DE60216369T2 - Verfahren zum Diffusionsfügen von Magnesium/Aluminium Bauteilen - Google Patents

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  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Herstellen von diffusionsverbundenen Magnesium-/Aluminium-Komponenten gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 oder von Patentanspruch 30. Solche Verfahren sind aus dem Metals Handbook, Neunte Auflage, Bd. 6 "Welding, Brazing, and Soldering", Kapitel "Solid-State Welding" bekannt.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Diffusionsverbinden, welches ebenfalls als Diffusionsschweißen bekannt ist, ist ein Festkörperverfahren, bei dem das Verbinden von zwei Substraten ohne eine flüssige Grenzfläche (Löten) oder die Erzeugung eines Gussproduktes durch Schmelzen und Wiederverfestigung (Schweißen) erreicht wird. Das Diffusionsverbinden erzeugt unter unterschiedlichen Bedingungen zwischen zwei Materialien eine Festkörpervereinigung. Erstens findet das Verbinden bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes der zu verbindenden Materialien statt. Zweitens wird eine Vereinigung der kontaktierenden Oberflächen mit Belastungen hergestellt, welche unterhalb denen liegen, welche eine makroskopische Deformation eines Teils verursachen würden. Drittens kann optional ein Verbindungshilfsmittel eingesetzt werden, wie beispielsweise eine Grenzflächenfolie oder -beschichtung, um entweder das Verbinden zu erleichtern oder die Erzeugung von spröden Phasen zwischen unähnlichen Materialien zu vermeiden.
  • Der Ablauf der metallurgischen Schritte beim Diffusionsverbinden schließt ein: (a) einen anfänglichen Kontakt bei Raumtemperatur, welcher typischerweise auf ein paar Berührungsflächen begrenzt ist, (b) eine Deformation der Oberflächenberührungsflächen durch plastischen Fluss und Kriechen, (c) eine Korngrenzflächendiffusion von Atomen in die Leerstellen und eine Korngrenzflächenmigration sowie (d) eine Volumendiffusion von Atomen in die Leerstellen.
  • Beim Diffusionsverbinden findet üblicherweise eine geringe permanente Deformation der Masse der zu verbindenden Teile statt, obwohl eine lokale Deformation an deren Grenzfläche in einem mikroskopischen Maßstab stattfindet. Unter gewissen Umständen kann eine Grenzflächenkontamination, wie beispielsweise Sauerstoff, die Verbindungsmechanismen stören. Unter diesen Umständen wird das Verfahren üblicherweise in einer inerten Atmosphäre, wie beispielsweise in einem Vakuum oder in der Gegenwart eines Inertgases, durchgeführt.
  • Einige superplastische Materialien sind zum Verarbeiten durch Diffusionsverbinden ideal geeignet, weil diese bei der superplastischen Temperatur leicht deformieren, welches eine Temperatur ist, welche mit der zum Diffusionsverbinden benötigten konsistent ist. Typischerweise tendieren diese Legierungen dazu, eine hohe Löslichkeit für Sauerstoff und Stickstoff aufzuweisen, so dass die Kontaminanten oftmals durch Diffusion in das Basismetall von der Oberfläche entfernt werden. Beispielsweise fallen Titanlegierungen in diese Klasse und sind leicht, zu diffusionsverbinden. Allerdings bilden Aluminiumlegierungen einen sehr dünnen, aber zähen Oxidfilm und sind daher sehr schwer zu diffusionsverbinden.
  • Die Verfahrensbedingungen, unter welchen superplastisches Formen und Diffusionsverbinden durchgeführt werden, sind recht ähnlich. Beide benötigen eine erhöhte Temperatur und schlagen Vorteile aus den aus der feinen Korngröße resultierenden Vorzügen. Folglich wurde ein kombiniertes Verfahren des superplastischen Formens und des Diffusionsverbindens entwickelt.
  • In der WO 98/22249 wird ein Verfahren zum Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil offenbart, bei dem beide zu verbindenden Bauteile an deren beabsichtigten Verbindungsflächen zusammengebracht werden und mittels einer Elektronenstrahlschweißnaht fixiert werden, bevor die beiden Bauteile miteinander heißisostatisch verpresst werden.
