TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Herstellung eines verbundenen Metallprodukts, das ein geformtes Material
aus einer Nickel-Titan-Legierung umfaßt, und speziell auf ein Verfahren zur
Herstellung eines verbundenen Metallprodukts durch rasches und
einwandfreies Verbinden eines geformten Materials aus einer Nickel-Titan-
Legierung mit Formgedächtnis-Eigenschaften oder superelastischen
Eigenschaften, das sehr schwierig zu verbinden ist, an der erforderlichen
Stelle mit einem Material aus einer Legierung auf Nickelbasis.
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Gemäß der Erfindung ergibt sich so ein großer Bereich von Anwendungen
für Nickel-Titan-Legierungen, die Formgedächtnis-Eigenschaften oder
superelastische Eigenschaften haben, wobei hochwertige verbundene Produkte,
zum Beispiel Brillenfassungen, hergestellt werden können.
STAND DER TECHNIK
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Gegenwärtig hat sich bestätigt, daß eine Nickel-Titan-Legierung, die feste
Anteile von Nickel und Titan mit einem Atomverhältnis von ungefähr 1:1
aufweist, eine Legierung von ganz spezieller Eigenart ist, und diese
Legierung hat als neues Material die öffentliche Aufmerksamkeit auf jedem
industriellen Gebiet auf sich gezogen. Beispielsweise wurde eine gewisse
Art von Nickel-Titan-Legierung, bei der durch Wärmebehandlung ein
ausgezeichneter Gedächtniseffekt erhalten werden kann, für verschiedene
Verwendungen entwickelt, und zwar auf dem medizinischen Gebiet, wie
beispielsweise Knochenverbindungsteile in der Orthopädie, und
Operationsclips für Aneurysmen, und auch auf anderen praktischen Gebieten,
wie beispielsweise bei automatischen Regelvorrichtungen für den
Luftausstoßgrad eines Luftaufbereiters, bei automatischen
Fensterbetätigungsvorrichtungen für Gewächshäuser und/oder isotherme
Häuser, und bei Raumschiff-Antennen. Eine weitere Art von Nickel-Titan-
Legierung, die superelastische Eigenschaften und besondere chemische
Eigenschaften aufweist, und ein ziemlich geringes Gewicht hat, wird
gegenwärtig als Kernmaterial für Kleidungsstücke, wie Büstenhalter und
Korsetts, als Draht für Zahnregulierungen, und bei Brillenfassungen
verwendet. Wie erwähnt wurde, wird diese Legierung voraussichtlich in der
gesamten Industrie weite Verwendung finden.
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Bei den dem Stand der Technik entsprechenden Verfahren zum Verbinden
der obenerwähnten Nickel-Titan-Legierungen mit anderen Metallen ergibt sich
eine schlechte Qualität der metallischen Verbindung. Um solche Nickel-
Titan-Legierungen über kleine Gebiete zu verbinden, insbesondere für
Brillen, ist eine mechanische Verbindung mittels einer Niete oder einer
Schraube erforderlich, oder auf die Oberfläche des Verbindungsgebietes wird
zusätzlich eine zum Verbinden geeignete Metallplattierung aufgebracht, und
dann wird hartgelötet.
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Die Nieten- oder Schraubenmethode hat die folgenden Mängel: Der
Niet- oder Schraubvorgang ist ziemlich mühsam und nicht sehr wirksam; die
Verbindungsteile können leicht um die Achse der Niete oder Schraube gedreht
werden; und die Verbindungsgebiete können nicht kleiner gemacht werden als
die Größe der Nieten- oder Schraubenachse.
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Die Hartlötmethode weist andererseits den Mangel auf, daß die
Haltbarkeit der Verbindung bei einem äußeren Stoß gering ist, weil die
Haltbarkeit nur von der Haftung abhängt, die durch die Plattierschicht
erzeugt wird.
