EP2128281A1 - Formkörper aus einem aluminiumhaltigen Verbundwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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EP2128281A1
EP2128281A1 EP09160462A EP09160462A EP2128281A1 EP 2128281 A1 EP2128281 A1 EP 2128281A1 EP 09160462 A EP09160462 A EP 09160462A EP 09160462 A EP09160462 A EP 09160462A EP 2128281 A1 EP2128281 A1 EP 2128281A1
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aluminum
compound
phase
particles
powder
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Withdrawn
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EP09160462A
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English (en)
French (fr)
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Miroslava Sakaliyska
Sergio Scudino
Kumar-Babu Surreddi
Jürgen Eckert
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Leibnitz-Institut fur Festkorper- und Werkstoffforschung Dresden Ev
Original Assignee
Leibnitz-Institut fur Festkorper- und Werkstoffforschung Dresden Ev
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Publication date
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    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0408—Light metal alloys
    • C22C1/0416—Aluminium-based alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/041—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by mechanical alloying, e.g. blending, milling

Definitions

  • the invention related to the field of materials science describes a molded article of a special composite material.
  • this material is often used for building components.
  • the composite can also be used in various fields of engineering, in particular as a construction material in mechanical engineering, aircraft construction, rocket construction, shipbuilding, railway construction, motor vehicle construction as well as in the pharmaceutical industry and in medical device construction, in construction and in household technology.
  • the invention relates to a method for producing such a composite material.
  • Aluminum alloys and aluminum-rich alloys have gained increasing economic and scientific importance.
  • the body's design gives the car its shape, offering passengers protection against wind and weather, and in the event of an accident, thanks to its ingenious structure, it converts kinetic energy into deformation energy. Years ago, it would have been almost unthinkable to replace steel with aluminum.
  • BMW already a pioneer in the use of aluminum and aluminum-rich alloys in heavy-duty chassis, even went so far in its models of the five-series to make the entire front end of aluminum.
  • aluminum alloys having a high level of mechanical properties are known which are used in various fields of technology, for example in the form of construction materials which withstand low and medium loads.
  • light metals such as aluminum
  • the object of the invention is to specify a shaped body made of an aluminum-containing composite material which simultaneously has high strength and ductility and a simple and inexpensive process for its production
  • the shaped body according to the invention made of an aluminum-containing composite material consists of a matrix of particles of aluminum and / or a Aluminum alloy with finely divided particles of the ⁇ - phase of an AIMg compound with a hexagonal crystal structure (hcp).
  • the matrix contains from 5 to 80% by volume of particles of the ⁇ -phase of an AIMg compound, and even more advantageously 45 to 55% by volume of particles of the ⁇ -phase of an AlMg compound are contained in the matrix.
  • the aluminum alloy contains Mg, Mn, Si, Li or Zn as alloying elements.
  • the particles of the ⁇ phase of an AlMg compound consist of Mg 17 Al 12 .
  • the particles of the ⁇ phase of an AlMg compound consist of Al 60 Mg 40 .
  • the particles of aluminum or of an aluminum alloy have an average particle size in the range of 0.1 .mu.m to 100 .mu.m.
  • the particles of the ⁇ phase of an AlMg compound have an average particle size in the range from 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the ⁇ -phase of an AIMg compound is prepared from crystalline Al and Mg powder by powder metallurgy and mixed with crystalline Al powder and / or an aluminum alloy powder as matrix material and in turn by powder metallurgy method processed an aluminum-containing compound and this subsequently compacted into a shaped body.
  • an aluminum alloy powder with Mg, Mn, Si, Li or Zn is used as alloying elements.
  • the aluminum alloys are produced by mechanical alloying.
  • the powder metallurgical production of the ⁇ -phase of an AlMg compound and / or the aluminum-containing compound is carried out by mechanical alloying, whereby advantageously the mechanical alloying is carried out by grinding with a grinding time of 20 to 300 hours.
  • the mixture of crystalline Al powder or an aluminum alloy powder is carried out as a matrix material with particles of the ⁇ -phase of an AIMg compound by means of grinding.
  • the aluminum-containing compound is processed by hot pressing or extrusion or extrusion to form a shaped body.
  • the solution according to the invention makes it possible for the first time to introduce metastable structures into a composite material. This is done by powder metallurgy, this applies both to the production of the ⁇ - phase of the AlMg compound as well as for the aluminum-containing composite material, which is processed into the moldings of the invention.
  • the powder metallurgical production takes place by mechanical alloying.
  • the strength of the molded article is significantly increased while increasing ductility for such composites.
  • a ⁇ phase of the AIMg compound is prepared.
  • This ⁇ phase is a metastable intermetallic phase that is hard and brittle and has a relatively large 58 atom unit cell and a hexagonal crystal structure (hcp).
  • the generated ⁇ phase is nanocrystalline.
  • This ⁇ -phase of the AIMg compound is then mixed with Al powder or powder of an Al alloy as a matrix material and processed into a composite material by powder metallurgy methods. Due to the nanocrystallinity of the ⁇ phase of the AIMg compound, it can be distributed very finely in the matrix material. From this composite material then a molded body is produced.
  • the alloy according to the invention can find application in various fields of technology. It has high operating characteristics and has high parameters of mechanical properties at normal temperature.
  • the preparation of the ⁇ phase of the compound Mg 17 Al 12 was carried out by mechanical alloying.
  • a powder mixture of 50% by weight of crystalline aluminum powder and 50% by weight of crystalline magnesium powder, each having a particle size of 1-5 ⁇ m and having a purity of 99.95%, is produced.
  • the powder mixture is mixed under a high purity argon atmosphere (less than 1 ppm O 2 and H 2 O) in a grinding bowl and ground in a planetary ball mill (Retsch PM400).
  • the speed of the planetary ball mill is 150 rpm.
  • the mechanical alloying takes place at room temperature for a period of 300 h.
  • a secondary powder consisting entirely of supersaturated Al (Mg) mixed crystals is present. This secondary powder is nanocrystalline, which is advantageous for the later high strength.
  • the secondary powder is heated to 430 ° C. At this temperature, a phase transformation takes place, whereby the metastable ⁇ - phase of the compound Mg 17 Al 12 forms in powder form.
  • this metastable ⁇ -phase powder of the compound Mg 17 Al 12 are subsequently mixed again with 50% by weight of pure aluminum powder under a high-purity argon atmosphere in a grinding bowl and ground in a planetary ball mill under the abovementioned conditions. After a grinding time of 1 h, the powder is well mixed and the nanocrystalline metastable ⁇ phase of the compound Mg 17 Al 12 is finely distributed in the matrix of aluminum. Thereafter, the powder is hot pressed at 100 ° C and compressed under 50 MPa pressure, and extruded by means of extruding with 4 mm diameter.