  • Wie zuvor angedeutet, sind Aluminium und dessen Legierungen wegen des fest haftenden Oxidfilms, welcher sich naturgemäß auf Aluminium bildet, schwer miteinander durch Diffusionsverbinden zu verbinden. Allerdings ist es bekannt, dass, sobald das Oxid entfernt worden ist, das Diffusionsverbindungsverfahren bei Temperaturen in einem Bereich zwischen 454°C und 538°C stattfinden kann. Andere Metalle, von denen bekannt ist, dass diese durch das Diffusionsverbindungsverfahren miteinander verbunden werden, schließen Beryllium und dessen Legierungen, Kupfer und dessen Legierungen, hitzeresistente Kobalt- und Nickellegierungen, verschiedene Stähle, Niob und dessen Legierungen, Tantal und dessen Legierungen, Titan und dessen Legierungen sowie Zirkonium und dessen Legierungen ein. Geeignete Temperaturen zum Diffusionsverbinden von Aluminium und Magnesium oder von Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen sind bisher nicht bekannt.
  • Ein Verfahren zum Erhöhen der Treibstoffökonomie von Kraftfahrzeugen ist es, die Kraftfahrzeuge unter Einsatz von leichtgewichtigen Materialien herzustellen und zusammenzubauen. Allerdings kann der Einsatz von leichtgewichtigen Materialien bei Automobilstrukturen durch Materialkosten eingeschränkt sein, was zum derzeitigen Zeitpunkt das Ersetzen von Stahl durch Aluminium oder Magnesium aufgrund der Kosten verbietet. Folglich sind neue Verfahren zum Einsetzen von leichtgewichtigen Materialien sehr wünschenswert, welche die Herstellungs- und Zusammenbaukosten verringern. Die vorliegende Erfindung befriedigt diesen Bedarf in der Industrie.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren umfassend die Schritte des Kontaktierens wenigstens eines Teilstücks eines ersten Substrates mit wenigstens einem Teilstück eines zweiten Substrates. Das erste Substrat enthält wenigstens 50 Gewichtsprozent Aluminium und das zweite Substrat enthält wenigstens 50 Gewichtsprozent Magnesium. Das erste und das zweite Substrat werden auf eine erhöhte Temperatur oberhalb von 440°C erhitzt, so dass das Magnesium und das Aluminium diffundieren, um eine intermetallische Phase mit einem niedrigeren Schmelzpunkt zu bilden. An wenigstens einem Punkt der Kontaktfläche wird auf das erste und das zweite Substrat Druck aufgebracht, um das erste und das zweite Substrat miteinander zu diffusionsverbinden.
  • Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, welches die Schritte des Kontaktierens wenigstens eines Teilstücks eines ersten Substrats mit einem Teilstück eines zweiten Substrats einschließt. Das erste Substrat enthält wenigstens 90 Gewichtsprozent Aluminium und das zweite Substrat enthält wenigstens 85 Gewichtsprozent Magnesium. Das erste und das zweite Substrat werden zusammen auf eine erhöhte Temperatur in einem Bereich zwischen 440°C und 550°C erhitzt, so dass das Magnesium und das Aluminium diffundieren, um eine intermetallische Phase mit einem niedrigeren Schmelzpunkt zu bilden. An wenigstens einem Kontaktpunkt wird auf das erste und das zweite Substrat Druck aufgebracht, um das erste Substrat und das zweite Substrat miteinander zu diffusionsverbinden.
  • Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst den Schritt des Kontaktierens wenigstens eines Teilstücks eines erstens Substrats mit wenigstens einem Teilstück eines zweiten Substrats. Das erste Substrat enthält wenigstens 90 Gewichtsprozent Aluminium und einen ersten Additivsatz enthaltend wenigstens ein Metall. Das zweite Substrat enthält wenigstens 85 Gewichtsprozent Magnesium und einen zweiten Additivsatz, welcher wenigstens ein Metall enthält. Das erste und das zweite Substrat werden auf eine erhöhte Temperatur in einem Bereich zwischen ungefähr 440°C und 500°C erhitzt, so dass das Magnesium und das Aluminium diffundieren, um eine intermetallische Phase mit einem niedrigeren Schmelzpunkt zu bilden. An wenigstens einem Kontaktpunkt wird auf das erste und das zweite Substrates Druck aufgebracht, um das erste und das zweite Substrat miteinander zu diffusionsverbinden. Der erste Additivsatz kann Magnesium enthalten. Vorzugsweise enthält der erste Additivsatz eine Vielzahl von Metallen einschließlich Magnesium, wobei das Magnesium in dem ersten Additivsatz in der höchsten Konzentration der Vielzahl von Metallen vorliegt. Am meisten bevorzugt enthält das erste Substrat ungefähr 4,5 Gewichtsprozent Magnesium.