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Eine weitere Möglichkeit zum Verbinden dieser Nickel-Titan-Legierung
ist eine normale Schmelzschweißmethode. Der Erfinder hat diese
Verbindungsmethode tatsächlich ausprobiert und festgestellt, daß die
während des Schmelzens zugeführte Wärme die ursprüngliche Eigenart der
Legierung so verändert, daß die Legierung ihre Formgedächtnis-Eigenschaften
oder superelastischen Eigenschaften verliert, und gleichzeitig ergab sich
leicht eine Oxydation der geschweißten Bereiche, wodurch die Haltbarkeit
verlorenging. Daher kann diese Schmelzschweißmethode nicht als eine
brauchbare Methode angesehen werden.
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Alle obenerwähnten Mängel schränken natürlich das Verwendungsgebiet
solcher Nickel-Titan-Legierungen ein. Bei Brillen muß beispielsweise jedes
Teil wegen des Aussehens des gesamten Designs geringe Abmessungen haben,
was zur Folge hat, daß die Verbindungsfläche so klein wie möglich sein muß,
aber es ist ziemlich schwierig, aus den obenerwähnten Gründen bei
Verwendung von dem Stand der Technik entsprechenden Verbindungstechniken
eine zufriedenstellende Haltbarkeit zu erhalten. Dies ist einer der
Hauptgründe dafür, daß die Brillen aus Nickel-Titan-Legierung gegenwärtig
auf dem Markt nicht weit verbreitet sind.
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Im Hinblick auf die obige Situation hat der Erfinder ein neuartiges
Verfahren zum Verbinden von Nickel-Titan-Legierungen, die Formgedächtnis-
Eigenschaften oder Superelastizität haben, mit anderen geformten
metallischen Materialien entwickelt.
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In EP-A-0338586 wird ein Verfahren zum Verbinden eines
Brillenbügelteils aus einer superelastischen Ti-Ni-V-Legierung mit einer
Endkappe aus rostfreiem Stahl beschrieben, wobei bei diesem Verfahren die
Kappe an dem Bügelteil mechanisch befestigt wird und eine Verbindung durch
Löten verwirklicht wird.
TECHNISCHES PROBLEM
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein neuartiges Verfahren
vorzuschlagen zum Verbinden eines geformten Materials aus einer Nickel-
Titan-Legierung mit einem anderen geformten Material aus einer ähnlichen
oder verschiedenen Legierung auf Nickelbasis, ohne irgendwelche
Formgedächtnis- oder Superelastizitätseigenschaften einer solchen Nickel-
Titan-Legierung zu verschlechtern.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen zur
Herstellung eines verbundenen metallischen Produkts, das ein geformtes Teil
umfaßt, das aus einer Nickel-Titan-Legierung gebildet ist, deren
Nickelgehalt 40-60 Atomprozent beträgt, und deren Titangehalt 60-40
Atomprozent beträgt, bei wahlfreier Ersetzung von bis zu 10 Atomprozent des
Nickels oder Titans durch ein oder mehrere der Elemente V, Al, Co, Cr, Fe,
Cu, Nb und Zr, und ein weiteres geformtes Legierungsteil umfaßt, das aus
einer Legierung auf Nickelbasis gebildet ist, wobei bei diesem Verfahren
das geformte Teil mit dem weiteren geformten Legierungsteil über jeweilige
Verbindungsbereiche dieser Teile mittels eines Wärmevereinigungsprozesses
verbunden wird; dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausführung dieser
Verbindung die Verbindungsbereiche der geformten Teile in einer inerten
Atmosphäre rasch erhitzt und zusammengepreßt werden, so daß die geformten
Teile einer örtlichen Erweichung in den Verbindungsbereichen unterworfen
werden und zusammengepreßt werden, um eine geschmiedete metallurgische
Verbindung zwischen den Verbindungsbereichen zu verwirklichen.
