DE3524018A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von metallglas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Her­ stellen von Metallglas, insbesondere von Schichten von Metallglas auf einem tragenden Metallkörper.

Es ist bekannt, durch extrem schnelles Abschrecken von Metallschmel­ zen, auch von Stahllegierungsschmelzen, amorphe Metalle, sogenannte metallische Gläser, mit - für bestimmte Zwecke - guten technologischen Eigenschaften herzustellen. Dies geschieht beispielsweise derart, s. DE 34 42 009 A 1, daß ein schmelzflüssiges Metall in dünner Schicht auf einen kühlenden Körper aufgebracht wird und durch die hohe Abkühlungs­ geschwindigkeit in Verbindung mit der sehr geringen Schichtdicke ein amorphes Band erzeugt wird. Derartige Bänder haben eine Dicke von 50 bis 160 µ bei einer Breite von über 20 mm. Von den derart erzeugten dünnen Streifen ist es bekannt, daß sie im amorphen Zustand sehr ver­ schleißfest und korrosionsbeständig, jedoch aufgrund ihrer Sprödheit schwer zu handhaben und zu verarbeiten sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um in größerem Umfang derartige Metallgläser herzustellen, die erreichbare Foliendicke zu vergrößern und insbesondere eine Be­ schichtung eines Trägerwerkstoffes mit metallischem Glas zu ermög­ lichen.

Bei einem Verfahren der im Anspruch 1 gattungsbestimmenden Art wird also erfindungsgemäß ein fester metallischer Werkstoff an seiner Oberfläche aufgeschmolzen und anschließend in einem Metallbad mit einer Schmelztemperatur bei Normaldruck von unter 100°C abgekühlt.

Als Material für das die Kühlwirkung ausübende Metallbad wird wegen der sehr guten Wärmeübertragungseigenschaften im wesentlichen Natrium bzw. eine Legierung auf Natriumbasis benutzt. Die Schmelztemperatur des Metalles für das Metallbad sollte bei Normaldruck unter 100°C liegen. Bevorzugt wird jedoch eine Natrium-Kalium-Legierung mit einer Schmelztemperatur unterhalb Raumtemperatur. Das Verfahren läßt sich besonders vorteilhaft durchführen, wenn als Werkstück ein langge­ strecktes, quasi endloses Gut vorliegt, wie beispielsweise Band oder Draht. Vor dem Eintauchen in das Kühlbad wird dieser feste metallische Werkstoff an seiner Oberfläche aufgeschmolzen. Dies kann durch belie­ bige Wärmeeinwirkung erfolgen. Bevorzugt wird jedoch eine Verfahrens­ variante des Aufschmelzens, und zwar induktiv mittels einer Hochfre­ quenzspule, wenn das zu behandelnde Werkstück aus ferromagnetischem Material besteht. Bei entsprechender Abmessung dieses Materials bleibt der Kern als Trägerwerkstoff kristallin und die Oberflächenschicht wird in einen amorphen Zustand überführt. Diese Verfahrensvariante bietet sich immer dann an, wenn quasi ein Verbundwerkstoff hergestellt werden soll, dessen Oberfläche vom Kern abweichende mechanische Eigen­ schaften aufweisen soll. Es können also nach diesem Verfahren Bleche mit ein- oder beidseitiger Oberflächenschicht erzeugt werden, die be­ sonders hart, verschleißfest oder auch korrosionsbeständig sein sollen. Das gilt natürlich auch in entsprechender Anwendung auf Rohre für besondere Verwendungszwecke. Für die Behandlung von Rohren ist ein weiterer besonderer Verfahrensschritt innerhalb der Erfindung vorge­ sehen. Dabei ist das Rohr unterseitig in ein Metallbad eingetaucht und wird an der freiliegenden Oberfläche mittels Linieninduktor längs einer Mantellinie aufgeschmolzen und anschließend während der Rotation des Rohres abgeschreckt. Eine weitere besondere Verfahrensvariante besteht darin, daß die für die Glasbildung vorgesehene Oberflächen­ schicht des Werkstoffes aus einem Metallpulver gebildet ist, das auf den zu behandelnden Werkstoff beispielsweise aufgewalzt worden ist. Die aufgebrachte Metallpulverschicht kann dem Trägerwerkstoff art­ gleich sein. Es ist jedoch auch bei diesem Verfahren möglich, durch entsprechende Verwendung von Pulvern anderer chemischer Zusammen­ setzung bestimmte Eigenschaften der Oberflächenschicht herbeizuführen.

Diese Oberflächenschicht kann natürlich auch durch Plasmaspritzen aufgebracht werden. Die durch Pulver aufgebrachte Schicht wird beim Durchlauf durch die Heizeinrichtung aufgeschmolzen und wird dadurch natürlich metallisch dicht.

