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Verfahren zur Verbindung mehrerer Metalle durch Legierung oder Verschweißung
an der Berührungsfläche. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, um Metalle,
die sich schwer oder nicht miteinander legieren oder verschweißen lassen, miteinander
zu vereinigen.
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Man hat bereits versucht, Metalle miteinander zu verbinden, beispielsweise
dadurch, daß man sie durch Hämmern oder Walzen bei höher Temperatur verschweißt,
z. B. bei der HeYstellung von nickelplattierten Eisenplatten, oder indem man auf
eine Grundplatte aus dem einen Metall eine Schicht des anderen Metalls aufgießt,
z. B. bei der Herstellung von Verbundpanzerplatten.
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In allen diesen Fällen ist die einwandfreie Verbindung der beiden
Metalle sehr schwierig, weil ihre Verbindung nicht mit Sicherlieit an allen Stellen
gleichmäßig 'eintritt. Selbst reine Metalle verbinden sich bei hoher Temperatur
häufig schlecht miteinander, -auch wenn man die Oberfläche mit größter Sorgfalt
gereinigt hat.
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Für einzelne Fälle ist bereits vorgeschlagen worden, die Verbindung
zweier sich schlecht V'erbindender Metalle durch ein drittes Metall zu bewerkstelligen,
mit dem man zunächst dass Grundmetall überzieht, und auf dem dann die aufzubringende
Metallschicht besser haftet als auf dem Grundmetall unmittelbar.
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Gemäß der Erfindung wird nun als solches die Vereinigung der beiden
miteinander zu verbindenden Metalle vermittelndes Metall ein Metall der Alkali-
oder Erdalkaligruppe benutzt. Die Verwendung dieser Metalle gestattet in sehr weitem
Umfange, die verschiedenartigsten Metalle, die sich sonst schlecht oder gar nicht
vereinigen lassen, miteinander zu verbinden. Die Auswahl des Metalls richtet sich
nach seiner Fähigkeit, mit den beiden zu vereinigenden Metallen Legierungen zu bilden,
die nicht ein sprödes, sondern ein zähes Gefüge haben.
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In manchen Fällen bildet z. B. Natrium mit dem in Frage kommenden
Metall eine spröde Legierung, und man muß alsdann, je nach dem Einzelfall, Kalium,
Lithium, Kalzium, Barium oder Strontium wählen.
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Die Ausführung des Verfahrens geschieht in der Weise, daß man auf
das Grundmetall das Alkali- oder Erdalkalimetall aufbringt und so einen Überzug
aus einer Legierung des Grundmetalls mit dem betreffenden Alkali- oder Erdalkalimetall
herstellt, und alsdann das zweite Metall aufgießt, wobei es sich seinerseits mit
der Legierungsschicht und somit auch mit dem Grundmetall verbindet. Hierdurch wird
dann die gewünschte dauerhafte Verbindung hergestellt.
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Die Herstellung des Alkali- oder Erdalkalimetallüberzuges auf dem
Grundmetall kann in verschiedener Weise geschehen.
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r. A r b e i t s w e i s e. Man gießt das geschmolzene Alkali- oder
Erdalkalimetali auf das zu behandelnde Grundmetall; das aufgegossene Metall verteilt
sich in kurzer Zeit auf der gesamten Oberfläche und bildet mit dem Grundmetall die
Legierungshaut. Es ist hierbei darauf zu achten, daß kein freies
Alkali-
oder Erdalkalimetall an der Oberfläche haftenbleibt, weil sich dieses mit dem später
aufzugießenden Überzugsmetall legieren und unter Umständen dessen Witterungsbeständigkeit
herabsetzen würde.
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z. A r b e i t s w e i s e. Der zu überziehende Gegenstand wird als
Kathode in ein Bad zur feuerflüssigen Elektrolyse gebracht und das betreffende Alkali-
oder Erdalkalimetall darauf niedergeschlagen. Die Kathode wird vor dem Einhängen
in das Bad auf eine Temperatur von etwa Soo° gebracht. Diese Temperatur wird bei
den verschiedenen Metallen verschieden gewählt. Das niedergeschlagene Metall bildet
mit der Kathode eine Legierung, und man setzt die Behandlung so lange fort, bis
freies Alkali- oder Erdalkalimetall an der Oberfläche sichtbar wird.
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3. A r b e i t s w e i s e. DasAlkali-oderErdalkalimetall wird auf
das Grundmetall aufgetragen und sofort eine geringe Menge eines anderen Metalls
oder Metallsalzes, beispielsweise Zinn oder Kochsalz, darübergegossen. Dieses andere
Metall oder das Salz dient als Schutzschicht, die eine Verbrennung des freien Alkali-
öder Erdalkalimetalls verhindert und ihm Zeit läßt, sich mit dem Grundmetall innig
zu verbinden. Hierdurch wird es ermöglicht, eine dickere Legierungsscfiicht herzustellen.