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Der Ausdruck "geformtes Metall aus einer Nickel-Titan-Legierung"
bedeutet hauptsächlich das Formungsmetall aus einer Nickel-Titan-Legierung,
die ein Formgedächtnis und Superelastizität hat, und diese Legierung
besteht aus 60-40 Atomprozent Nickel und 40-60 Atomprozent Titan, wobei bei
dieser Legierung anstelle von bis zu 10 Atomprozent des Nickels oder Titans
ein oder mehrere der Elemente Vanadium (V), Aluminium (Al) Kobalt (Co),
Chrom (Cr), Eisen (Fe) Kupfer (Cu). Niob (Nb) und Zirkon (Zr) enthalten
sein können.
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Der Ausdruck "Legierung auf Nickelbasis" bedeutet eine sogenannte
allgemeine Legierung auf Nickelbasis, die verschieden von der obigen
Legierung ist.
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Bei der Herstellung von Brillenfassungen brachte der Erfinder
Formungsmetall aus einer Nickel-Titan-Legierung in Berührung mit einer
anderen Legierung auf Nickelbasis von ähnlicher oder verschiedener
Qualität, und danach wurden die zwei Legierungen an der Berührungsstelle
einem metallurgischen Verbindungsprozeß unterworfen, wobei eine
Schmiedestruktur gebildet wurde, und so ist es ihm gelungen, ein
verbundenes Metall zu verwirklichen, bei dem das Formungsmetall aus einer
Nickel-Titan-Legierung einwandfrei verbunden ist.
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Mit anderen Worten, die Schmiedestruktur, die bei der
Berührungsstelle gebildet wird, kann erhalten werden, wenn die Legierungen
im aufgeschmolzenen Zustand zusammengepreßt werden. Diese Legierungen
können für Brillenteile ausgewählt werden.
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Um nun die Verbindung zu verwirklichen, wird eine ähnliche Nickel-
Titan-Legierung oder eine verschiedene Legierung auf Nickelbasis für das
andere geformte Teil ausgewählt, wobei der Grund dafür auf der
metallurgischen Theorie basiert, daß beide Legierungen Nickel enthalten
müssen.
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Die geschmiedete, metallurgische Verbindung an den Verbindungsstellen
wird verwirklicht, damit eine feste, zuverlässige Verbindung beider Teile
erhalten wird.
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Wenn das geformte Teil aus einer Nickel-Titan-Legierung mit dem
geformten Teil aus einer Legierung auf Nickelbasis verbunden wird, werden
die Verbindungsstellen beider Materialien in der inerten Atmosphäre rasch
erhitzt, bis sie schmelzweich werden, und jede Stelle wird in einem
erhitzten, weichen Zustand durch hohen Druck zusammengepreßt, wobei die
geschmiedete, metallurgische Verbindung erhalten wird.
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Wie oben erklärt wurde, wird die geschmiedete, metallurgische
Verbindung an den Verbindungsstellen durch eine Vereinigung bei hohem Druck
während des durch Wärme hervorgerufenen Erweichungszustandes erhalten.
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Für das Herstellungsverfahren werden die folgenden ausführlichen
Erklärungen gegeben:
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Wenn ein bestimmter Bereich des aus einer Nickel-Titan-Legierung
bestehenden, geformten Metalls mit dem aus einer Legierung auf Nickelbasis
bestehenden, geformten Metall verbunden wird, kann die Nickel-Titan-
Legierung für das eine Teil ausgewählt werden aus der Legierung, die aus
60-40 Atomprozent Nickel und 40-60 Atomprozent Titan besteht, oder aus
einer Formgedächtnis-Legierung, die aus einer ähnlichen Legierung besteht,
aber mehr als zwei der Elemente V, Al, Co, Cr, Fe, Cu, Nb und Zr enthält,
ohne daß diese Elemente insgesamt 10 Atomprozent der Legierung übersteigen,
oder auch aus einer superelastischen Legierung, während die Legierung auf
Nickelbasis für das andere Teil aus einer Nickel-Molybdän-Legierung, oder
einer Nickel-Chrom-Legierung, oder auch einer Nickel-Chrom-Eisen-Legierung
ausgewählt werden kann.