Sollen ausschließlich Materialien mit durchgehend amorpher Struktur erzeugt werden, so kann die Erfindung ebenfalls benutzt werden. Der Trägerwerkstoff bietet dann bei der Herstellung und Erzeugung der Schicht eine Hilfseinrichtung, die die Handhabung der amorphen Schicht erleichtert. Der kristalline Teil des Verbundwerkstoffes kann in beliebiger Weise mechanisch oder durch ätzen abgetragen werden und es wird so eine rein amorphe Schicht, also eine Metallglasfolie erhalten.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen näher beschrieben werden, wobei die Zeichnungen natürlich nur Ausführungsbeispiele darstellen.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung im Querschnitt für die Erzeugung eines Bandes oder Drahtes mit amorpher Oberflächenschicht und

Fig. 2 eine derartige Einrichtung für die Behandlung von zylinderischen langgestreckten Körpern.

Gemäß Fig. 1 wird ein Metallband 1 über eine Umlenkrolle 2 dem Metall­ bad zugeführt, das sich in einem Behälter 5 befindet. Dabei durchläuft das Band eine Hochfrequenzspule 4, die unmittelbar über der Badober­ fläche des Metallbades 3 angebracht ist. Das Gehäuse 5 kann gegenüber der Umgebung mittels Dichtungen 6 abgedichtet sein. Über dem Metallbad 3 befindet sich eine Inertgasatmosphäre 7. Für die Abführung der Wärme aus dem Metallbad 3 ist innerhalb des Behälters 5 eine Kühleinrichtung 8 vorgesehen. Zum Anfahren der Einrichtung und zur Aufrechterhaltung einer minimalen Badtemperatur ist es empfehlswert, eine Heizeinrich­ tung 9 innerhalb des Behälters 5 vorzusehen. Innerhalb des Bades 3 wird das zugeführte Band 1 über die Umlenkrolle 10 geführt und mittels der Rolle 11 aus dem Behälter 5 gefördert.

Fig. 2 zeigt schematisch die Behandlung eines Rohres. Das Rohr 12 ist zur Hälfte in das Metallbad 3 eingetaucht, das sich in dem Behälter 5 befindet. Das Rohr 12 wird durch einen Linieninduktor 13 entlang einer Mantellinie des Rohres aufgeschmolzen und anschließend durch Rotation des Rohres abgeschreckt.

Die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundmateria­ lien bzw. amorphen Folien bieten hinsichtlich ihrer Verschleißfestig­ keit, ihrer magnetischen und elektrischen Eigenschaften sowie ihres erhöhten Korrosionswiderstandes Vorteile, die sie für bestimmte Anwen­ dungsgebiete, wie Tonköpfe und Druckhämmer, Trafokerne und Dehnmeß­ streifen oder auch dort, wo im Apparatebau korrosions- und verschleiß­ feste Werkstoffe verlangt werden, besonders geeignet erscheinen lassen.

Claims (13)

1. Verfahren zur Erzeugung einer Schicht aus metallischem Glas auf einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem ferromagne­ tischen Werkstoff durch Abschreckkühlung des Werkstoffes aus der Schmelzphase, dadurch gekennzeichnet, daß ein fester metallischer Werkstoff an seiner Oberfläche aufge­ schmolzen und anschließend in einem Metallbad mit einer Schmelz­ temperatur bei Normaldruck von unter 100°C abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallbad aus einem geschmolzenen Alkalimetall, insbesondere Natrium besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallbad aus einer Legierung eines Alkalimetalles, insbe­ sondere einer Natrium-Kalium-Legierung mit einer Schmelztemperatur unterhalb Raumtemperatur besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oberflächige Aufschmelzen des metallischen Werkstoffes unter einer Inertgasatmosphäre erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein ferromagnetischer Werkstoff an seiner Oberfläche induktiv aufgeschmozen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Werkstoffes mittels Laserstrahlen aufgeschmolzen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Glasbildung vorgesehene Oberflächenschicht des Werk­ stoffes aus einem Metallpulver gebildet ist, das auf den zu behan­ delnden Werkstoff aufgewalzt worden ist.

8. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Glasbildung vorgesehene Oberflächenschicht des Werk­ stoffes durch Plasmaspritzen aufgebracht worden ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff in Form eines langgestreckten endlosen Gutes, wie Band oder Draht, vorliegt und das Aufschmelzen der Oberfläche im Durchlaufverfahren mit anschließender Abkühlung erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff in Form eines Hohlzylinders vorliegt, der während einer Rotationsbewegung oberflächig aufgeschmolzen und unmittelbar anschließend abgekühlt wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Behälter (5) mit dem kühlenden Metallbad (3), innerhalb des Metallbades (3) angeordneter Umlenkrolle (10) für das zu behandelnde Werkstück (1), das über eine Zufuhrrolle (2) in das Metallbad (3) einführbar ist und eine zwischen den Rollen (2, 10) jedoch über dem Metallbad (3) angeordnete, das Werkstück (1) mindestens auf einer Seite überdeckende Heizeinrichtung (4).

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälter (5) innerhalb des Metallbades (3) eine Kühlvorrich­ tung (8) angeordnet ist, die mit einem Wärmetauscher in Verbindung steht.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälter (5) innerhalb des Metallbades (3) eine Heizvorrich­ tung (9) angeordnet ist.