DE69410344T2 - Plattierungslegierung auf Aluminiumbasis und Verbundwerkstoff mit Kern aus 2000 oder 6000 Legierungen - Google Patents
Plattierungslegierung auf Aluminiumbasis und Verbundwerkstoff mit Kern aus 2000 oder 6000 LegierungenInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft ein plattiertes Blech aus Verbundwerkstoff mit einem Kern aus einer Aluminiumlegierung der Reihe 2000 oder der Kupfer enthaltenden Reihe 6000. In der nachfolgenden Beschreibung werden die Bezeichnungen der Aluminium Association verwendet.
- Herkömmliche Bleche aus Verbundwerkstoff, die in der Luftfahrt verwendet werden, insbesondere solche, die für Flugzeugrümpfe eingesetzt werden, bestehen in der Regel aus einem Kern aus 2024 sowie einer Oberflächenbeschichtung aus 1050 oder 1070, welche auf eine oder beide Seiten plattiert wird.
- Im Bereich der bei Flugzeugen sehr zahlreichen Nietverbindungen stellt dieser Aufbau jedoch eine Schwachstelle dar, da er das Eindringen von Korrosion in die Verbindung fördert, wie es schematisch in Figur 1 gezeigt ist.
- Auch wenn die 1050- oder 1070-Plattierung einen guten kathodischen Schutz des Kerns aus 2024 gegen Lochfraßkorrosion gewährleistet, ist die Gefahr des Auftretens von Korrosion quer zu den mit 1050 oder 1070 plattierten Blechverbindungen aus 2024 verhältnismäßig groß.
- Um dieses Problem zu lösen, hat die Anmelderin nach anderen Plattierungslegierungen gesucht, die ebenfalls einen guten kathodischen Schutz des Kerns aus 2000-Legierung gewährleisten und dabei einerseits für eine geringere Korrosionsanfälligkeit im Bereich der Verbindungen sorgen und andererseits 30 positiv zur mechanischen Festigkeit der plattierten Konstruktion beitragen.
- Das Patent FR 1343204 (The British Aluminium Company) schildert ein plattiertes Blech aus Verbundwerkstoff für Flugzeugrümpfe, insbesondere von Überschallflugzeugen, das eine gute Temperaturstabilität aufweist. Dabei besteht der Kern aus einer wärmebehandelten Legierung, z.B. einer Legierung der Reihe 2000, und die Plattierung aus einer Aluminiumlegierung, die (in Masse-%) 0,3 bis 1,3 % Silizium, 0,4 bis 1,5 % Magnesium und fakultativ 0,4 bis 1 % Mangan und 0,2 bis 1,5 % Zink enthält.
- Ein korrosionsbeständiges plattiertes Blech aus Verbundwerkstoff wird in der Patentschrift GB 485292 (Dürener Metawerke) beschrieben. Dabei besteht der Kern aus einer Aluminiumlegierung, die 2 bis 5 % Kupfer, 0,2 bis 1,5 % Silizium, 0,2 bis 1,5 % Mangan und 0,3 bis 2 % Magnesium enthält. Die Plattierung besteht aus einer Aluminiumlegierung, die Silizium, Mangan und Magnesium in den gleichen Konzentrationen, aber kein Kupfer enthält.
- Bekannt ist weiterhin die 6101-Legierung , die bei der Aluminium Association mit folgender Zusammensetzung in Masse-% registriert ist
- Si 0,3 - 0,7%
- Fe < 0,5%
- Cu < 0,10%
- Mn < 0,03%
- Mg 0,35 - 0,8%
- und insbesondere für die Herstellung von Stromkabeln verwendet wird.
- Das erfindungsgemäße plattierte Blech aus Verbundwerkstoff besteht aus einem Kern aus Aluminium legierung der Reihe 2000, Zustand T3 oder T 351, oder aus 6000-Kupferlegierung, Zustand T6 oder T 651, und einer ein- oder zweiseitigen Plattierung aus Aluminiumlegierung, die 1 bis 10 % der Gesamtdicke des Blechs darstellt, wobei die Plattierungslegierung enthält (in Masse-%):
- 0,15 bis 0,6 Si
- 0,3biso,8 Mg
- wenigeralso,15 Mn
- weniger als 0,4 Fe
- weniger als 0,10 Cu
- Sonstige Bestandteile : jeweils weniger als 0,05 %, insgesamt weniger als 0,15%
- Rest: Al.