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Der Verbindungsbereich des aus der Nickel-Titan-Legierung gebildeten,
geformten Teils kann für die Glühbehandlung vorpositioniert werden.
Gleichzeitig können die proximalen Gebiete der Verbindungsstellen der Teile
aus der Nickel-Titan-Legierung und der Legierung auf Nickelbasis, außer an
den Verbindungsstellen, mit einem wärmeleitenden Metall bedeckt werden, um
eine wärmeabstrahlende Vorrichtung zu bilden, wodurch eine Überhitzung
dieser Gebiete vermieden wird, und an diesen Verbindungsstellen rasch eine
hohe Temperatur erreicht wird, um die Stellen aufzuschmelzen, damit die
metallurgische Verbindung zwischen den Teilen erhalten wird. Die
Brillenteile können auch aus diesem Verbindungsmaterial gewählt werden.
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Bei dieser Spezifikation bedeutet der "Verbindungsbereich" die
Verbindungsstelle und ihre proximalen Gebiete.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht einer metallischen
Brillenfassung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die Figur 2 ist ein teilweise vergrößerter Grundriß des
Verbindungsbereichs für eine Verbindungsstange bei derselben Brille.
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Die Figur 3 ist eine erklärende Ansicht, die einen Biegetest für eine
vordere Fassung bei derselben Brille wiedergibt.
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Die Figur 4 ist eine erklärende Ansicht, die einen Zugspannungstest
für den Biegebereich wiedergibt.
BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiel 1
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Ein Drahtstab von 1,4 mm Durchmesser und 7 cm Länge aus einer
superelastischen Nickel-Titan-Legierung, die aus 50-51 Atomprozent Nickel,
50-49 Atomprozent Titan, und weniger als 0,5 Atomprozent anderen
Bestandteilen besteht, soll mit einem Stab von 2 mm Durchmesser und 10 cm
Länge aus einer Nickel-Chrom-Legierung, die aus 81 Gewichtsprozent Nickel,
13 Gewichtsprozent Chrom, und 7 Gewichtsprozent anderen Bestandteilen
besteht, an der Spitze jedes Endes verbunden werden.
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Zunächst werden die proximalen Gebiete des Verbindungsbereichs der
superelastischen Legierung mittels Hochfrequenz erhitzt, um sie zu glühen,
wobei der Verbindungsbereich durch Entfernung von Oxyden, Ölen und Fetten
gereinigt wird. In ähnlicher Weise werden ebenfalls die proximalen Gebiete
des Verbindungsbereichs der Nickel-Chrom-Legierung gereinigt.
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Danach wird jeder Verbindungsbereich über eine Oberfläche von 2 mm²
kontaktiert und in einer Einspannvorrichtung befestigt, und dann wird,
während ein Druck von 20 kg/mm² auf die Verbindungsstelle gegeben wird,
eine Chrom-Kupfer-Platte um die proximalen Gebiete herumgelegt. Die sich
ergebende Anordnung wird in die Inertgas-Atmosphäre (Argon) eingebracht,
und 3 Perioden eines elektrischen Stroms von 1000 A bei 3 Volt
werden durch die Verbindungsstelle geschickt, wobei jede Verbindungsstelle
sofort weißglühend wird und aufschmilzt, und durch den Druck mit dem
anderen Verbindungsbereich zu einem integralen Körper verbunden wird. Das
nach diesem Verfahren erhaltene Metallprodukt wird "Muster 1" genannt. Als
Temperatur dieser weißglühenden Stelle werden 1.300-1.400ºC gemessen.
