-
Verfahren zur Herstellung von zu Platten, Blechen oder Folien aus
mit Aluminium plattiertem Zink auswalzbaren Werkstücken Gegenstand der Erfindung
ist ein Verfahren zur Herstellung von zu Platten, Blechen oder Folien aus mit Aluminium
plattiertem Zink auswalzbaren Werkstücken, bei dem auf den mit dem Zink zu verbindenden
Flächen der zum Plattieren bestimmten Aluminiumbleche od. dgl. zunächst eine Aluminium-Zink-Legierung
gebildet und dann das Zink in Berührung mit dieser Zwischenschicht vergossen wird.
-
In erster Linie befaßt sich also die Erfindung mit der Hersbellung
von Werkstücken von der Art der Barren, Blöcke od. dgl., aus denen aluminiumplattierte
Zinkfolien, dünne Bleche oder Platten durch die üblichen Walzvorgänge hergestellt
werden sollen. Ein derartiger Block pflegt in seiner Ausgangsform etwa 5 cm Dicke
aufzuweisen. Bei der Durchführung des neuen Verfahrens im großem wurden mit ibestem
Erfolg aus solchen Blöcken Folien von der Dicke von o,ooo46 bis o,ooo5 I cm hergestellt.
Hierbei gelang es, im wesentlichen das ursprüngliche Verhältnis von 5% des Aluminiumüberzugs
auf jeder Oberfläche der sich ergebenden Folie einzuhalten.
-
Um das Aluminium und. das Zink gemeinsam bis zu einer geringen Dicke
auswalzen zu können und dabei auf jeder Oberfläche eine Aluminiumschickt
zu
erhalten, die 5 % der Dicke des schichtweise angeordneten Metalls beträgt, muß die
Bindeschicht zwischen dem Aluminium und dem Zink relativ dünn und im wesentlichen
vollkommen gleichförmig sein. Wie bekannt, sind Aluminium-Zink-Legierungen weniger
dehnbar als reines Aluminium oder Zink. Unregelmäßigkeiten in der Haftung des Aluminiums
an das Zink oder Ungleichmäßigkeiten in der Dicke oder dem Charakter der Bindeschicht
müssen dazu führen, daß das Aluminium von dem Zink abgestreift oder die dünne Aluminiumdeckschicht
zerrissen wird. Eine verhältnismäßig dicke Bindeschicht zwischen den beiden Metallen
würde ebenfalls das Auswalzen des plattierten Metalls zu dünnen Blechen oder Folien
ohne Trennung der einzelnen Schichten oder Zerreißen der Oberflächenschicht verhindern.
-
Bisher bestand der einzige bekannte Weg zur Erzeugung von dünnen aluminiumüberzogenen
Zinkblechen darin, Bleche aus Aluminium und Zink bei erhöhter Temperatur zusammenzupressen.
Bei diesem Verfahren führte aber die unvermeidliche Gegenwart von Aluminiumoxyd
auf dem Aluminiumblech dazu, daß ein gleichmäßiger Verband zwischen den beiden Metallen
nicht erzielt werden konnte, so daß, wenn derartig plattierte Metallwerkstücke zu
Folien ausgewalzt werden sollten, die einzelnen Metallschichten sieh trennten oder
die dünnere Metallschicht zerriß, ein Mißstand, der beim Großversuch mit dem Verfahren
gemäß der Erfindung nicht auftrat.
-
Da nach der Erfindung aluminiumplattierte Zinkwerkstücke hergestellt
werden sollen, die sich zum Auswalzen zu dünnen Blechen oder Folien eignen, muß
eine Bindeschicht zwischen den Metallen geschaffen werden, die im wesentlichen gleiche
Ausdehnungsfähigkeit mit den benachbarten Flächen der beiden Plattierungsmetalle
aufweist und von einer im wesentlichen gleichförmigen und von dem Hersteller bestimmbaren
Dicke ist. Hierin ist die eigentliche Grundlage der Herstellung eines zusammengesetzten
Metalls zu sehen, das den oben geschilderten Beanspruchungen beim Walzen widersteht
und am Ende des Walzvorganges eine Folie ergibt, die annähernd das gleiche Mengenverhältnis
zwischen Aluminium und Zink aufweist wie das ursprüngliche Werkstück, ohne daß hierbei
Ungleichförmigkeiten bei einer der Metallschichten oder ein Zerreißen des Verbands
vorkommen.