  • In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der zweite Additivsatz Aluminium. Besonders bevorzugt enthält der zweite Additivsatz eine Vielzahl von Metallen einschließlich Aluminium, wobei das Aluminium in dem zweiten Additivsatz in der höchsten Konzentration der Vielzahl von Metallen vorliegt. Am meisten bevorzugt enthält das zweite Substrat ungefähr 3 Gewichtsprozent Aluminium. Das zweite Substrat kann Aluminium und Zink enthalten.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das erste Substrat wenigstens 95 Gewichtsprozent Aluminium und wenigstens 90 Gewichtsprozent Magnesium.
  • Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, welches den Schritt des Kontaktierens wenigstens eines Teilstücks eines ersten Substrats mit wenigstens einem Teilstück eines zweiten Substrats umfasst. Das erste Substrat enthält wenigstens 90 Gewichtsprozent Aluminium und einen ersten Additivsatz, welcher wenigstens ein Metall enthält. Das zweite Substrat enthält wenigstens 85 Gewichtsprozent Magnesium und einen zweiten Additivsatz, welcher wenigstens ein Metall enthält. Das erste und das zweite Substrat werden auf eine erhöhte Temperatur in einem Bereich zwischen 440°C und 500°C erhitzt, so dass das Magnesium und das Aluminium diffundieren, um eine intermetallische Phase mit einem niedrigeren Schmelzpunkt zu bilden. An wenigstens einem Kontaktpunkt wird auf das erste und das zweite Substrat Druck aufgebracht, um das erste und das zweite Substrat miteinander zu diffusionsverbinden. Auf andere Teilstücke des ersten und des zweiten Substrats wird Druck aufgebracht, um das erste und das zweite Substrat superplastisch in eine geeignete Form zu bringen.
  • Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden kurzen Beschreibung der Zeichnungen, der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform und der beigefügten Patentansprüche und Zeichnungen offensichtlich werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die 1 illustriert den Schritt des Kontaktierens von Aluminium- und Magnesiumsubstraten in einem Verbindungs- und superplastischen Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • die 1B illustriert den Schritt des superplastischen Formens von Aluminium- und Magnesiumsubstraten gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • die 2A illustriert den Schritt des Kontaktierens von Aluminium- und Magnesiumsubstraten in einem Verbindungs- und superplastischen Formwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • die 2B illustriert den Schritt des Verbindens und des superplastischen Formens von Aluminium- und Magnesiumsubstraten gemäß der vorliegenden Erfindung und
  • die 3 illustriert ein Verfahren des Verbindens von Aluminium- und Magnesiumschichten gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die vorliegende Erfindung umfasst das Verbinden von Aluminium- und Magnesium-Legierungskombinationen einschließlich der AZ- und AM-Magnesiumlegierungen und der Aluminiumlegierungen der 5xxx- und 7xxx-Reihe. Das Aluminiummaterial kann wenigstens 90 Gewichtsprozent Aluminium und vorzugsweise mehr als 95 Gewichtsprozent Aluminium enthalten. In der Aluminiumlegierung sind zusätzliche Additive vorgese hen, wobei Magnesium der dominante Bestandteil der Additive ist. Vorzugsweise ist die Menge an Magnesium größer als 2% und am meisten bevorzugt größer als 4% Magnesium. Die Magnesiumlegierung enthält wenigstens 85 Gewichtsprozent Magnesium und vorzugsweise mehr als 90 Gewichtsprozent Magnesium. Additive sind in der Magnesiumlegierung ebenfalls vorgesehen, wobei Aluminium der dominante Bestandteil der Additive der Magnesiumlegierung ist. Vorzugsweise enthält das Aluminium wenigstens 2 Gewichtsprozent der Magnesiumlegierung und besonders bevorzugt wenigstens 3 Gewichtsprozent. Die Magnesiumlegierung kann ebenfalls Zink enthalten, vorzugsweise in einer Menge von mehr als 1 Gewichtsprozent.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein erstes und ein zweites Substrat in Kontakt miteinander platziert. Das erste Substrat enthält wenigstens 90 Gewichtsprozent Aluminium und einen ersten Additivsatz, welcher wenigstens ein Metall enthält. Das zweite Substrat enthält wenigstens 85 Gewichtsprozent Magnesium und einen zweiten Additivsatz, welcher wenigstens ein Metall enthält. Das erste und zweite Substrat werden auf eine erhöhte Temperatur in einem Bereich zwischen 440°C und 500°C erhitzt. An wenigstens einem Kontaktpunkt wird auf dem ersten und dem zweiten Substrat Druck aufgebracht, um das erste und das zweite Substrat miteinander zu verbinden.
