DE976220C

DE976220C - Zwischenschicht beim Plattieren von Metallen und Verfahren zum Aufbringen der Zwischenschicht

Info

Publication number: DE976220C
Application number: DESCH6702D
Authority: DE
Original assignee: CARL SCHAARWAECHTER DR
Current assignee: CARL SCHAARWAECHTER DR
Priority date: 1942-12-12
Filing date: 1942-12-12
Publication date: 1963-05-02

Description

Zwischenschicht beim Plattieren von Metallen und Verfahren zum Aufbringen der Zwischenschicht Beim Plattieren werden zwei Metalle unmittelbar miteinander verschweißt, und zwar im allgemeinen durch eine Warmverformung. Hierzu werden die unmittelbar miteinander in Berührung kommenden Oberflächen. der Metalle gut gereinigt, meist durch geeignete Maßnahmen vor einer Oxydation geschützt und dann warm verformt. Bei der Warmverformung diffundieren die Metallteilchen der unmittelbar aufeinanderliegenden Schichten ineinander, soweit sie hierzu fähig sind. Die Diffusionsgeschwindigkeit ist je nach der Verarbeitungstemperatur verschieden und verhältnismäßig gering. Werkstoffe, die Mischkristalle miteinander bilden, sind für eine Plattierung besonders gut geeignet, weil durch die entstehenden Mischkristalle in der Berührungsschicht eine praktisch vollständige Verbindung der beiden Werkstoffe zustande kommt. Besonders geeignet für die Plattierung sind erfahrungsgemäß solche mischkristallbildenden Werkstoffe, deren Schmelzpunkte nicht zu weit auseina.nderliegen.
Schwierig oder unmöglich ist bisher das Plattieren von solchen Werkstoffen gewesen, die keine Mischkristalle miteinander bilden. Es ist auch schon bekannt, diese Schwierigkeiten dadurch zu vermeiden, daß man eine metallische Zwischenschicht, die sich sowohl mit dem Kern als auch mit der Plattierschicht leicht verbindet, zwischen den zu plattierenden Metallen anzuordnet.
Die Erfindung betrifft eine Zwischenschicht zwischen den zu plattierenden Metallen. Erfindungsgemäß ist die Zwischenschicht dünn und besteht aus solchen Stoffen, die in der Wärme mit den zu plattierenden Metallen chemisch reagieren.
Bei Verwendung einer solchen Zwischenschicht ist die Diffusionsgeschwindigkeit gegenüber der gewöhnlichen Diffusion erheblich gesteigert. Es können nunmehr auch solche Metalle einwandfrei plattiert werden, die bisher nur schwierig oder gar nicht plattierfähig waren. Beim Plattieren mit dieser erheblich gesteigerten Diffusionsgeschwindigkeit tritt eine der Diffusion vorausgehende Reaktion (Reaktionsdiffusion) ein.
Die blanken Oberflächen der miteinander zu plattierenden, festen Werkstücke werden, nachdem sie mit der erfindungsgemäßen Zwischenschicht versehen sind, im warmen Zustand unter Luftabschluß aufeinandergedrückt und verformt. Die in der Wärme mit den Metallen chemisch reagierende Zwischenschicht führt zu chemischen Metallverbindungen, welche beim Plattieren infolge ihrer guten verschweißenden Eigenschaften eine festhaftende metallische Verbindung der beiden Werkstoffe in der Wärme zur Folge haben. Bei der Anwendung der Reaktionsdiftusionen gemäß der Erfindung entstehen also in der Berührungsschicht bei der geeigneten Temperatur Verbindungen des Reaktionsmittels mit den Metallen, die - bei der Warmverformung - leicht miteinander verschweißen, weil die gebildeten Metallverbindungste-ilchen, nicht zuletzt wegen ihrer verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkte, leicht ineinander diffundieren. Wegen der hier auftretenden Verbindungsbildung geht bei der Reaktionsdiffusion die Einwanderung der Metallteilchen um ein Vielfaches schneller als bei der normalen Diffusion vor sich. Die Reaktionsdiffusion ist wegen der durch sie bewirkten schnellen Diffusion besonders für die Durchführung von Plattierungen geeignet. In der Technik der Plattierung ist bisher die Anwendung derartiger Verbindungsleitungen peinlich vermieden. worden. Denn die aus den entstehenden Verbindungen bestehenden Flächen sind spröde und sehr hart. Die bei der Reaktionsdiffusion nach der Erfindung entstehende spröde Schicht ist unschädlich, weil sie durch schnelle Diffusion in den Metallen gelöst wird und verschwindet, wenn das Reaktionsmittel in einer ganz dünnen Schicht zur Anwendung gelangt. So ist es möglich, durch Anwendung von rotem Phosphor als Reaktionsmittel Aluminium und Eisen miteinander zu plattieren, obwohl der Schmelzpunkt des Aluminiums bei 657° C und der des Eisens bei 151o° C liegt. Werden nämlich die zu plattierenden Werkstoffe mit einem Hauch von rotem Phosphor versehen und in geeigneter Weise vom Luftsauerstoff abgeschlossen, so verdampft bei einer Temperatur über 50o° C der rote Phosphor völlig und verbindet sich dabei in hauchdünner Schicht mit der Eisen- und Aluminiumoberfläche unter Fortnahme der Oxyde zu Eisenphosphid mit einem Schmelzpunkt von 105o° C und Aluminiumphosphid. Bei der Warmverformung, z. B. beim Walzen, der aufeinanderliegenden Stoffe aus Eisen und Aluminium bei 550° C verschweißen die beiden auf Grund der Reaktionsdiffusion gebildeten Verbindungen sofort.