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Abstract

Die auf das Gebiet der Materialwissenschaften bezogene Erfindung beschreibt einen Formkörper aus einem Verbundwerkstoff, der beispielsweise für Bauelemente oder als Konstruktionswerkstoff im Maschinenbau, Flugzeugbau, Raketenbau, Schiffbau, Bahnbau, Kraftfahrzeugbau eingesetzt wird. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines Formkörpers aus einem aluminiumhaltigen Verbundwerkstoff, welcher gleichzeitig eine hohe Festigkeit und Duktilität aufweist. Gelöst wird die Aufgabe durch einen Formkörper, bestehend aus einer Matrix aus Partikeln aus Aluminium und/oder aus einer Aluminiumlegierung mit darin fein verteilten Partikeln der ³ - Phase einer AIMg - Verbindung mit einer hexagonalen Kristallstruktur (hcp). Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren, bei dem aus kristallinem Al- und Mg-Pulver auf pulvermetallurgischem Wege die ³ - Phase einer AIMg-Verbindung hergestellt, diese mit kristallinem Al-Pulver und/oder ein Aluminiumlegierungspulver als Matrixmaterial gemischt und wiederum durch pulvermetallurgische Verfahren zu einer aluminiumhaltigen Verbindung verarbeitet und diese nachfolgend zu einem Formkörper verdichtet wird.

