DE3239206A1 - Verbessertes plattierungsmaterial - Google Patents
Verbessertes plattierungsmaterialInfo
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Description
PATEMJ-TAW WÄ:Lf J=- " :..:.;;.
KLAUS D. KIRSCHNER WOLFGANG GROSSE
DIPL.-PHYSIKER D I P L.-I N G E N I E U R
ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPAISCHEN PATENTAMT
Nippon Gakki Seizo Kabushiki herzog-wilhelm-str. π
Kaisha, D-8 MÜNCHEN 2
Hamamatsu, Japan · ihr zeichen:
: S 4 714 Gs/Ha/CG
DATUM: 22. Oktober 1982
Verbessertes Plattierungsmaterial
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Plattierungsraaterial (tiber2ugsmaterial) , sie betrifft insbesondere eine Verbesserung
des Aufbaus eines Plattierungsmäterials vom Ni-Ti-Typ,
das Kern- und Hüllenkomponenten umfaßt.
Ein Plattierungsmaterial vom Ni-Ti-Typ ist in der Regel aus einem Metallkern auf Ti-Basis und einem Metallüberzug oder
einer Metallhülle auf Ni-Basis aufgebaut. Das Ti-Basismetall
hat in der Regel ein geringes Gewicht, eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit und gute Bearbeitbarkeit, während das
Ni-Basismetall sich ausgezeichnet eignet zum Löten (Hartlöten)
und zum Plattieren unter Erzielung eines schönen Oberflächenglanzes.
Dank der Kombination dieser Vorteile der Komponentenmetalle hat man angenommen, daß sich Plattierungsmaterialien
vom Ni-Ti-Typ gut eignen für die Herstellung von Brillengestellen, Uhrenbändern und anderen dekorativen
Accessoires. In der Praxis sind jedoch bei der Verwendung des Plattierungsmäterials vom Ni-Ti-Typ für diese Zwecke
verschiedene Probleme aufgetreten.
Erstens muß das Material für die vorgenannten Verwendungszwecke nach dem Glühen einer plastischen Verformung (Bearbeitung)
, beispielsweise durch Walzen und Ziehen, einer
mechanischen Bearbeitung, beispielsweise durch Schleifen, Loten (Hartlöten) und Plattieren, unterworfen werden. Für
diese Bearbeitungen weisen jedoch die Ni-Cr-Legierungen, die für die Metallhülle auf Ni-Basis verwendet werden, in
der Regel eine schlechte plastische Verformbarkeit (Bearbeitbarkeit)
auf. Um nun die Plattierung mit dem Metall- ^O kern auf Ti-Basis und die nachfolgende plastische Verformung
bzw. Bearbeitung zu ermöglichen, müssen die Ni-Cr-Legierungen bei Temperaturen von 6OO°C oder höher geglüht
werden. Beim Erhitzen auf derart hohe Temperaturen entstehen
an der Grenze zwischen dem Kern und der Hülle interne
metallische Verbindungen, wie z.B. Ti2Ni, TiNi und TiNi-.,
die zu einer Trennung zwischen den beiden Komponenten und zu einer Verringerung der Lötfestigkeit führen.
