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Verfahren zur Steigerung der Härte eines Aluminiumgegenstandes an
seiner Oberfläche Die Erfindung betrifft die Erzielung einer Oberfläche, die härter
ist als das innere Metall, an aus Aluminium und Aluminiumlegierungen mit mehr als
5o % Aluminium hergestellten Gegenständen: Es ist bereits bekannt, Eisen, Nickel,
Kobalt, Kupfer und ihre Legierungen in Magnesium bei höher Temperatur zur Verhütung
von Abschuppungen auf der Oberfläche der Metalle zu behandeln.
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Im Vergleich zu den handelsüblichen Metallen und Legierungen ist Aluminium
relativ weich und duktil. Es sind bereits Aluminiumlegierungen und diesen angepaßte
NVärmeh'ehandlungen zur Erzielung relativ hochwertiger mechanischer Eigenschaften
vorgeschlagen worden. Gleichviel aber ob man eine Härtesteigerung legierungstechnisch
oder durch Kaltbearbeitung oder durch Wärmebehandlung erzielte, so wurde die Duktilität
des Aluminiums in gewissem Maße mit zunehmender Härte verringert, und so gehärtetes
Aluminium kann sehr spröde sein. In manchen Fällen ist nur eine Oberflächenhärte
erwünscht, während es belanglos ist, ob die Härte des inneren Metalls die der Oberfläche
erreicht. Es ist sogar oft vorteilhaft, daß eine härtere Außenschicht einen nachgiebigeren
und duktilen Kern umgibt. Solche Weichkerngegenstände sind sehr abnutzungsfest an
der Oberfläche, widerstehen aber gut den im Betriebe auftretenden plötzlichen Stößen
und wiederholten Beanspruchungen. Gegenwärtig werden z. B. jährlich Millionen Kolben
für Brennkraftmaschinen aus Aluminium hergestellt, trotzdem besteht aber ein weitverbreitetes
Bedürfnis nach einem abnutzungsfesteren Aluminiumkolben, der unter Beibehaltung
aller erwünschten Eigenschaften der bisherigen Aluminiumkolben eine härtere und
demgemäß abnutzungsfestere Oberfläche hat.
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Die Erfindung besteht darin, daß man den zu behandelnden Aluminiumgegenstand
in zerkleinertem Magnesium auf 25ö bis '46o'. C erhitzt. Hierdurch ist es möglich,
Aluminium oberflächlich zu legieren und es dadurch widerstandsfähiger gegen mechanische
Angriffe seiner Oberfläche bei Aufrechterhaltung der Beschaffenheit seiner inneren
Teile zu machen.
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Das Aluminium wird in dem zerkleinerten Magnesium unter solchen Bedingungen
eingepackt, daß die Oberfläche des Gegenstandes und die Teilchen des Magnesiumpulvers
in enger und inniger Berührung sind, worauf man das Ganze einer Wärmebehandlung
während solcher Zeiten und bei solchen Temperaturen unterwirft, daß die nachstehend
beschriebenen Ergebnisse erzielt werden, Vor dem Einpacken des Aluminiumkörpefs
in das Magnesiummetall wird die Oberfläche des Körpers von Schmutz; öl, Oxyden oder
sonstigen Fremdkörpern befreit. Sehr - gute Ergebnisse werden erzielt, wenn durch
die Reinigung die Oberfläche des Gegenstandes leicht angeraüht wird. Hierzu kann
der Gegenstand mit einem Schleifmittel abgerieben oder
zeit einer
Lösung einer Säure oder eines Alkalis oder kombiniert behandelt werden. Dies sind
bekannte Methoden zur Reinigung von Ahuniniumflächen, auch andere bekannte Methoden
ergeben hierbei befriedigende Ergebnisse. Das zerkleinerte Magnesiummetall für das
Einpacken des Aluminiumgegenstandes sollte rein und fein zerteilt sein. Es haben
sich z. B. Magnesiumspäne gut bewährt, die aus feinen Spänchen und Locken von Magnesium
bestehen, wie man sie durch maschinelle Bearbeitung eines Magnesiumblockes erhält.
Auch handelsübliches Magnesiumpulver und andere ähnliche Formen zerkleinerten Magnesiums
sind brauchbar.