  • Der Mechanismus, durch den die Verbindung gebildet wird, umfasst die Diffusion von Magnesium und Aluminium, um aus Magnesium und Aluminium eine intermetallische Phase mit einem geringeren Schmelzpunkt zu bilden, welche sich während des Bildens der intermetallischen Phase verflüssigt und sich dann während des Abkühlens verfestigt, um die Verbindung herzustellen.
  • Die 1A und 1B illustrieren ein Verfahren des Verbindens eines Magnesiumsubstrats mit einem Aluminiumsubstrat sowie das superplastische Formen der zwei Substrate. Ein Magnesiumsubstrat 10 sowie ein Aluminiumsubstrat 12 werden in einem superplastischen Formwerkzeug 14 platziert, welches eine obere Formwerkzeughälfte 16 und eine untere Formwerkzeughälfte 18 aufweist. Ein Gaseinlass 24 ist in einer der Formwerkzeughälften 16, 18 vorgesehen, um ein Gas in die durch die Formwerkzeughälften 16, 18 definierten Hohlräume zu injizieren, um auf die Substrate 10, 12 Druck aufzubringen. Das Magnesiumsubstrat 10 und das Aluminiumsubstrat 12 werden durch Kontaktflächen 20, 22 an den oberen bzw. unteren Formwerkzeughälften 16, 18 zusammengeklammert. Die zwei Substrate 10, 12 werden in dem superplastischen Formwerkzeug auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 440°C und 500°C und besonders bevorzugt auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 450°C und 465°C erhitzt. An einer den Kontaktflächen 20, 22 der oberen und unteren Formwerkzeughälften 16, 18 entsprechenden Stelle wird auf die beiden Substrate 10, 12 Druck aufgebracht und es wird durch den Einlass 24 ein Gas injiziert. Die Verbindung des Magnesiumsubstrats 10 mit dem Aluminiumsubstrat 12 tritt an dem Kontaktpunkt 15 der Substrate 10, 12 auf, der mit den Kontaktflächen 20, 22 verbunden ist. Zusätzliche Verbindungen 17 werden an anderen Kontaktpunkten gebildet. Die zusätzlichen Verbindungen 17 treten aufgrund unterschiedlicher Deformationsgeschwindigkeiten der zwei Substrate 10, 12 und aufgrund des zwischen den Substraten 10, 12 eingefangenen Gases auf, welches Spalten oder Räume 19 bildet. Druck kann auf andere Teilstücke des Magnesiumsubstrats 12 und des Aluminiumsubstrats 12, beispielsweise durch Einblasen von Luft zwischen die Substrate 10, 12, aufgebracht werden. Über eine Zeitspanne werden das Magnesiumsubstrat 10 und das Aluminiumsubstrat 12 beide zu den, den durch die obere Formwerkzeughälfte 16 bzw. die untere Formwerkzeughälfte 18, wie in der 1B gezeigt, bereitgestellten Hohlräumen 28, 30 entsprechenden Formen geformt.