- Eine bevorzugte Zusammensetzung der Plattierungslegierung ist die folgende:
- Si 0,20 bis 0,45
- Mg 0,45 bis 0,65
- Fe < 0,15
- Mn < 0,10
- Die Plattierungslegierung wird im herkömmlichen haibkontinuierlichen Gießverfahren in Form von Platten hergestellt und ist selbstverständlich kompatibel mit der thermomechanischen Verarbeitungsreihe der Kernlegierung, die in der Regel der Reihe 2000 (und dabei vorzugsweise die 2024 ist) oder der Kupfer enthaltenden Reihe 6000 angehört. Diese Reihe muß insbesondere das vollständige Lösungsglühen der Plattierungslegierung ermöglichen und dabei gleichzeitig deren Überhitzen verhindern, damit eine maximale Verfestigung erzielt wird.
- Die Verbindung Plattierungslegierung/Kern wird in der Regel durch gleichzeitiges Warmwalzen unter den für die Verarbeitung der Kernegierung gewöhnlichen Bedingungen realisiert, die dem Fachmann bekannt sind.
- Der auf diese Weise hergestellte Verbundwerkstoff besitzt eine mit der 0,2 %- Dehngrenze bei Restdehnung (Rp 0,2) gemessene Gesamffestigkeit, die um 1 bis 6 % erhöht ist, sowie eine Steifigkeit (Youngscher Modul), die verglichen mit einem 2024/1070-Verbund gleicher Geometrie um 1 bis 5 % erhöht ist.
- In Figur 1, die sich auf die ältere Technik bezieht, bezeichnet die Referenz 1 die Kerniegierung aus 2024 T351, Referenz 2 die Plattierung aus 1070 ; ein Niet ist mit 3 angedeutet und durch 4 wird die Korrosion in der Verbindung deutlich.
- Die Erfindung wird anhand des nachstehenden Beispiels, das durch die folgenden Figuren erläutert wird, besser verständlich:
- Figur 1: Schema galvanischer Korrosion in einer Nietverbindung.
- Figur 2: Korrosionserscheinung auf 2024/erfindungsgemäßer Legierung (x200), gemäß Korngrenzenkorrosionsversuch nach Norm AIR 9048.
- Figur 3: Korrosionserscheinung auf 2024/erfindungsgemäßer Legierung (x200), gemäß Interano-Versuch.
- Figur 4: Korrosionserscheinung auf 2024/erfindungsgemäßer Legierung (x200), gemäß ASSET-Versuch.
- Figur 5: Korrosionserscheinung auf 2024/1070, gemäß ASSET.
- Figur 6: Vorrichtung zur Simulation galvanischer Spaltkorrosion.
- Figur 7: Ergebnisse der galvanischen Korrosionsversuche auf 2024/1070 und 2024/erfindungsgemäßer Legierung.
- Zwei Bleche aus 2024 wurden beidseitig plattiert, zum einen mit der 1070 gemäß früherer Technik (80 pm pro Seite) und zum anderen mit der 6000- Legierung mit der obengenannten bevorzugten Zusammensetzung (40 um pro Seite); diese plattierten Bleche haben ein Gesamtdicke von 1,6 mm.
- Die Legierungsbestandteile und der Verbundwerkstoff wurden unter folgenden Bedingungen geprüft:
- Korngrenzenkorrosionsversuche nach Norm AIR 9048 und gemäß internem Interano-Verfahren an dem mit der erfindungsgemäßen Legierung plattierten Teil.
- Der Interano-Test besteht im wesentlichen aus elektrolytischem Ätzen der Probe während 6 Std. bei 1 mncm² in einer Elektrolytlösung im Raumtemperaturbereich, die 2M NaClO&sub4;, 0,1/3M AlCl&sub3; und 0,01M CrO&sub4; (NH&sub4;)2 enthält.