Ferner ermöglicht die alleinige Verwendung von Ni für die
on Hülle ein Glühen bei verhältnismäßig tiefen Temperaturen,
wodurch mit Erfolg das vorstehend beschriebene Problem der Bildung einer intermetallischen Verbindung vermieden
werden kann. Die zu weiche und duktile Natur des Ni verbindet sich jedoch mit der vorwiegenden Streckung der Ni-Hülle,
verglichen mit dem Verhalten des Ti-Kerns, während
der plastischen Verformung, insbesondere beim Ziehen, wodurch eine Störung des Plattierungsverhältnisses und/oder
ein Festfressen an den Ziehdüsen hervorgerufen wird. Außerdem verhindert beim Auswalzen von quadratischen Stäben die
leichte Streckung der Ni-Hülle eine korrekte Produktion der gewünschten quadratischen Stäbe oder erfodert mindestens
eine schwierige und komplizierte Kontrolle der Walzbedingungen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, die vorste-35
hend genannten, den konventionellen Plattierungsmaterialien
vom Ni-Ti-Typ eigenen Nachteile zu beseitigen»
Gemäß dem Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung wird für die Hülle oder den überzug des Plattierungsmaterials eine
Legierung auf Ni-Basis verwendet, die geringe Mengen Cu und Cr enthält. Das erfindungsgemäße Plattierungsmaterial
umfaßt insbesondere eine Metallkernplattierung auf Ti-Basis mit einem Metallüberzug auf Ni-Basis, der 75 bis 98
Gew.-% Ni, 0,5 bis 20 Gew.-% Cu und 0,1 bis 5 Gew.-% Cr enthält.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Brillengestells, für das das erfindungsgemäße Plattierungsmaterial
mit Vorteil verwendet werden kann;
Fig. 2 ein Diagramm, das die Abweichung der Härte nach der Bearbeitung von Legierungen auf Ni-Basis für
die Hülle, die außerhalb des Rahmens der vorlie-2Q genden Erfindung liegt, gegenüber dem Ti für den
Kern zeigt;
Fig. 3 ein Diagramm, das die Abweichung der Härte nach dem Glühen von Legierungen auf Ni-Basis für die
2c Hülle, die außerhalb des Rahmens der vorliegenden
Erfindung liegt, gegenüber dem Ti für den Kern zeigt;
Fig„ 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem
Prozentsatz der Bearbeitung (Verformung) und der
Härte nach der Bearbeitung (Verformung) verschiedener Materialien, die gemäß einem Beispiel der
Erfindung hergestellt worden sind, zeigt; und
Fig. 5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der 35
Glühtemperatur und der Härte nach dem Glühen für verschiedene Materialien, die nach dem vorstehend
beschriebenen Beispiel der Erfindung hergestellt worden sind, zeigt.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand bevorzugter Ausführungsformen
näher erläutert.
Für die Hülle oder den überzug des erfindungsgemäßen Plattierungsmaterials
werden nicht nur reines Ti, sondern auch Legierungen, die Ti als Hauptkomponente enthalten, verwendet.
Derartige Legierungen auf Ti-Basis enthalten Ti zusammen mit einem oder mehreren der Metalle Al, V, Mn, Fe,
Cu, Mo, Cr und W. Vorzugsweise sollte der Ti-Gehalt in der Legierung 90 Gew.-% oder mehr betragen. Wenn der Ti-Gehalt
unter 90 Gew.-% liegt, ist keine ausreichende plastische Verformbarkeit bzw. Bearbeitbarkeit zu erwarten
und seine Eigenschaften als Leichtmetall gehen, je nach
Art der anderen zugesetzten Komponente, verloren.
Die Legierung auf Ni-Basis für die Hülle enthält 0,5 bis 20 Gew.-% Cu und 0,1 bis 5 Gew.-% Cr. Eine typische bevorzugte
Legierung auf Ni-Basis enthält 85 bis 98 Gew.,-% Ni,'
0,8 bis 10 Gew.-% Cu und 0,1 bis 5 Gew.-% Cr.
Durch Zusatz von Cu kann der Legierung auf Ni-Basis eine plastische Verformbarkeit bzw. Verarbeitbarkeit verliehen
werden, die in etwa gleich derjenigen der Legierung auf Ti-Basis für den Kern ist, selbst wenn das Glühen bei Tempera-O5
türen unter 600°C durchgeführt wird ohne Bildung der unerwünschten
intermetallischen Verbindung. Wenn der Cu-Gehalt unter 0,5 Gew.-% liegt, ist keine merkliche Verbesserung
der plastischen Verformbarkeit bzw. Bearbeitbarkeit zu erwarten. Bei einem Cu-Gehalt von mehr als 20 Gew.-% tritt
neben der geringen Beständigkeit gegen Korrosion eine 3U
schlechte Verformbarkeit (Bearbeitbarkeit) auf. Der Cu-Gehalt sollte insbesondere innerhalb des Bereiches von
1 bis 10 Gew.-% liegen.
