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Verfahren zur Herstellung eines Verbundmetalls Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmetalls, bei dem ein von seiner Oxydschicht
befreiter und mit einer Nickelschicht versehener Träger aus einer korrosionsbeständigen
Edelstahllegierung unter Verwendung einer metallischen Zwischenschicht mit einer
Edelmetallschicht zu einem Block od. dgl. verschweißt wird, der dann auf die gewünschten
Endmaße kalt verformt wird.
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Aus der USA.-Patentschrift 2 o24 I5o ist ein Verfahren zur Herstellung
eines Verbundmetalls bekanntgeworden, bei dem auf einen Edelstahlträger eine Nickelschicht,
die etwa 50 µ stark ist, eine Kupferschicht und gegebenenfalls noch eine Lotschicht
von etwa 5o µ aufgebracht sind. Auf diesen Zwischenschichten wird dann eine Edelmetallschicht
angeordnet. Die einzelnen Schichten werden daraufhin miteinander zu einem Block
verschweißt, der dann auf die gewünschten Endmaße kalt verformt wird. Da die Zwischenschichten
in dem fertigen Verbundmetall bestehenbleiben und sich nicht oder nur wenig in die
Edelmetallschicht oder die Edelstahlschicht einlegieren, weisen derartige Verbundmetalle
eine Reihe von Nachteilen auf. Wird nämlich die dünne, goldhaltige Auflageschicht
beispielsweise bei der Verarbeitung des Blockes zu einem Schmuckstück oder beim
Gebrauch des Schmuckstückes porös oder verletzt, bilden sich infolge des Potentialsprunges
zum Nickel, beispielsweise unter Einwirkung der Ausscheidungen der menschlichen
Haut,
Nickelsalze, die, abgesehen von unschönen Verfärbungen, gesundheitliche Schädigungen
des Schmuckstückträgers zur Folge haben können.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
eines Verbundmetalls der beschriebenen Art, bei dem eine Edelstahllegierung verwendet
wird, deren Entfestigungstemperatur unter der Schmelztemperatur der verwendeten
Edelmetallegierung liegt, so auszubilden, daß sich die erforderlichen Zwischenschichten
vollständig in die Edelmetallschicht einlegieren. Diese Aufgabe wird im wesentlichen
dadurch gelöst, daß diese beiden Hauptschichten mittels einer unter etwa Io µ starken
metallischen Zwischenschicht und einer noch dünneren Nickelschicht in bekannter
Weise verschweißt werden, so daß bei der Weiterverarbeitung des Blockes auf seine
gewünschten Endmaße mittels der durch Zwischenglühung unterbrochenen Kaltverformung
die Zwischenschicht und die Nickelschicht sich vollständig in die zu verbindenden
Schichten einlegieren.
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Vorzugsweise wird als metallische Zwischenschicht eine Schicht aus
einem reinen Unedelmetall, vorzugsweise Kupfer, verwendet.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung beruht auf folgenden Überlegungen:
Bisher wurden bei Versuchen, ein Verbundmetall aus einem Edelstahlträger und einer
Edelmetallschicht herzustellen, als Träger nur Legierungen mit hochliegenden Weichglühtemperaturen,
z. B. der bekannte austenitische nichtrostende Stahl mit I8 % Cr und 8 % Ni, verwendet.
Diese verlieren die durch Kaltverformung bewirkte Härtesteigerung erst bei etwa
IIoo ° C. Da die Schmelzpunkte der für Golddouble verwendeten Goldlegierungen 95o
° C nicht überschreiten - die meisten liegen wesentlich niedriger - und man das
Weichglühen bei entsprechend niedrigerer Temperatur durchführen muß, ergibt sich,
daß ein solcher nichtrostender Stahl nach einer Kaltverformung bei den Zwischenglühungen
nicht oder nur unvollständig entfestigt werden kann. Eine vollständige Entfestigung
ist aber für eine wirtschaftliche Fertigung und auch für die notwendige Haltfestigkeit
der Schichten Voraussetzung. Muß man hingegen - etwa für Zwecke der chemischen Industrie
- einen hochkorrosionsbeständigen Stahl mit hoher Entfestigungstemperatur unbedingt
verwenden, so kann man die Goldlegierung nur unter der naturgemäß stark beschränkten
Zahl der hochschmelzenden Legierungen wählen.
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Es hat sich nun herausgestellt, daß die Korrosionsbeständigkeit, z.
B. eines nickelfreien ferritischenu Stahles mit etwa I7 % Chrom, für die im allgemeinen
in Frage kommenden Verwendungszwecke in der Schmuckindustrie mehr als ausreichend
ist. Die Entfestigung eines solchen Stahles nach Kaltverformung vollzieht sich in
demselben Temperaturbereich wie bei den gewerblichen Goldlegierungen. Man hat also
bei Zusammenstellung der Verbundmetallpartner unter Berücksichtigung ihrer Entfestigungstemperaturbereiche
in der Mehrzahl der Fälle auf Grund des geringen Gehaltes des Stahles an seltenen
Legierungskomponenten den Gewinn einer höheren Wirtschaftlichkeit beim Einkauf und
bei der Verarbeitung im Betrieb.
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Man hat weiterhin bisher offenbar übersehen, daß auch als chemisch
sehr edel angesehene Stähle beim Lagern sich mit einem sehr dünnen Oxydfilm überziehen,
der die Oberfläche passiviert und bisher, wenn er nicht zufällig entfernt wurde,
das Haften aufgebrachter Metallschichten stark beeinträchtigte oder ganz verhinderte.