- Die sich dabei ergebenden Korrosionserscheinungen sind in Figur 2 und 3 dargestellt.
- Die Proben wurden während 6 Stunden bei 65ºC in eine ASSET-Lösung getaucht (Norm ASTM 66).
- Die sich dabei ergebenden Korrosionserscheinungen sind in Figur 4 und 5 aufgetragen.
- Es wird in beiden Fällen keine Korngrenzenkorrosion festgestellt, dafür aber eine maximale Lochfraßstellentiefe, die bei der 1070 größer ist als bei der erfindungsgemäßen Legierung.
- Korrosionsversuche in einer Nietverbindung, wobei die galvanische Korrosion durch den nachstehenden, in Figur 6 schematisch dargestellten Versuch simuliert wird.
- Man legt die Kerniegierung in eine nicht entlüftete Lösung, die 0,06M NaCl enthält, und die Plattierungslegierung in eine durch Stickstoffeinblasen entlüftete Lösung mit 0,02M AlCl&sub3;.
- Der galvanische Strom gibt Auskunft über die Korrosionsbeständigkeit, die umso höher ist, je schwächer der Strom ist. Dieser Strom bleibt nach 200 Stunden unterhalb 4 uA/cm², oder sogar 3 uA/cm².
- Die Ergebnisse, die bei den bis zu 15-tägigen Versuchen mit den Paaren 2024/1070 und 2024/erfindungsgemäße Legierung erzielt wurden, sind in Figur 7 aufgetragen.
- Folgende mechanischen Eigenschaften (Längs-Querrichtung) wurden im Zustand T3 erzielt:
- 2024/1070 Rp 0,2 = 310 MPa
- 2024/Erfindung Rp 0,2 = 325 MPa
- Es wurde weiterhin festgestellt, daß der Youngsche Modul des plattierten Verbundwerkstoffs der Erfindung geringfügig über dem des plattierten Verbundwerkstoffs älterer Technik liegt.
Claims (7)
1. Plattiertes Blech aus Verbundwerkstoff, bestehend aus einem Kern aus
Aluminiumlegierung der Reihe 2000, Zustand T3 oder T351, oder aus 6000-
Kupferlegierung, Zustand T6 oder T651, und einer ein- oder zweiseitigen
Plattierung aus Al-Legierung, deren Dicke 1 bis 10 % der Gesamtdicke beträgt,
wobei die Plattierungslegierung enthält (in Masse-%):
0,15 bis 0,6 Si
0,3 bis 0,8 Mg
weniger als 0,15 Mn
weniger als 0,4 Fe
wenigerals 0,10 Cu
Sonstige Bestandteile : jeweils weniger als 0,05 %
insgesamt weniger als 0,15 %
Rest: Al.
2. Plattiertes Blech aus Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Plattierungslegierung enthält (in Masse-%):
0,20 bis 0,45 Si
0,45 bis 0,65 Mg
weniger als 0,15 Fe
weniger als 0,10 Mn
weniger als 0,05 Cu.
3. Blech aus Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kerniegierung 2024 ist.
4. Blech aus Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Plattierung-Kern-Bindung durch gleichzeitiges
Warmwalzen hergestellt wird.
5. Blech aus Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der galvanische Korrosionsstrom während
Korrosionsversuchen in einer Nietverbindung bei einer Aussetzung von bis zu 200 Std
weniger als 4 pA/cm² beträgt, indem die Kerniegierung in eine nicht entlüftete
Lösung, die 0,06 M NaCl enthält, und die Plattierungslegierung in eine durch
Stickstoffeinblasen entlüftete Lösung mit 0,02M AlCl&sub3; gelegt wird.
6. Blech aus Verbundwerkstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der galvanische Strom bei einer Aussetzung von bis zu 200 Std. weniger
als 3 uA/cm² beträgt.
7. Verwendung des Blechs aus Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 bis 6
für Flugzeugrümpfe.
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