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Das Einpacken. kann in einem Behälter geschehen, der in den verfügbaren
Heizofen paßt. Wegen der Neigung des Magnesiums, sich rasch zu oxydieren und, bei
hohen Temperaturen selbst zu entzünden, ist es aber nötig, während des Erhitzens
jede beachtlichere Luftmenge auszuschließen. Man kann befriedigende Ergebnisse dadurch
erzielen, daß man das zerkleinerte Magnesium und den eingepackten Aluminiumkörper
mit einem luftdichten Behälter umschließt, vorzugsweise wird aber für diesen Zweck
in den Erhitzungsofen eine Atmosphäre aus einem gegen Magnesium inerten Gase, wie
Kohlenoxyd, eingeführt, was den Zwang zur Verwendung luftdichter Behälter überflüssig
macht.
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Der in das zerkleinerte Magnesium gepackte Aluminiumkörper wird dann
erfindungsgemäß auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um Diffusion des Magnesiums
in. die Oberfläche, des Aluminiumkörpers zu. bewirken. Die Temperatur, bei der eine
solche Diffusion für wirtschaftliche Zwecke ' rasch genug vor sich geht, ist gewöhnlich
über etwa 25o° C, wenn eine enge und innige Berührung zwischen dem Magnesium und
Aluminium besteht. Zwecks rascher Diffusion wird aber vorzugsweise der eingepackte
Gegenstand auf etwa q.2o bis q.6o° C . erhitzt. Da aber die durch das Aluminium
und Magnesium bzw. durch die Diffusion des Magnesiums in das Aluminium gebildete
eutektische Mischung bei etwa ¢50° C schmilzt, 'ist es nicht erwünscht, diese Temperatur
erheblich zu überschreiten, wenn auch ein, kleines Maß beginnender Schmelzung auf
der Oberfläche des Aluminiumgegenstandes für die Wirkung nicht abträglich ist. Wenn
aber eine Möglichkeit beginnender Schmelzung an den: Berührungspunkten zwischen
dem zerkleinerten Magnesiummetall und dein Aluminiumgegenstande vorhanden und solche
b:eginmende Schmelzung nicht erwünscht ist, hat es sich als vorteilhaft gezeigt,
dem zerkleinerten Magnesium etwa 5 Gewichtsprozente Magnesiumoxyd zuzusetzen, das
als Verdünnungsmittel zu wirken scheüit und eine gleicbförmigere Oberflächenhärte
bewirkt.
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Die Zeit, während deren die Erhitzung bewirkt werden sollte, hängt
von der Temperatur ab; eine höhere Temperatur bedingt eine kürzere Zeit zur Erzielung
eines bestimmten Ergebnisses. Die Wirkung der neuen Behandlung ist eine gehärtete
Oberfläche am Aluminiumkörper, die aus einer Legierung von Aluminium und Magnesium
besteht und deren Tiefe von der verwendeten Temperatur und Zeit abhängt und damit
zunimmt. Das Vorhandensein, die Erstreckung und Tiefe der gehärteten Oberflächenschicht
kann bequem mikroskopisch oder durch Prüfung mit einer Feile festgestellt werden.
Erfindungsgemäß behandelte Aluniziniumgegenständekönnen leichter als unbehandelte
Gegenstände maschinell bearbeitet, gefeilt oder geschnitten werden und nehmen auch
hohe Politur an. Der erfindungsgemäß hergestellte Gegenstand läßt die gehärtete
Oberfläche nicht leicht auf chemischem, mechanischem oder optischem Wege unterschiedlich
vom Kernmetall erkennen.
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Eine Aluminiumlegierung mit. 13 % Silicium wurde z. B. in zerkleinertes
Magnesium gepackt und 20 Stunden in einem luftdichten Behälter auf etwa 4¢o° C erhitzt.
Die Oberfläche zeigte dann eine Skleroskophärte von 26, der Kern aber nur von g.
Eine Aluminiumlegierung mit q.0/0 Kupfer und größerer Eigenhärte als die obige Siliciumlegierung
hatte nach gleicher Behandlung an der Oberfläche eine Härte von 29 und im Kern von
2 i. Wärmebehandlungen können nach Behandlung von Gegenständen gemäß der Erfindung
vorgenommen werden, um gewisse Eigenschaften des Aluminiums zu modifizieren oder
hervorzurufen, und können. die Härte der Oberfläche und des Kerns verändern; gewöhnlich
verbleibt aber ein relativer Härteunterschied im Gefolge der Behandlung gemäß der
Erfindung.