Taucht man dagegen einen solchen korrosionsbeständigen Stahl als Kathode kurzzeitig
in ein Nickelchlorid enthaltendes saures galvanisches Bad, so wird durch den Strom
dieser Film entfernt und die Oberfläche entpassiviert. Hierbei entsteht gleichzeitig
eine Nickel enthaltende Haut, die für eine ausreichend lange Zeit einen Schutzfilm
gegen eine etwaige Repassivierung bildet. Auf diese so vorbereitete Oberfläche wird
nun, zweckmäßig galvanisch, eine Vermittlungsschicht aus einem mit der Edelmetallauflage
sich leicht legierenden reinen Unedelmetall oder einer Legierung eines solchen aufgebracht.
Diese Schicht kann je nach ihrer Legierungsfähigkeit wesentlich stärker sein als
der Schutzfilm. Beispielsweise erfüllt eine Kupferauflage ihre Aufgabe bei einer
Stärke von etwa Io Mikron. Schutzfilm und Vermittlungsschicht legieren sich beim
später erfolgenden Schweißvorgang und den notwendigen Zwischenglühungen während
der Weiterverarbeitung in die goldhaltige Schicht restlos ein. Daher sind auch auf
einem Querschliff unter dem Mikroskop selbst bei stärkster Vergrößerung allenfalls
nur eine Diffusionszone in der Auflage, aber nie Reste von Schutzfilm oder Vermittlungsschicht
zu sehen.
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Die Anwendung einer Vermittlungsschicht aus einem Unedelmetall, in
dem beschriebenen Beispiel Kupfer, hat gegenüber der bekannten Erzeugung einer Goldhaut
unter anderem den Vorteil, daß sie wesentlich stärker ausgeführt werden kann und
infolgedessen nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wesentlich sicherer gearbeitet
werden kann.
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Bringt man auf eine in der beschriebenen Weise vorbereitete Platte
aus korrosionsbeständigem Unedelmetall eine auf deren Entfestigungs- und Schmelztemperatur
abgestimmte Goldlegierung als Blech und schweißt bei einer durch die Schweißfähigkeit
und Schmelzpunkte beider Partner gegebenen Temperatur, so erreicht man mindestens
dieselbe Haftfestigkeit wie bei dem seit langem bekannten Plattieren einer der üblichen
Bronzen mit etwa derselben Goldlegierung: Zusammengefaßt ergibt sich also ein Verfahren
zur Herstellung eines Verbundmetalls mit zwei oder mehr Schichten, jedoch ohne bleibende
Zwischenschicht oder Zwischenschichten, das in der Weise durchgeführt wird, daß
von zwei benachbarten Schichten die aus einer korrosionsbeständigen Unedelmetallegierung
bestehende Schicht in einem Bad von ihrem Oxydfilm befreit, mit einem Schutzfilm
aus Nickel oder einer Nickelverbindung überzogen, mit einer Schicht aus einem Metall,
das die Fähigkeit hat, sich mit beiden zu verbindenden Schichten zu legieren, z.
B. Kupfer, galvanisch überzogen und dann mit der zweiten Metallschicht
in
bekannter Weise, vorzugsweise unter Anwendung von Druck und Wärme, verbunden wird.
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Unter Berücksichtigung dessen, daß die angestellten Überlegungen auch
für Verbundmetalle mit mehr als zwei Schichten gelten, und unter Berücksichtigung
der Variationsmöglichkeiten ergibt sich also auf Grund der Erfindung ein Verbundmetall
ohne Zwischenschicht, das mindestens eine Schicht aus einer korrosionsbeständigen
Unedelmetallegierung und mindestens eine zweite Schicht aus Edelmetall oder einer
Edelmetallegierung enthält, wobei die Schichten so gewählt werden, daß die Entfestigungstemperaturen
aneinandergrenzender Schichten unter der geringeren der Schmelztemperaturen der
beiden Schichten liegen.
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Bei Verwendung von Stählen wird zweckmäßig die Auswahl so getroffen,
daß austenitische Stähle mit hochschmelzenden Schichten, ferritische Stähle hingegen
mit niedriger schmelzenden Schichten verbunden werden.
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Es kann auch eine korrosionsbeständige Schicht aus einer Unedelmetallegierung
beiderseits mit einer Edelmetallegierungsschicht verbunden werden.
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Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung auch noch andere Zusammenstellungen
durchführbar, z. B.
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Gold oder Goldlegierung, Cr-Fe-Legierung, Cr-Ni-Legierung, Gold oder
Goldlegierung, Cr-Fe-Legierung, Bronze, Gold oder Goldlegierung, Cr-Fe-Legierung,
Cr-Ni-Legierung, Bronze.
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Mit der Erfindung können auch Gegenstände hergestellt werden, bei
denen zur Erzielung ästhetischer Wirkungen nur ein Teil der Oberfläche des einen
Metalls mit dem anderen bedeckt wird, so daß auf der Oberfläche des fertigen Gegenstandes
beispielsweise Streifen von einer korrosionsbeständigen Unedelmetallschicht und
Streifen einer Goldlegierung nebeneinander liegen.
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Der erhaltene Halbzeugwerkstoff ist ein Verbundmetall in Form von
Blech, Draht, eines Rohres od. dgl., das wie üblich zu Schmuck und Gebrauchsgegenständen,
wie Armbändern, Uhrgehäusen, Brillenfassungen od. dgl., verarbeitet werden kann.