Durch Zugabe von Cr werden die Härte, die elastische Natur ·
und die Beständigkeit gegen Korrosion der Legierung auf Ni-Basis für die Hülle verbessert, so daß ihre Bearbeitungs
härtungseigenschaften sich denjenigen des Kerns auf Ti—
Basis nähern. Der Cr-Gehalt liegt innerhalb eines Bereiches
von 0,1 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise von 0/5 bis 3 Gew.-%. Es ist kein signifikanter Effekt zu beobachten,
wenn der Cr-Gehalt unter 0,1 Gew.-% liegt, und bei einem Cr-Gehalt über 5 Gew.-% tritt ein entsprechender Anstieg
der Glühtemperatur auf, der zur Bildung von unerwünschten intermetallischen Verbindungen führt.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Plattxerungsmaterials
vom Ni-Ti-Typ sind verschiedene bekannte Verfahren anwendbar. Bei einem Verfahren wird eine Legierungsplattierung
auf Ti-Basis sandwichartig zwischen einem Paar Legierungsplatten auf Ni-Basis eingeschlossen und die Kombination
wird warmgewalzt. Insbesondere zur Herstellung eines 5 Plattierungsmaterials vom Ni-Ti-Typ, das für Brillengläser
verwendet werden soll, wird ein zylindrischer Körper aus ' einem Metallkern auf Ti-Basis und einer Metallhülle auf
Ni-Basis warm-extrudiert, warm-gezogen oder warm-gewalzt.
Dieses Verfahren ist auch anwendbar, um ein geglühtes 2Q Material warm oder kalt zu extrudieren, zu ziehen oder
zu walzen.
Das Glühen (Tempern) wird in einer Atmosphäre aus einem nicht-oxidierbaren Gas, wie Ar, N oder H, bei einer Tem-2c
peratur innerhalb des Bereiches von 480 bis 56O°C 10 bis
20 Minuten lang durchgeführt. Nach dem Glühen (Tempern) wird das Material weiteren Bearbeitungen unterworfen, beispielsweise
einer plastischen Verformung (Bearbeitung), einer mechanischen Bearbeitung, einem Löten und Plattieren.
Brillengläser sind ein typisches Beispiel, für welche das erfindungsgemäße Plattierungsmaterial vom Ni-Ti-Typ
höchst vorteilhaft verwendet werden kann. Ein Beispiel für ein solches Brillengestell ist in der Fig. 1 gezeigt,
in der das Brillengestell besteht aus einem Paar Rahmen 1,
35
von denen jeder eine Linse festhält, einer die Rahmen 1
verbindenden Brücke 2, einem Paar Bügel 3, die sich von den damit verbundenen Rahmen 1 nach hinten erstrecken, und
Auf lageplättchen 4, die an den Außenkanten der Rahmen 1
befestigt sind.
Zuerst wird ein stabförmige» oder hohles zylindrisches
Plattierungsmaterial in einer nicht-oxidierenden Gasatmosphäre erhitzt, um es zu glühen. Zum lokalen Erhitzen
wird zweckmäßig ein Hochfrequenzinduktionserhitzen angewendet. Dann wird das geglühte Plattierungsmaterial· kalt
oder warm gezogen oder extrudiert zur Herstellung eines Plattierungsdrahtmaterials. Der Warm-Prozeß wird in der
Regel bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von 450 bis 500°C durchgeführt. Durch geeignete Veränderung
der Gestalt der Düse (Form) oder durch Walzen oder Stauchen können Plattierungsmaterialien mit verschiedenen spezifisehen
Querschnittsprofilen hergestellt werden.
Das auf diese Weise erhaltene Plattierungsmaterial wird
dann in der erforderlichen Weise gebogen und/oder geschliffen, um die vorgenannten Teile eines Brillengestells zu
formen. Diese Teile werden schließlich durch Verlöten miteinander vereinigt oder mittels Gelenkverbindungen aneinander
befestigt. Um dem Brillengestell ein luxuriöses Aussehen zu verleihen, kann außerdem eine Edelmetallplattierung
aufgebracht werden.
Erfindungsgemäß wird ein Metallkern auf Ti-Basis mit
einer Metallhu^e auf Ni-Basis einer spezifischen Zusammensetzung
kombiniert, um die Glüheigenschaften und die plastische Verformbarkeit (Bearbeitbarkeit) beider Materialien
3Q gut aufeinander abzustimmen, und das dabei erhaltene Plattierungsmaterial
dient als Leichtmetall, das ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist.
