Verbindungsphase zwischen dem hochschmelzenden Metall und dem Basiswerkstoff beeinflußt wird.

Die Erfindung gibt ein Verfahren und ein danach hergestelltes Material an, das erlaubt, die beiden Werkstoffe mittels des wirtschaftlichen Kalt-Preßschweißverfahrens bei ausreichender Duktilität und guter Haftung der beiden Werkstoffe aneinander zu verbinden. Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, daß die Verbindungsfläche der hochschmelzenden Metalle mechanisch gesäubert und anschließend mit definierter Eindringtiefe oxidiert, karburiert, nitriert, boriert oder siliziert wird, daß danach die so vorbereitete versprödete Schicht schuppig, ohne Eingriff in das Grundmetall, mechanisch

ίο abgetragen und sodann das hochschmelzende Metall durch Kalt-Preßschweißen mit dem Basiswerkrioff verbunden wird.

Bei den bisherigen Versuchen zum Kalt-Preßschweißverfahren der beiden Werkstoffe wurden die Verbindungsflächen abrasiv behandelt Diese abrasive Behandlung ist stets mit einer, wenn auch oberflächigen, Erwärmung und damit mit einer Oxidaiton verbunden. Diese oxidierte Schicht, mag die Schichtdicke auch sehr gering sein, verhindert eine gute Haftung zwischen den beiden Werkstoffen. Bei dem Verfahren nach der Erfindung hingegen werden die Verbindungsflächen nicht direkt abrasiv behandelt, sondern es wird durch Oxidieren, Karburieren, Nitrieren, Borieren oder Silizieren bewußt eine dünne gleichmäßige Sprödschicht geschaffen, die anschließend mechanisch abgetragen wird. Hierbei hat sich insbesondere das Abbürsten dieser vorbereiteten Schicht bewährt. Es kann davon ausgegangen werden, daß sich diese spröde Schicht insbesondere beim Bürsten in »Schuppen« von dem restlichen Metall löst, ohne daß hierbei eine größere Wärmeentwicklung entsteht. Das sich bei diesem Vorgang bildende Mikrorelief ergibt zudem einen sehr guten Haftgrund. Jedenfalls bleibt die Oberfläche des so bearbeiteten hochschmelzenden Metalls kalt, oxidiert demnach nicht und wird metallisch blank. Damit ist aber auch die Votaussetzung für eine einwandfreie Haltung des Basiswerkstoffes auf dieser blanken Verbindungsfläche gegeben. Die Schichtdicke der vorbereiteten Schicht kann hierbei bis zu 1 Millimeter betragen, wird jedoch vorzugsweise zwischen einigen Atomlagen und 150 μίτι gewählt.

Nach dem Kalt-Preßschweißen muß der Verbundwerkstoff noch einem Glühvorgang unterworfen werden. Dieses Glühen wird bei dem nach der Erfindung hergestellten Verbundwerkstoff nur einmal durchgeführt, um eine unzulässige Vergrößerung der Verbindungszone zwischen dem hochschmelzenden Metall und dem Basiswerkstoff zu vermeiden. Bei weiteren Glühvorgängen, die zur Bearbeitung des Verbundwerkstoffes notwendig sind, soll nach der Erfindung die Glühtemperatur und die Glühzeit für die Verbindungszone so gewählt werden, daß sie unterhalb der Rekristallisationsbedingungen der hochschmelzenden Metalle liegt.
Insgesamt ergibt sich hiermit ein Verbundwerkstoff, bestehend aus einem hochschmelzenden Metall, das mit einem Basiswerkstoff verbunden ist, der eine praktisch porenfreie duktile Kaltschweiß-Verbindungsschicht aufweist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Verbundwerkstoffen durch Kaltschweißverbindung von hochschmelzenden Metallen mit Schmelzpunkten über 1800 K und Legierungen hiervon mit Basiswerkstoffen, dadurch gekennzeichnet,

daß die Verbindungsfläche der hochschmelzenden Metalle mechanisch gesäubert und anschließend mit definierter Eindringtiefe oxidiert, karburiert, nitriert, boriert oder siliziert wird, daß danach die so vorbereitete versprödete Schicht schuppig, ohne Eingriff in das Grundmetall, mechanisch abgetragen und sodann das hochschmelzende Metall durch Kalt-Preßschweißen mit dem Basiswerkstoff verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Oxidieren, Karburieren, Nitrieren, Borieren oder Silizieren so durchgeführt wird, daß sich eine Schichtstärke bis zu einem Millimeter, vorzugsweise jedoch von einigen Atomlagen bis zu 150 μπι ergibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das mechanische Abtragen der vorbereiteten Schicht durch Bürsten erfolgt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungszone nach dem Kalt-Preßschweißen lediglich einmal teil-rekristallisierend geglüht wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Glühen der verbundenen Metalle, mit Ausnahme des ersten Glühens, die Glühtemperatur und Glühzeit für die Verbindungszone unterhalb der Rekristallisationsbedingungen der hochschmelzenden Metalle gehalten wird.