Ausführungsbeispiel 2
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Ein Drahtstab von 1,4 mm Durchmesser und 7 cm Länge aus einer Nickel-
Titan-Formgedächtnis-Legierung, die aus 40-60 Atomprozent Nickel, 60-40
Atomprozent Titan, weniger als 3 Atomprozent Kupfer und weniger als 0,5
Atomprozent anderen Bestandteilen besteht, soll mit einem Stab von 2 mm
Durchmesser und 10 cm Länge aus einer Nickel-Kupfer-Legierung (=
Monelmetall), die aus mehr als 63 Gewichtsprozent Nickel und mehr als 21
Gewichtsprozent Kupfer besteht, auf die gleiche Weise wie bei dem
Ausführungsbeispiel 1, außer daß der elektrische Strom 1.500 A beträgt,
verbunden werden. Bei diesem Verfahren wird eine sehr robuste Verbindung
erhalten. Das sich ergebende Metallprodukt wird "Muster 2" genannt.
Ausführungsbeispiel 3
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Eine wirkliche metallische Fassung für eine Brille wird nun auf die
folgende Weise hergestellt.
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Nachstehend wird auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen, wo die
Kennziffer 1 zwei symmetrisch angeordnete Einfassungen bezeichnet, die zwei
Linsen (nicht wiedergegeben) festhalten. Bei dieser Ausführungsform ist
jede Einfassung 1 aus einer Nickel-Chrom-Legierung gebildet, die aus 80
Gewichtsprozent Nickel, 13 Gewichtsprozent Chrom, und 7 Gewichtsprozent
anderer Bestandteile besteht, und außerdem aus einer Nickel-Kupfer-
Legierung (= Monelmetall) gebildet, die aus mehr als 63 Gewichtsprozent
Nickel und mehr als 21 Gewichtsprozent Kupfer besteht.
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Die Kennziffer 2 bezeichnet eine Verbindungsstange in Form eines
langen Stabes, der die Einfassungen 1 miteinander verbindet, während die
Kennziffer 3 einen bogenförmigen Verbindungsbügel 3 bezeichnet, der
unterhalb der Verbindungsstange 2 angeordnet ist. Die Einfassungen 1, die
Verbindungsstange 2 und der Verbindungsbügel 3 bilden eine vordere Fassung
F einer metallischen Brillenfassung. Sowohl die Verbindungsstange 2, als
auch der Verbindungsbügel 3 sind aus einer superelastischen Nickel-Titan-
Legierung gebildet, die aus 50-51 Atomprozent Nickel, 50-49 Atomprozent
Titan und 0,5 Atomprozent oder weniger anderen Bestandteilen besteht.
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Die Kennziffer 4 bezeichnet zwei Auflagearme, von denen jeder eine
Nasenauflage P trägt. Die Auflagearme 4 sind am Fuß des Verbindungsbügels
3 symmetrisch angebracht. Jeder Auflagearm 4 besteht aus einer Nickel-
Titan-Formgedächtnis-Legierung, die aus 40-60 Atomprozent Nickel, 60-40
Atomprozent Titan, 3 Atomprozent oder weniger Kupfer, und 0,4 Atomprozent
oder weniger anderen Bestandteilen besteht. Diese Formgedächtnis-Legierung
ist sowohl bei martensitischen, als auch bei austenitischen Temperaturen
vorpositioniert, so daß die in den martensitischen Zustand umgewandelte
Kristallstruktur beim Eintauchen in 700 warmes Wasser in den ursprünglichen
austenitischen Zustand zurückkehrt.
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Die Kennziffer 5 bezeichnet zwei Seitenstücke aus einer L-förmig
gebogenen Blattfeder, die mit der jeweiligen Seite der vorderen Fassung F
verbunden werden. Jedes Seitenstück 5 ist aus der gleichen superelastischen
Nickel-Titan-Legierung gebildet wie die Verbindungsstange 2 und der
Verbindungsbügel 3.