  • Die 2A und 2B illustrieren eine andere Ausführungsform eines Verfahrens des Verbindens eines Magnesiumsubstrats und eines Aluminiumsubstrats sowie des superplastischen Formens der beiden Substrate. Eines der Substrate, in diesem Fall das Aluminiumsubstrat 12, wird in einem superplastischen Formwerkzeug 14 mit einer oberen Formwerkzeughälfte 16 und einer unteren Formwerkzeughälfte 18 platziert. Eine der Formwerkzeughälften, in diesem Fall die obere Formwerkzeughälfte 16, umfasst einen Gaseinlass 24 zum Einfüllen eines Gases in den durch die obere und die untere Formwerkzeughälfte 16, 18 bereitgestellten Hohlraum. Das Aluminiumsubstrat 12 wird zwischen die Kontaktflächen 20, 22 der oberen bzw. der unteren Formwerkzeughälften 16, 18 geklammert. Das zweite Substrat, in diesem Fall das Magnesiumsubstrat 10, wird auf dem ersten Substrat, in diesem Fall dem Aluminiumsubstrat 12, platziert, aber dieses wird nicht zwischen den zwei Kontaktflächen 20, 22 der oberen und unteren Formwerkzeughälften 16, 18 geklammert. Die zwei Substrate 10, 12 werden in dem superplastischen Formwerkzeug auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 400°C und 500°C und besonders bevorzugt auf eine Temperatur in einem Bereich zwischen 450°C und 465°C erhitzt. Durch Injizieren von Luft in den Gaseinlass 24 wird auf die beiden Substrate 10, 12 Druck aufgebracht, was die beiden Substrate gegen die obere oder untere Formwerkzeughälfte, in diesem Fall die untere Formwerkzeughälfte 18, drückt. Das Verbinden des Magnesiumsubstrats 10 mit dem Aluminiumsubstrat 12 findet an den Kontaktpunkten 17 zwischen den beiden Substraten statt. In diesem Fall dient das Magnesiumsubstrat 10 als Verstärkung für das geformte Aluminiumsubstrat 12.
  • Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wurde sowohl unter Einsatz von Wärmebehandlungsöfen als auch von superplastischen Formpressen demonstriert. Gemäß der vorliegenden Erfindung wurden quadratische Teile mit 24 mm Seitenlänge aus 5083 Aluminium und aus AZ31B Magnesium miteinander kontaktiert und unter Einsatz von C-Klammern unter verschiedenen Drücken verklammert. Die geklammerten Teile wurden in einem Ofen für unterschiedliche Zeit- und Temperatur-Kombinationen platziert, um die idealen Prozessbedingungen zu bestimmen. Ein Verbinden der Magnesium- und Aluminiumteile wurde bei Temperaturen von oberhalb von 445°C beobachtet. Ein optimales Verbinden trat zwischen 450°C und 465°C auf. Allerdings wurde ermittelt, dass höhere Temperaturen ebenfalls ein Verbinden der beiden Teile bewirken.
  • Aus dem verbundenen Aluminium und Magnesium wurden Standardschweißcoupons hergestellt. Die Verbindung erreichte eine Last tragende Kapazität von 2,2 kN (500 Pfund). Die Militärspezifikation für Aluminiumschweißen beträgt mindestens 1,65 kN (370 Pfund) und 2,07 kN (465 Pfund) für den Mindestdurchschnitt von Aluminium mit einer Minimalstärke von 1,15. Folglich verhielt sich die Verbindung zwischen den Magnesium und den Aluminium-Teilen in einem Standardcoupontest in einer ähnlichen Weise wie eine Aluminiumverschweißung. Es sollte allerdings beachtet werden, dass die Fläche der zwischen den Magnesium- und den Aluminiumproben hergestellten Verbindung größer als der herkömmliche Punktschweißklumpen war, so dass die Festigkeit der Verbindung in Pfund pro Quadratinch entsprechend niedriger wäre.
  • Die in dem vorläufigen Ofentest identifizierten Bedingungen wurden in einem superplastischen Formverfahren eingesetzt. Es wurde ein Sandwich aus 75 mm mal 75 mm mal 12 mm Teilen aus 5083 Aluminium und aus einem 75 mm mal 75 mm mal 1,4 mm Teil aus AZ331B Magnesium be reitgestellt. Der Sandwich wurde für 10 Minuten in einer superplastischen Formpresse bei 450°C unter 6,2 bar (90 psi) formender Last platziert. Als das Teil aus dem Formwerkzeug entfernt wurde, war der Aluminium-/Magnesium-Sandwich miteinander verbunden. Vor dem Verbinden wurde keine spezielle Oberflächenbehandlung oder Reinigung durchgeführt.