-
Zwar war schon früher bekannt, daß Aluminium zum Anhaften an einen
Metallkern durch Abreiben der Oberfläche des Kernmetalls beim Eintauchen in geschmolzenes
Aluminium gebracht werden kann, jedoch kann dies Verfahren nur dann angewendet werden,
wenn der Aluminliumüberzug auf Einzelgegenstände aufgebracht werden soll, die in
ein Bad eingetaucht werden können und demgemäß natürlich aus einem Metall beistehen
müssen, dessen Schmelzpunkt wesentlich über dem des Aluminiums liegt.
-
Beispielsweise sind zwei Verfahren bekanntgeworden, die sich mit dem
Überziehen von Eisen und Kupfer mit Aluminium befaßten, wobei in beiden Fällen eine
vorhergehende Verzinnung des Kernmetalls angewendet wurde. Im einen Fall wurde durch
Abreiben die Verzinnungsschicht entfernt, nachdem das Kernmetall in dem Aluminium
untergetaucht war, während im anderen Fall die Verzinnungsschicht als Teil der verbindenden
Legierungschicht verwendet wurde. Beide Verfahrensweisen brachten aber offensichtlich
eine erhebliche Lösung des einen Metalls indem anderen mit sich, diie niemals zulässig
sein könnte in Fällen, wo das fertiggestellte Stück einem Walzvorgang unterworfen
werden soll, um seinen Querschnitt sehr erheblich zu vermindern, und zwar deshalb,
weil durch die Lösung eine verhältnismäßig dicke verbindende Legierungsschicht entstand,
deren geringere Dehnbarkeit ein erfolgreiches Auswalzen verhindern würde.
-
Gemäß der Erfindung wird ein aus Aluminium und Zink zusammengesetzter
Metallkörper dadurch hergestellt, daß eine im wesentlichen gleichförmige legierende
Bindung zwischen dem Zink und dem Aluminium gebildet wird. Zu diesem Zweck wird
zunächst eine Legierung von Zink und Aluminium auf derjenigen Oberfläche des Aluminiums
erzeugt, die mit dem Zink verbunden werden soll, und zwar unter solchen Bedingungen,
daß eine im wesentlichen gleichförmige Art und Dicke dieser Legierungsschicht auf
der ganzen Verbindungsfläche gesichert wird. Hierauf wird über diese Legierungsschicht
Zink aufgeschmolzen, wobei eine legierte Bindeschicht zwischen dem Zink und dem
Aluminium hergestellt wird, die im wesentlichen stetig und gleichförmig ist. Hierdurch
werden die den früheren Verfahren anhaftenden Ungleichförmigkeiten und Ungleichmäßigkeiten
der Haftung vermieden. Durch geeignete Regelung der relativen Temperaturen des Zinks
und Aluminiums unter Berücksichtigung des Wärmeaufnahmevermögens der zusammenwirkenden
Metallvolumina kann die Dicke der erzeugten legierten Bindeschicht bis zu einem
vorbestimmten Betrag gewünschtenfalls während des Schmelzvorgangs vergrößert werden.
-
Für die meisten Zwecke ist es wünschens wert, die Ausdehnung des Überzugsmetalls
der Außenfläche des zu erzeugenden Endprodukts anzupassen, jedoch kann auch gewünschtenfalls
der Aluminiumüberzug nur auf einer oder einem Teil der Begrenzungsflächen des hergestellten
Werkstücks angeordnet werden, so daß der im folgenden mehrfach gebrauchte Ausdruck
Umhüllung auch Überzüge umfaßt, die nicht alle Flächen des Zinkkerns überdecken.