Die in den Fig. 2 und 3 der beiliegenden Zeichnungen angegebenen experimentellen Daten rechtfertigen die vorstehenden
Ausführungen. Zur Erläuterung sind zwei Arten von Metallhüllen
auf Ni-Basis, die außerhalb des Rahmens der vor-
239206
liegenden Erfindung liegen, im Vergleich zu einem Metallkern auf Ti-Basis in Bezug auf ihre Härte nach der Verformung
bzw. Bearbeitung und nach dem Glühen dargestellt. Die Kurve (χ-χ). steht für eine Metallhülle auf Ni-Basis
mit übermäßig hohem Cr-Gehalt, in der 86 Gew.-% Ni mit 4 Gew.-% Cu und 10 Gew.-% Cr kombiniert sind. Die Kurve
(. - .) steht für eine Ti-Metallhülle. Die Kurve (o o)
steht für eine Metallhülle auf Ni-Basis mit einem übermäßig hohen Cu-Gehalt, in der 71 Gew.-% Ni mit 25 Gew.-%
Cu und 4 Gew.-% Cr kombiniert sind. Aus diesen Daten ist eindeutig zu entnehmen, daß ein übermäßiger Gehalt an
den zusätzlichen Komponenten zu einer deutlichen Abweichung der mechanischen Eigenschaften der resultierenden
Metallhülle auf Ni-Basis von denjenigen des Metallkerns auf Ti-Basis führt und daß diese Abweichung natürlich
eine schlechte Koordination zwischen den das Plattierungs™ material vom Ni-Ti-Typ aufbauenden beiden Komponenten mit
sich bringt.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Zum Vergleich wurden reines Ti, reines Ni, eine erfindungsgemäße Legierung auf Ni-Basis für die Hülle (95 Ni-4Cu-1Cr)
und eine typische konventionelle Legierung auf Ni-Basis (90 Ni-IOCr) verwendet. Aus diesen Materialien wurden
Stäbe mit einer Länge von 1000 mm und einem Durchmesser von 20 mm hergestellt und eine Stunde lang in einer Ar-Atmosphä
re bei 500°C geglüht« Nach dem Glühen wurden die Stäbe um 10 bis 80 % gezogen. Der Prozentsatz der Verformung
(Bearbeitung) ist gegeben durch (SQ-S..) /S0 χ 100, wobei
S0 die Querschnittsoberflächengröße vor dem Ziehen und S1
gg die Querschnittsoberflächengröße nach dem Ziehen darstellen.
Die Vickers-Härte des Stabes aus jedem Material nach dem
Ziehen ist in der Fig. 4 in Abhängigkeit von variierenden
Prozentsätzen der Verformung (Bearbeitung) im Vergleich
zu derjenigen nach dem Glühen angegeben.
Nach dem Ziehen wurde jeder Stab mit einer 80 %igen Verformung
(Bearbeitung) in einer Ar-Atmosphäre eine Stunde lang einem weiteren Glühen bei 400 bis 600°C unterworfen.
Die Vickers-Härte jedes Stabes nach dem Glühen ist in der Fig^ 5 bei verschiedenen Glühtemperaturen im Vergleich
IQ zu derjenigen nach dem Ziehen angegeben.
Die in den Zeichnungen dargestellten Ergebnisse zeigen eindeutig, daß die erfindungsgemäße Ni-Cu-Cr-Legierung
für die Hülle Verformungs- bzw. Bearbeitungs- und Glühei- ^g genschaften aufweist, die denjenigen von Ti für den Kern
sehr nahe kommen.
_ Ein Stab aus reinem Ti (Kern) mit einem Durchmesser von
50 mm und einer Länge von 1000 mm wurde auf der äußeren Oberfläche geschliffen und in die geschliffene axiale
Bohrung eines Rohres aus der Legierung 95 Ni-4Cu-1Cr (Hülle) mit einem äußeren Durchmesser von 55,5 mm, einer
Dicke von 2,7 mm und einer Länge von 1000 mm eingeführt.