  • Ein quadratisches Teil mit 35 mm Seitenlänge und 1,2 mm Dicke aus 5083 Aluminium wurde auf einem quadratischen Teil mit 195 mm Seitenlänge aus AZ31B Magnesium platziert. Ein kleineres Teil aus Aluminium wurde eingesetzt, um alle Verbindungen innerhalb des Dichtungswulstes zu halten. Wenn die Versuche mit ähnlich großen Leerproben durchgeführt wurden, verursachte der Druck bei den Dichtungswulsten ein exzessives Schmelzen und eventuell eine Verringerung des Gasdrucks. Der Sandwich wurde in einer superplastischen Formpresse bei 450°C platziert und bei 6,2 bar (90 psi) geformt. Eine kleine rechteckige Pfanne wurde erfolgreich aus den miteinander verbundenen Magnesium- und Aluminiumplatten geformt. Dies zeigt, dass die Platten aus Magnesium und Aluminium gleichzeitig zu komplexen Formen geformt werden können und nachfolgend während des superplastischen Formverfahrens verbunden werden können, was folglich das schweißlose Formen von Aluminium und Magnesium ermöglicht. Die vorliegende Erfindung umfasst die Entdeckung, dass Aluminium- und Magnesiumlegierungen ineinander diffundiert werden können, um intermetallische Phasen zu bilden, die einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Temperatur aufweisen, auf welche die zwei Legierungen erhitzt werden, was folglich eine außergewöhnliche Verbindung erleichtert.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst des Weiteren Mehrschichtverbunde aus Magnesium und Aluminium. Die Schichten können wie zuvor beschrieben feste Platten sein, können aber ebenfalls Folien, Pulver, Pasten schichten, Gussteile, Strangpressteile und andere aus Magnesium oder aus Aluminium geformte Produkte einschließen. Die 3 illustriert das Verbinden einer ersten Schicht einer festen Platte aus Aluminium 50, einer zweiten Schicht aus Magnesiumspaste 52 sowie einer dritten Schicht aus Aluminiumfolie 54. Das Verbinden wird durch die zuvor unter Bezugnahme auf die 2A und 2B beschriebenen Schritte erreicht.
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt das Erzeugen einer Verbindung zwischen Magnesium und Aluminium ohne spezielle Oberflächenpräparation oder Flussmittel. Allerdings könnte die Zugabe eines Flussmittels, einer Paste oder eines Pulvers kritischer Legierungselemente, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Si, Cu, Mn, Cr, Zr, die intermetallische Phase modifizieren, um die Dehnbarkeit und folglich die Verbindungsstärke zu erhöhen.

Claims (31)

  1. Verfahren umfassend: Kontaktieren wenigstens eines Teilstücks eines ersten Substrats mit wenigstens einem Teilstück eines zweiten Substrats, wobei das erste Substrat wenigstens 50 Gewichtsprozent Aluminium enthält und wobei das zweite Substrat wenigstens 50 Gewichtsprozent Magnesium enthält, und Anwenden von Druck auf das erste und das zweite Substrat an wenigstens einem Kontaktpunkt, um das erste und das zweite Substrat miteinander zu diffusionsverbinden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des weiteren das Erhitzen des ersten und zweiten Substrats auf eine erhöhte Temperatur oberhalb von 440°C umfasst, so dass das Magnesium und das Aluminium diffundieren, um eine intermetallische Phase mit einem niedrigeren Schmelzpunkt zu bilden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das erste Substrat wenigstens 90 Gewichtsprozent Aluminium enthält, wobei das zweite Substrat wenigstens 85 Gewichtsprozent Magnesium enthält und wobei das erste und das zweite Substrat auf eine erhöhte Temperatur in einem Bereich zwischen 440°C und 500°C erhitzt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Substrat wenigstens 90 Gewichtsprozent Aluminium und einen ersten Additivsatz enthaltend wenigstens ein Metall enthält, wobei das zweite Substrat wenigstens 85 Gewichtsprozent Magnesium und we nigstens einen zweiten Additivsatz enthaltend wenigstens ein Metall enthält und wobei das erste und das zweite Substrat auf eine erhöhte Temperatur in einem Bereich zwischen 440°C und 500°C erhitzt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der erste Additivsatz Magnesium enthält.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das erste Substrat ungefähr 4,5 Gewichtsprozent Magnesium enthält.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der erste Additivsatz eine Mehrzahl an Metallen einschließlich Magnesium enthält und wobei das Magnesium in der höchsten Konzentration der Mehrzahl an Metallen in dem ersten Additivsatz vorhanden ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der zweite Additivsatz Aluminium enthält.