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Natürlich ist diese Arbeitsweise nur möglich, wenn die Anwesenheit
des Schutzmetalls in dem zur Verwendung gelangenden Deckmetall unschädlich ist oder
das Deckmetall schon selbst das betreffende Schutzmetall enthält.
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In allen Fällen muß darauf geachtet werden, daß das Alkali- oder Erdalkalimetall
nur an den Stellen zur Wirkung kommt, wo Grundmetall und Deckmetall miteinander
verbunden werden sollen. In geringen Mengen sind nämlich die Alkali- oder Erdalkalimetalle
in vielen Metallen löslich und verursachen eine Herabsetzung von deren Luftbeständigkeit.
Wird jedoch die Einwirkung auf die Verbindungsstellen beschränkt, so verteilt sich
die geringe Menge Alkali- oder Erdalkalimetall auf die beiden zu vereinigenden Metalle
und wird durch diese gegen äußere Einwirkungen geschützt.-Es ist nicht immer erforderlich,
die Berührungsflächen vor der Vereinigung beider Metalle mit dem Alkali- oder Erdalkalimetall
zu behandeln. Wenn es sich beispielsweise um die Vereinigung eines Rohres mit einem
aufgesetzten Ring oder um das Überziehen kurzer Stäbe mit Röhren handelt, so genügt
es, die erhitzten Gegenstände in ein Bad aus dem geschmolzenen Alkali- oder Erdalkalimetall
vorsichtig an einem Ende einzutauchen,. worauf dieses . Metall durch Kapillarwirkung
aufsteigt und den nötigen Überzug bzw. die Verbindung der beiden zu vereinigenden
Stücke hervorbringt.
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Die Erfindung kann auch dazu benutzt werden, Metalle zu löten, indem
man an der Lötfuge auf dem zu lötenden Gegenstand einen Überzug aus Alkali- oder
Erdalkalimetall herstellt und dann das Lötmetall nachfließen läßt, das sich alsdann
seinerseits mit den mit Alkali- oder Erdalkalimetall behandelten Flächen legiert.
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Beispiele: z. Überziehen von Schmiedeeisen, Stahl, Gußeisen oder Nickel
mit Kupfer, Bronze oder Messing.
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Die Grundplatte wird von den mechanischen Verunreinigungen befreit,
auf Hellrotglut erhitzt und, soweit sie mit Kupfer usw. überzogen werden soll, in
flüssiges Natrium getaucht oder in einer der anderen beschriebenen Weisen mit Natrium
behandelt. Die erhaltene Eisen-Natrium-Legierung ist bei den in Frage kommenden
Temperaturen, und selbst noch bei Weißglut, verhältnismäßig beständig.
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Auf die so behandelte Fläche wird Kupfer, Bronze oder Messing in geschmolzenem
Zustande gegossen. Dieses aufgegossene Metall verbindet sich seinerseits mit der
Eisen-Natrium-Legierung zu einer beständigen Legierung, welche die Verbindung zwischen
Grundmetall und Deckmetall herstellt. Die Verbindung ist so fest, daß bei gewaltsamer
mechanischer Trennung der Bruch nicht in der Legierungsschicht, sondern im Eisen
oder Kupfer erfolgt und bei der Trennung Stücke aus dem Eisen oder dem Kupfer herausgerissen
werden.
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2. Überziehen von Schmiedeeisen, Stahl, Gußeisen oder Nickel mit Blei,
Zinn oder Blei-Zinn-Legierungen.
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Das Verfahren ist besonders zum überziehen von Gußeisen von Wert,
das sonst große - Schwierigkeiten bietet. Das Eisen wird auf etwa 40o bis 6oo°erhitzt
und mit Natrium behandelt und darauf Blei, Zinn oder eine Blei-Zinn-Legierung aufgegossen
oder nach einem bekannten Spritzverfahren aufgespritzt. Da Blei und Zinn verhältnismäßig
große Mengen Natrium auflösen können, ist es in diesem Falle besonders wichtig,
das Anhaften von freiem Natrium auf der behandelten Eisenplatte zu vermeiden. Weniger
groß ist dieser Übelstand bei der Ver= wendung von Kalzium an Stelle von Natrium,
und es empfiehlt sich daher die Verwendung des ersteren.
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3. Überziehen von Messing oder Bronze mit Spiegelmetall.
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Spiegelmetall, das aus zwei Teilen Kupfer
und einem
Teil Zinn besteht, ist ein außerordentlich harter und spröder Stoff, der schon bei
geringer mechanischer Beanspruchung zerspringt. Gemäß der Erfindung kann man dieses
spröde Spiegelmetall in eine Messing-oder Bronzeform gießen und ihm so einen festen
Halt geben. Die Bronze- oder Messingfassung wird auf etwa 500° erwärmt, dann ihre
Oberfläche mit Natrium in der angegebenen Weise behandelt und darauf das Spiegelmetall
hineingegossen. Der Legierungsvorgang an der Berührungsfläche ist derselbe wie vorher.