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Die Kennziffer 6 bezeichnet zwei Ohr-Befestigungsarme, die über ein
Scharnier h an den Seitenstücken 5 befestigt werden. Die Arme 6 sind
ebenfalls aus der gleichen superelastischen Nickel-Titan-Legierung gebildet
wie die Verbindungsstange 2 und der Verbindungsbügel 3.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel 3 sind die Verbindungsstange 2 und der
Verbindungsbügel 3 mit den Einfassungen 1 verbunden. Die Auflagearme 4 sind
in der Nähe des jeweiligen Fußes des Verbindungsbügels 3 ebenfalls mit der
jeweiligen Einfassung 1 verbunden, während die Seitenstücke 5 mit der
jeweiligen Seite der vorderen Fassung verbunden sind. Alle diese
verbundenen Bereiche bilden Schmiedemetallstrukturen mit einer
metallurgischen Verbindung. Um die Nickel-Titan-Legierung mit der Legierung
auf Nickelbasis zu verbinden, wird der Verbindungsbereich jeder Legierung
in einem Inertgas (z.B. Argon) erhitzt, um aufgeschmolzen zu werden.
während beide Legierungen durch hohen Druck während eines Augenblicks
zusammengepreßt werden. Infolge dieser augenblicklichen
Erhitzungsbehandlung bilden der Verbindungsbereich und die proximalen
Gebiete eine sehr feste, geschmiedete, metallurgische Verbindung.
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Die Verbindungsbehandlung für die Teile einer wirklichen Brille
werden nun ausführlich erklärt.
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Zunächst werden alle Verbindungsenden dieser aus einer Nickel-Titan-
Legierung bestehenden Brillenteile, wie die Verbindungsstange 2, der
Verbindungsbügel 3 und die Auflagearme 4, mittels Hochfrequenz teilweise
geglüht. Danach werden Verunreinigungen, wie Oxyde, Öle, Fette und so
weiter vollständig entfernt zwecks sauberer Verarbeitung. In ähnlicher
Weise werden die aus einer Legierung auf Nickelbasis bestehenden
Einfassungen 1 vollständig gereinigt.
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Dann werden die Endabschnitte von jedem der Brillenteile 2, 3 und 4
durch eine Druckluftzylinder-Einspannvorrichtung so festgeklemmt, daß sie
die Einfassungen 1 in richtiger Weise berühren. Um alle Berührungsbereiche,
einschließlich der proximalen Gebiete, werden Chrom-Kupfer-Bänder
gewickelt, die als Wärmestrahler wirken. Dann werden in einer Inertgas (=
Argon)-Atmosphäre 3 Perioden eines elektrischen Stroms von 1.000 bis 2.000
A während 0,05 Sekunden hindurchgeschickt, wobei alle Verbindungsbereiche
sofort weißglühend werden und bei 1.300-1.450ºC aufschmelzen, und in diesem
Augenblick wird über die Druckluftzylinder- Ei nspannvorrichtung ein Druck
von 20 kg/mm² auf die Verbindungsstellen gegeben, und so werden beide
Legierungen vollständig miteinander verbunden. Nach Abkühlung während 3
Minuten bei normaler Temperatur wurden die Verbindungsbereiche
auseinandergebrochen und sorgfältig untersucht. Dabei hat sich bestätigt,
daß die innere Struktur des Verbindungsbereichs eine gleichmäßige,
geschmiedete, metallurgische Verbindung mit einer Dicke von 0,5-1 mm bei
den Schmiedegebieten in Form eines vollständig vereinigten Körpers
darstellt.
Test
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Das bei dem Ausführungsbeispiel 1 erhaltene Muster 1, und das bei dem
Ausführungsbeispiel 2 erhaltene Muster 2 wurden wie folgt getestet.
(1) Biegetest
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Die zwei Muster 1 und 2 wurden einem Biegetest unterworfen, bei dem
eine Biegung um 90 Grad nach vorne und hinten (insgesamt um 180 Grad) bei
30 Biegungen pro Minute während insgesamt 240 Zyklen ausgeführt wurde.
Dabei ergab sich, daß die zwei Muster ihre ursprüngliche Form ohne
irgendeine sichtbare Verformung zurückgewannen, und es wurde auch keine
Verschlechterung der elastischen Kraft beobachtet.