25
Auf der inneren Oberfläche wurde ein Eisenrohr mit einem
äußeren Durchmesser von 70,5 mm und einer Dicke von 7,3 mm mit Aluminiumoxid-Pulver beschichtet, um die Trennung
zu erleichtern, und auf das vorstehend beschriebene, den Ti-Stab umgebende Legierungsrohr aufgeschoben. Die
Kombination wurde mit einer Düse mit einem Innendurchmesser von 70,0 mm gezogen» Das Glühen bei 5000C für 1 Stunde
und das Drahtziehen wurden abwechselnd 10 mal wiederholt, wobei ein Plattierungsdrahtmaterial mit einem Außendurchmesser
von 2,6 mm erhalten wurde. Das Umhüllungsverhältnis 35
in der Querschnittsfläche betrug 20 %„
Das gleiche Verfahren wurde durchgeführt unter Verwendung
von reinem Ni und einer Legierung 90 Ni-10 Cr und es wurden
drei Typen von Plattierungsmaterialien erhalten.
Jedes Plattierungsmaterial wurde eine Stunde lang bei 5OO°C geglüht, unter Verwendung von Spindelöl zum Schmieren
bis auf einen Außendurchmesser von 2,0 mm ausgezogen und dann bis auf einen Außendurchmesser von 1,5 mm kalt
geschmiedet.
Q Das Ausmaß des Festfressens der Plattierungsmaterialien
beim Drahtziehen und das Ausmaß der Dickenabweichung wurden bestimmt und sind in der folgenden Tabelle I angegeben.
Fest fressen in % ) |
Tabelle I | Bemerkungen | |
Hüllen material |
83 5 0 |
Dickenabweichung ++) in % |
Vergleichsbeispiel Vergleichsbeispiel mit starker Trennung erfindungsgemäßes Beispiel |
Ni 9ONi-IOCr 95Ni-4Cu- 1Cr |
36 14 15 |
||
Das Ausmaß des Festfressens ist dargestellt durch den
Prozentsatz des Auftretens des Festfressens beim Drahtziehen
Das Ausmaß der Dickenabweichung ist gegeben durch die folgende Formel:
(maximale Dicke - minimale Dicke)/maximale Dicke χ
Durch Pressen wurde jedes Plattxerungsdrahtmaterial mit einem Durchmesser von 1,5 mm zu einem flachen, 0,7 mm
dicken und 3,2 mm breiten Band verformt. Ein Ende des Bandes wurde fixiert und an einem Punkt in einem Abstand von
100 mm von dem fixierten Ende wurde eine Belastung aufgelegt, bis sich das Band über 50° bog. Nach der Wegnahme
der,Belastung wurde der Durchbiegungswinkel Θ gemessen,
um seinen Federwert wie nachstehend angegeben daraus zu errechnen, wobei die in der folgenden Tabelle II angege-
gebenen Ergebnisse erhalten wurden:
Federwert = (50-θ) / 50 χ 100
Hülle
10
Ni
95NX-4CU -1Cr
Oberflächenbedeckungs- Federwert Verhältnis der Hülle
in %
18 36
18 52
15 20 25 30 35
Leerseite
Claims (4)
- '"■■■y.-Ί f-.'χν 3233206Patentansprüche11. Plattierungsmaterial, gekennzeichnet durcheinen Metallkern auf Ti-Basis und einen den Metallkern auf Ti-Basis plattierenden Metallüberzug auf Ni-Basis, der 75 bis 98 Gew.-% Ni, 0,5 bis 20 Gew.-% Cu und 0,1 bis 5 Gew.-% Cr enthält.
- 2. Plattierungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkern auf Ti-Basis mindestens 90 Gew.-I Ti enthält.
- 3. Plattierungsmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkern auf Ti-Basis außerdem mindestens eine Komponente aus der Gruppe Al, Vf Mn, Fe, Cu, Mo, Cr und W enthält.
- 4. Plattierungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallüberzug auf Ni-Basis 85 bis 98 Gew.-I Ni, 0,8 bis 10 Gew.-I Cu und 0,1 bis 5 GeWc-% Cr enthält.
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