Ferner können nach .dem neuen Verfahren außer Werkstücken von der Art der Platten,
Barren, Blöcke od. dgl. Bauch andere Formen hergestellt werden, wie Röhren, Stangen
od. dgl. Demgemäß werden unter Werks-tüaken im Sinne der Erfindung solche jeder
Art und Form verstanden, bei denen eine Aluminiumplanierung auf einem Zinkkern beabsichtigt
ist.
-
Als Ausführungsbeispiel wird -im folgenden die Hersteillung einer
Platte od. dgl. aus mit Aluminium plattiertem Zink besprochen. Hierbei wird vorzugsweise
wie folgt verfahren.
Zunächst wird das Aluminium in einer Form bereitgestellt,
die zur Herstellung einer geeigneten Umhüllung dienen kann. Die Dicke dieser Umhüllung
kann innerhalb verhältnismäßig weiter Grenzen geändert werden. Die Hülle soll, besonders
wenn der plattierte Körper einer Mehrzahl von Walzvorgängen unterworfen werden soll,
nicht zu dick sein, weil die später zu bildende legierte Bindeschieht dazu neigt,
während der Vorwalzgänge zerstört zu werden. Die praktische Erfahrung hat gezeigt,
daß eine Dicke von I bis I,3o cm etwa die oberste Grenze darstellt, die für die
Aluminiumhülle verwendet werden kann. Anderseits soll die Hülle nicht so dünn im
Verhältnis zu dem Volumen des Zinkkernes sein, daß die relativen Wärmeaufnahmevermögen
der beiden Metallkörper eine so starke Diffusion des Zinks in dem Aluminium hervorrufen,
daß sie an der äußeren Aluminiumfläche zur Geltung kommt. Wenn der Zinkkern hinreichend
dünn oder schwach gemacht wird oder die Temperaturverhältnisse zwischen Zink und
Aluminium in anderer Weise zweckmäßig geregelt werden, kann man aber mit der Dicke
der Aluminiumhülle bis zu einigen tausendstel Zentimeter herabgehen. Zwischen diesen
Grenzen kann die Dicke der Hülle mit Rücksicht auf den wünschenswerten Prozentsatz
von Aluminium und Zink in dem Endprodukt gewählt werden.
-
Die Hülle wird vorzugsweise aus warm gewalztem Aluminiumblech hergestellt,
weil hierdurch eine von vornherein gut ausgeglühte Hüllschicht mit verhältnismäßig
sauberer Oberfläche erzielt wird. Gewünschtenfalls kann aber auch kalt gewalztes
Aluminiumblech verwendet werden, wenn nur die Bleche hinreichend geglüht und ihre
Oberflächen hinreichend gereinigt werden, um die Durchführung des weiter unten beschriebenen
Verfahrens zu ermöglichen.
-
Diejenigen Oberflächen der Bleche, die an die Innenseite der Hülle
kommen und demgemäß mit dem Zinkkern verbunden werden sollen, werden dann mit einer
im wesentlichen gleichförmigen Schicht einer Zink-Aluminium-Legierung von vorbestimmter
Dicke versehen. Besonders günstig ist es, die Aluminiumbleche auf eine Temperatur
zu erhitzen, die mindestens so hoch, vorzugsweise aber etwas höher ist als der eutektische
Schmelzpunkt des binären Aluminium-Zink-Systems. Hierauf wird die mit dem Kern zu
verbindende Fläche des Aluminiumblechs mit Zink in der Weise beschickt, daß eine
gleichförmige Auf- und Ablösung des Aluminiumoxydhäutchens des Aluminiumblechs gesichert
und eine gleichmäßige Legierungsschicht von der gewünschten Dicke erhalten wird.