(2) Zugspannungstest
Die zwei Muster 1 und 2 wurden mit einem Zugspannungstester, Modell
AGS-A, hergestellt von Kabushiki Kaisha Shimadzu Seisakusho getestet, und
die Ergebnisse sind nachstehend wiedergegeben. Bei dem Test wurden beide
Enden des Musters mittels einer Klammer festgeklemmt, und dann wurden diese
Enden gewaltsam auseinandergezogen.
(2)-1 Muster 1
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Als die Zugbelastung 82,7 kp erreichte, zerriß das Objekt an der
Verbindungsstelle des superelastischem Drahtes. Diese Festigkeit ist recht
gut für die praktische Verwendung.
(2)-2 Muster 2
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Als die Zugbelastung 55,1 kp erreichte, zerriß das Objekt an der
Verbindungsstelle des Drahtes aus der Nickel-Kupfer-Legierung
(=Monelmetall). Die erhaltene Festigkeit ist ebenfalls zufriedenstellend
für die praktische Verwendung.
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Nun wurden gemäß dem Ausführungsbeispiel 3 eine Verbindungsstange 2
von 1,4 mm Durchmesser und 7 cm Länge, und ein Verbindungsbügel 3 von 1,2
mm Durchmesser und 3,5 cm Länge, beide aus einer superelastischen Nickel-
Titan-Legierung mit 50-51 Atomprozent Nickel, 50-49 Atomprozent Titan, und
weniger als 0,5 Atomprozent anderen Bestandteilen, mit Einfassungen 1 von
2 mm Durchmesser und 18 cm Länge aus einer Nickel-Chrom-Legierung mit 80
Gewichtsprozent Nickel, 12 Gewichtsprozent Chrom und 7 Gewichtsprozent oder
weniger anderen Bestandteilen verbunden. Die sich ergebende, verbundene
Metallstruktur wird nun "Muster 3" genannt (siehe Figur 2). Andererseits
wurde ein Auflagearm 4 von 1 mm Durchmesser und 15 mm Länge aus einer
Nickel-Titan-Formgedächtnis-Legierung mit 40-60 Atomprozent Nickel, 60-40
Atomprozent Titan, 3 Atomprozent oder weniger Kupfer, und 0,4 Atomprozent
oder weniger anderen Bestandteilen mit einer Einfassung 1 von 2 mm
Durchmesser und 15 cm Umfang aus einer Nickel-Kupfer-Legierung (=
Monelmetall) mit mindestens 63 Gewichtsprozent Nickel und mindestens 21
Gewichtsprozent Kupfer verbunden. Das sich ergebende Metallprodukt wird nun
"Muster 4" genannt. Die Bedingungen für die Ausführung dieser zwei
Verbindungen unterschieden sich nur durch die Stärke des elektrischen
Stroms, und zwar war dieser Strom 1.000 A bei dem Muster 3, und 1.500 A bei
dem Muster 4.
(1) Biegetest
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Das Muster 3 wurde einem Biegetest unterworfen, bei dem, wie in der
Figur 3 gezeigt ist, eine Biegung um 90 Grad nach vorne und hinten
(insgesamt um 180 Grad) bei 30 Biegungen pro Minute während insgesamt 240
Zyklen ausgeführt wurde. Dabei ergab sich keine sichtbare Verformung und
auch keine Verschlechterung der elastischen Stärke.