  8. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der zweite Additivsatz ungefähr 3 Gewichtsprozent Aluminium enthält.
  9. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das zweite Substrat des weiteren Aluminium und Zink enthält.
  10. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der zweite Additivsatz eine Mehrzahl an Metallen einschließlich Aluminium enthält und wobei das Aluminium in der höchsten Konzentration der Mehrzahl an Metallen in dem zweiten Additivsatz vorhanden ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das erste Substrat wenigstens 95 Gewichtsprozent Aluminium enthält.
  12. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das zweite Substrat wenigstens 90 Gewichtsprozent Magnesium enthält.
  13. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erhöhte Temperatur in einem Bereich zwischen ungefähr 445°C und 470°C liegt.
  14. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erhöhte Temperatur in einem Bereich zwischen 450°C und 465°C liegt.
  15. Verfahren nach Anspruch 3, des weiteren umfassend: Anwenden von Druck auf andere Teilstücke des ersten und zweiten Substrats, um das erste und zweite Substrat superplastisch in eine gewünschte Form zu formen.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der erste Additivsatz eine Mehrzahl an Metallen einschließlich Magnesium enthält und wobei das Magnesium in der höchsten Konzentration der Mehrzahl an Metallen in dem ersten Additivsatz vorhanden ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der zweite Additivsatz eine Mehrzahl an Metallen einschließlich Aluminium enthält und wobei das Aluminium in der höchsten Konzentration der Mehrzahl an Metallen in dem zweiten Additivsatz vorhanden ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das erste und das zweite Substrat Schichten sind.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der erste Additivsatz eine Mehrzahl an Metallen einschließlich Magnesium enthält und wobei das Magnesium in der höchsten Konzentration der Mehrzahl an Metallen in dem ersten Additivsatz vorhanden ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der zweite Additivsatz eine Mehrzahl an Metallen einschließlich Aluminium enthält und wobei das Aluminium in der höchsten Konzentration der Mehrzahl an Metallen in dem zweiten Additivsatz vorhanden ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die erste Schicht eine feste Platte umfasst.
  22. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die zweite Schicht eine feste Platte umfasst.
  23. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die erste Schicht eine Folie umfasst.
  24. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die erste Schicht ein Pulver umfasst.
  25. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die zweite Schicht ein Pulver umfasst.
  26. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die erste Schicht eine Paste umfasst.
  27. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die zweite Schicht eine Paste umfasst.
  28. Verfahren nach Anspruch 18, wobei wenigstens eine der ersten und zweiten Schichten ein Gussstück umfasst.
  29. Verfahren nach Anspruch 18, wobei wenigstens eine der ersten und zweiten Schichten ein Strangpressteil umfasst.
  30. Verfahren umfassend: Bereitstellen einer ersten Schicht, einer zweiten Schicht und eines Legierungselements zwischen der ersten und zweiten Schicht, wobei die erste Schicht wenigstens 90 Gewichtsprozent Aluminium und einen ersten Additivsatz enthaltend wenigstens ein Metall enthält und wobei die zweite Schicht wenigstens 85 Gewichtsprozent Magnesium und einen zweiten Additivsatz enthaltend wenigstens ein Metall enthält, und Anwenden von Druck auf die erste und zweite Schicht, um die erste und zweite Schicht miteinander zu diffusionsverbinden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des weiteren das Erhitzen der ersten und zweiten Schicht auf eine erhöhte Temperatur in einem Bereich zwischen 440°C und 500°C umfasst, so dass das Magnesium und das Aluminium diffundieren, um eine intermetallische Phase mit einem niedrigeren Schmelzpunkt zu bilden.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Legierungselement wenigstens eines von Si, Cu, Mn, Cr und Zr einschließt.
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