Zu diesem Zweck kann das Aluminiumlblech zunächst mit Zinkchlorid oder irgendeinem
anderen geeigneten Flußmittel behandelt werden, das das Aluminiumoxyd auflöst; vorzugsweise
wird aber die Aluminiumoberfläche mechanisch abgeschabt, beispielsweise durch geeignete
Drahtbürsten, nachdem geschmolzenes Zink oder durch die Temperatur des Aluminiumblechs
schmelzendes Zink über die Alumniniumfläche ausgebreitet worden ist, so daß es sie
gleichförmig überdeckt und der Zinküberschuß die Aluminiumoberfläche gegen eine
Berührung mit dem Sauerstoff der Luft schützt. Durch diese Verfahrensweise wird
auch die Gegenwart von Fremdstoffen verhindert, die etwa entfernt werden müßten,
um die Bildung von Gas oder anderen Störungsquellen zu vermeiden.
-
Die Dicke der gebildeten Legierung kann verändert werden in Funktion
der Temperatur des Aluminiums und der Zeit und der Art der chemischen oder mechanischen
Bearbeitung, die zur Zerstörung des Aluminiumoxydhäutchens aufgewendet werden, wodurch
ein Eindringen des Zinks in das Aluminium gesichert wird. Gewöhnlich ist eine verhältnismäßig
dünne Legierungsschicht erwünscht, ein tiefes Eindringen des Zinks in das Aluminium
dagegen unerwünscht, weil die Legierung weniger dehnbar ist als das Aluminium und
das Zink.
-
Hierauf wird das Zink bei einer geeigneten Temperatur in die Form
eingegossen. Meistens kann die übliche Gießtemperatur beim Gießen der Zinkwerkstücke
verwendet werden, jedoch können auch im Hinblick auf die gewünschte Dicke der legierten
Bindeschlicht höhere Grade der Überhitzung angewendet werden. Das geschmolzene Zink
schmilzt die Legierungsschicht, sobald es mit ihr in Berührung kommt, wobei eine
Oberflächenschmelzung der Legierung erzielt und hierdurch eine geschmolzene Bindeschlicht
zwischen dem Zink und dem Aluminium erzeugt wird. Indem man die Temperaturen der
beiden Metalle mit Rücksicht auf das Wärmefassungsvermögen ihrer Volumina einregelt,
läßt sich die Dicke der legierten Bindeschicht genau bestimmen. Demgemäß kann durch
geeignetes Vorwärmen des Aluminiums oder bei Vorhandensein eines dem Zinkvolumen
entsprechenden Wärmeaufnahmevermögens die Dicke der legierten Bindeschicht gegenüber
der in der Vorstufe ursprünglich erzielten Legierungsschicht erhöht werden. Um ein
übermäßiges Eindringen von Zink in das Aluminium zu verhindern, kann nötigenfalls
die Gießform mit Wasser gekühlt werden; dies ist gewöhnlich dann erwünscht, wenn
die Gießformen in kurzen Abständen weiterbenutzt werden sollen, wobei man zweckmäßigerweise
zum mindesten einen Teil der von dem vorhergehenden Gießvorgang herrührenden Wärme
abführen muß.
-
Miit Aluminium plattierte Zinkplatten oder Bleche von geeigneter Dicke
können zur Herstellung von Gegenständen verschiedenster Art verwendet werden, und
das plattierte Metall kann durch Ziehen, Drücken, Pressen, Walzen und andere technologische
Vorgänge bearbeitet werden, ohne daß die legierte Bindeschicht zwischen den plattierten
Metallen zerstört wird, da das nach dem Verfahren hergestellte, mit Aluminium plattierte
Zink von hoher Dehnbarkeit, Faltbarkeit, Hämmerbarkeit u. dgl. ist.
-
Die Hülle kann raus reinem Aluminium oder .aus in weiten Grenzen verschiedenen
Aluminiumlegierungen hergestellt werden, wobei die für das Umhül'lung'smeta'1-1
gewünschten Eigenschaften maßgeblich :sind. Der Kern kann aus reiinexn Zink oder
irgendeiner geeigneten Zinklegierung bestehen. Meistens wird aus Ersparnisgründen,
um Ausschuß
oder Bruch zu verwenden, der Kern aus einer Zinklegierung
mit einem geringen Prozentsatz Aluminium bestehen, wobei die Gegenwart von Aluminium
gleichzeitig dem Kernmetall wertvolle Eigenschaften verleiht.