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¢. Überziehen von Kupfer, Messing oder Bronze mit Blei: Das Kupfer
wird bei etwa 300° mit Natrium behandelt und geschmolzenes Blei auf die vorbehandelte
Fläche gegossen. Der Legierungsvorgang ist auch hier analog, doch muß auch hier
besonders darauf geachtet werden, daß kein freies Natrium vorhanden ist.
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5. Überziehen von Eisen, Stahl oder Gußeisen mit Aluminium oder Magnesium.
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Die Behandlung-des Eisens geschieht vorzugsweise mit Kalzium, weil
bei Verwendung von Natrium und Aufgießen von Aluminium die Eisen-Natrium-Aluminium-Legierung
der Berührungsschicht an der Übergangsstelle zum reinen Eisen so spröde wird, daß
man die beiden Metalle dort trennen kann. Die Behandlung mit Kalzium und das Aufgießen
von Aluminium oder Magnesium ist im übrigen analog den anderen Fällen.
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6. Überziehen von Kupfer, Messing oder Bronze mit Aluminium oder Magnesium.
Kupfer, Messing oder Bronze werden bei etwa Soo° mit Natrium behandelt und das flüssige
Magnesium oder Aluminium auf die behandelte Fläche gegossen.
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7. Überziehen von Schmiedeeisen oder Stahl mit Stahl oder Gußeisen.
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Die Erfindung kann bei der Herstellung von Verbundpanzerplatten benutzt
-werden, indem die Grundplatte aus Schmiedeeisen, Nickelstahl oder einem anderen
geeigneten zähen Stahl zuerst auf der zu überdeckenden Seite mit Natrium oder Kalzium
behandelt wird, worauf man den geschmolzenen Hartstahl oder das geschmolzene Gußeisen
daraufgießt.
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Selbst stark kohlenstoffhaltiges Eisen verbindet sich sehr leicht
und energisch mit geringen Mengen reinen Natriums oder Kalziums, und die erhaltenen
Legierungsschichten sind selbst beiden höchsten Temperaturen und in oxydierender
Atmosphäre ziemlich beständig. Man erhält infolgedessen eine sehr vollkommene Verschweißung
zwischen Grundmetall und Deckmetall, so daß ein Lösen oder Trennen der beiden Eisenschichten
nicht möglich ist. Man kann durch Walzen und Bearbeiten der Verbundplatte die innige
Verbindung in der Legierungsschicht noch steigern.
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In gleicher Weise kann bei der Herstellung von Sprenggranaten sowie
von Schutzschilden -gearbeitet werden, welche letzteren man auf diese Weise mit.einer
sehr harten Außenhaut versehen kann, an der nicht nur Infanteriegeschosse, sondern
sogar Splitter von Stahlgranaten zertrümmert werden.
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Das Verfahren ist auch geeignet, um bei Panzerplatten aus Nickel-Chrom-Stahl
die auf der zur Verankerung dienenden Innenseite ausgesparten Stellen mit weichem
Stahl auszugießen.
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B. Verbindung eines Eisenrohres mit einem Kupferring.
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Auf ein Eisenrohr, z. B. ein Kesselrohr (Siederohr), wird an einem
Ende ein Kupferring geschrumpft. Das.Rohrende- wird alsdann erwärmt und vorsichtig
In flüssiges Natrium getaucht, das sich durch Kapillarwirkung zwischen den beiden
Metallen hochsaugt und bei nochmaligem Erwärmen die Verbindung herbeiführt.
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g. Überziehen kurzer Stäbe.
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Ein hocherhitzter Eisenstab, etwa von Bleistiftgröße, wird etwa i
cm tief in flüssige Natrium getaucht, das sich dann an der Oberfläche hochsaugt
und den ganzen Stab überzieht. Dieser kann dann mit einen Überzug aus einem anderen
gewünschten Metall versehen werden.
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io. Lötverfahren.
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Zum Löten von Eisen, Stahl, Gußeisen, Kupfer, Bronze, Messing, Nickel
usw. kann gemäß der Erfindung in der Weise verfahren werden, daß man geschmolzenes
Alkali- oder Erdalkalimetall in :die Lötfuge bringt und dann ein geeignetes Lot,
insbesondere Kupfer oder eine Kupferlegierung, nachfließen läßt.
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Besonders zweckmäßig benutzt man hierzu ein dickwandiges weiches Kupferrohr,
das man auf etwa i5o° erwärmt und mit flüssigem Natrium vollgesaugt hat. Die Enden
des Rohres werden in geeigneter Weise, z. B. durch Zukneifen, verschlossen, um das
Natrium gegen den Einfluß der Luft zu schützen. Beim Löten hält man den so erhaltenen
Lötstab auf das vorgewärmte Arbeitsstück, so daß das auflaufende Natrium durch die
Lötfuge rinnen kann und an den Lötstellen eine dünne Oberschicht aus Natriumlegierung
bildet. Das nachfließende Lötmetall legiert sich dann seinerseits mit dieser Schicht
und bringt eine feste Verbindung hervor.