(2) Zugspannungstest
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Bei dem Muster 3 und dem Muster 4 wurde ein Bereich, der sich auf
jeder Seite bis ungefähr 3 cm bzw. 15 mm von der Mitte der
Verbindungsstelle zwischen der Verbindungsstange 2 und den Einfassungen 1
erstreckte, zum Testen ausgeschnitten, und mittels des Zugspannungstesters,
Modell AGS-A, hergestellt von Kabushiki Kaisha Shimadzu Seisakusho wurde
auf die gleiche Weise wie oben ein Zugspannungstest ausgeführt. Dabei
wurden die folgenden Ergebnisse erhalten:
(2)-1 Muster 3
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Als die Zugbelastung 82,7 kp erreichte, zerriß die Testprobe an der
Verbindungsstelle des superelastischen Drahtes. Diese Festigkeit ist völlig
ausreichend, um die Anforderungen bei der Herstellung der vorderen Fassung
für Brillen zu erfüllen.
(2)-2 Muster 4
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Als die Zugbelastung 55,1 kp erreichte, zerriß die Testprobe an der
Verbindungsstelle des Biegebereichs. Diese Robustheit erfüllt ebenfalls die
Anforderungen bei der Herstellung eines Auflagearms für Brillen.
(3) Formgedächtnis-Test
Um festzustellen, ob die Verbindungsbehandlung das voreingestellte
Formgedächtnis beeinträchtigt, wurde das Muster 4 bei 20ºC Lufttemperatur
um 5 mm gebogen. Danach wurde es mit 70ºC heißem Wasser in Berührung
gebracht, wobei die voreingestellte, ursprüngliche Form beinahe vollständig
zurückgewonnen wurde.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obenerwähnten
Ausführungsformen begrenzt. Beispielsweise wird bei den oben beschriebenen
Ausführungsformen eine teilweise Glühbehandlung der Nickel-Titan-Legierung
ausgeführt, und diese Glühbehandlung hat den zusätzlichen Zweck, einen
Bruch bei einem späteren Preßschritt zu verhindern. Ein solcher Glühvorgang
ist nicht erforderlich, wenn das verbundene Material eine genügende Dicke
oder Größe hat, um keinen Bruch bei einer Nachbehandlung zu riskieren. Es
ist auch möglich, die Verbindungsbereiche jedes Materials so auszuführen,
daß sie vorspringen, damit die Erhitzung darauf zentralisiert werden kann.
Diese Vorgehensweisen liegen innerhalb des Geltungsbereichs der
vorliegenden Erfindung.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Wie oben gezeigt wurde, ermöglicht diese Erfindung die Herstellung
eines verbundenen Metallprodukts, bei dem eine feste Verbindung zwischen
einem Material aus einer Formgedächtnis-Legierung oder superelastischen
Legierung und einem weiteren Material aus einer Legierung auf Nickelbasis
selbst dann erhalten werden kann, wenn die Verbindungsgebiete ziemlich
klein sind. Dies ist in der Brillenindustrie, der Industrie für
medizinische Ausrüstungen, und auf allen anderen industriellen Gebieten
nützlich.
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Andererseits kann gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, bei
dem ein Material aus einer Nickel-Titan-Legierung und ein Material aus
einer Legierung auf Nickelbasis in dem geschmolzenen Zustand
zusammengepreßt werden, um eine geschmiedete Struktur in dem
Verbindungsbereich zu erzeugen, und um die beiden Materialien so zu
verbinden, daß eine integrale metallurgische Verbindung erhalten wird, das
Material aus einer Nickel-Titan-Legierung mit anderen, verschiedenen
Materialien aus einer Legierung auf Nickelbasis, die mit bisherigen
Techniken ziemlich schwierig zu verbinden sind, fest verbunden werden.
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Gleichzeitig werden bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung das
Material aus einer Nickel-Titan-Legierung und das Material aus einer
Legierung auf Nickelbasis so stark erhitzt, daß sie aufschmelzen, aber der
erhitzte Bereich ist auf ein sehr schmales Gebiet beschränkt, und außerdem
ist die Erhitzungszeit sehr kurz, was zur Folge hat, daß diese Erhitzung
die erforderlichen Eigenschaften, außer in den erhitzten Gebieten, nicht
wesentlich verschlechtert. Außerdem kann eine einwandfreie Verbindung sehr
rasch ausgeführt werden.