Die Weiterverformung begünstigt eine weitere Diffusion der durch die Reaktionsdiffusion gebildeten Verbindung der beiden Werkstoffe. Daher wird die durch die Reaktionsdiffusion gebildete spröde und harte Zwischenschicht sofort aufgelöst.
Nach diesem Verfahren können die bisher nicht plattierfähigen Metalle, deren Teilchen nicht in die angrenzenden Schichten diffundierten, plattiert werden, auch wenn es sich dabei um Werkstoffe mit sehr unterschiedlichen Schmelzpunkten handeilt. Die Temperatur des Diffusionsbeginns wird durch die Reaktion selbst bei sehr hoch schmelzenden Metallen um viele ioo° C ermäßigt.
Roter Phosphor ist ein besonders gutes Reaktionsmittel für die vielen Anwendungsmöglichkeiten der Reaktionsdiffusion. Phosphor reagiert nämlich bei seiner Verdampfung lebhaft mit nachstehenden Metallen: Pd, Pt, Co, Ni, Fe, Cr und deren Legierungen, ferner Cu, Mn, Zn und deren Legierungen als auch mit Ag, Au und deren Legierungen. Desgleichen sind auch Verbindungen von Phosphor mit Sn und Pb bekannt. Eisen und Silber lassen sich bisher nur unter sehr schwierigen Bedingungen plattieren. Denn Silber und Eisen sind bekanntlich im festen Zustand nicht miteinander löslich. Durch die Einleitung der Reaktionsdiffusion gemäß der Erfindung erhalten die zu plattierenden Oberflächen mittels Phosphor Schmelzpunkte von 85o° C auf der Silber- und von io5o° C auf der Eisenseite.
Besonders bei der Anwendung von Phosphor lassen sich also Eisen und Silber mittels der gut haftenden Reaktionsplattierung miteinander diffundieren. Anstatt Phosphor; der zweifellos die bequemsten Bedingungen liefert, können auch noch andere pulverförmige, leicht in Gasform übergehende Elemente verwendet werden, z. B. Arsen, Antimon, Selen, Tellur u. a.
Durch die Reaktionsdiffusion wird also erfindungsgemäß eine sichere Verbindung metallischer Werkstoffe erreicht, die bisher wegen der großen Schmelzpunktunterschiede oder wegen mangelnder Diffusionsfähigkeit nicht plattierbar waren. Bei der Reaktionsdiffusion werden die Platzwechseltemperaturen um mehrere ioo° C erniedrigt. Daher kann die anschließende Warmverformung bei den gebräuchlichen Temperaturen vorgenommen werden.
Anstatt Phosphorpulver aufzutragen, kann man durch geeignete Behandlung, wie Begasung im heißen Phosphordampf oder Tauchung in Selenschmelzen, die zu plattierenden Werkstoffe oberflächlich mit der Reaktionsschicht überziehen -und dann in geeigneter Weise zusammenplattieren, so daß ebenfalls Hafteffekte eintreten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Zwischenschicht beim Plattieren von Metallen zwischen den blanken Oberflächen der miteinander zu plattierenden, festen Werkstücke, die im warmen Zustand unter Luftabschluß aufeinandergedrückt und verformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht dünn ist und in der Wärme mit den Metallen chemisch reagiert.
2. Zwischenschicht nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus leicht vergasenden Elementen in Pulverform, wie Phosphor, Selen, Arsen, Antimon, Tellur, besteht.
3. Verfahren zum Aufbringen der Zwischenschicht nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zu plattierenden Flächen mit heißem Phosphordampf begast oder in eine Selenschmelze getaucht werden.
4. Verfahren zum Aufbringen der Zwischenschicht nach Anspruch i beim Plattieren von Eisen und Aluminium oder von Eisen und Silber, dadurch gekennzeichnet, daß die zu plattierenden Flächen mit rotem Phosphor bestrichen werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 666719; Willi M ach u, Metallische Überzüge, 2. Auflage, 1943 S. 327, § 239; Werkstoff-Handbuch Stahl und Eisen, 2. Auflage, 1937, S. O I00-1; Korrosion und Metallschutz, 18. Jahrgang, 1942, Nr. 7, S. 241, 2,42. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 751469.