Description

  • Die auf das Gebiet der Materialwissenschaften bezogene Erfindung beschreibt einen Formkörper aus einem speziellen Verbundwerkstoff. Dieser Werkstoff wird auf Grund seiner vergleichsweise hohen Festigkeitseigenschaften beispielsweise häufig für Bauelemente im Bauwesen verwendet. Der Verbundwerkstoff kann auch auf verschiedenen Gebieten der Technik verwendet werden, im besonderen als Konstruktionswerkstoff im Maschinenbau, Flugzeugbau, Raketenbau, Schiffbau, Bahnbau, Kraftfahrzeugbau sowie in der pharmazeutischen Industrie und im medizinischen Gerätebau, im Bauwesen und in der Haushaltstechnik. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundwerkstoffes.
  • Aluminiumlegierungen und aluminiumreiche Legierungen haben zunehmend an wirtschaftlicher und wissenschaftlicher Bedeutung gewonnen.
  • Das Einsatzspektrum für Leichtmetall-Komponenten erweitert sich stetig. Insbesondere im Automobilbau, aber auch in vielen anderen Bereichen sind Leichtbauteile - vor allem aus Aluminium, aber auch aus Magnesium oder Titan - inzwischen Standard (Venir, ATZ/MTZ - Sonderausgabe: Werkstoffe im Automobilbau (1998-1999) 54-56; Brungs, H. u.a., ATZ/MTZ - Sonderausgabe: Werkstoffe im Automobilbau (1998-1999) 50-53).
  • Die Karosserie gibt mit ihrem Design dem Auto seine Form, bietet den Passagieren Schutz vor Wind und Wetter, und im Falle eines Unfalls wandelt sie dank ihrer ausgeklügelten Struktur gezielt kinetische Energie in Verformungsenergie um. Vor Jahren wäre es fast undenkbar gewesen Stahl durch Aluminium zu ersetzen.
  • Der wichtigste Vorteil der Aluminiumlegierungen ist, dass sie neben einem guten Niveau von physikalisch-mechanischen und andere Charakteristiken, eine niedrige Dichte von 2,79 g/cm3 besitzen, sowie eine starke Affinität zu Sauerstoff haben, was der Grund für die allgemein gute Korrosionsbeständigkeit auf Grund der Bildung dichter Deckschichten ist. Darüber hinaus ist der Aluminiumrohstoff in der Natur recht weit verbreitet.
  • Das leichte Metall (Al), mit niedrigem spezifischem Gewicht, kommt zwar nur bei wenigen Modellen - die bekanntesten sind sicher der Audi A8, so wie der nicht mehr gebaute A2 - für die Gesamt-Karosserie zum Einsatz. Bei Hauben und Anbauteilen sowie im Bereich des Fahrwerks ist Aluminium mit seinen diversen Legierungen nicht mehr weg zu denken (Materialica 2001).
  • BMW, bereits Vorreiter beim Einsatz von Aluminium und aluminiumreichen Legierungen im hoch belasteten Fahrwerksbereich, ging beim seinen Modellen der Fünfer-Baureihe sogar so weit, den gesamten Vorderwagen aus Aluminium zu fertigen.
  • Im Aluminium-Motorblock des Porsche Boxster - seit 1996 auf dem Markt - sorgen an Stelle herkömmlicher Grauguss-Büchsen Zylinderlaufflächen aus einem Aluminium-Silizium-Verbund für bessere Anwendungseigenschaften, wie z. B. weitere Massereduzierung und geringeren Ölverbrauch (I. Lenke, u.a., Wiley - VCH Verlag GmbH, Weinheim (2001) 383-386; E. Köhler, u.a. VDI-Bericht 1612 VDI Verlag GmbH, Düsseldorf (2001) 35-54).
  • Im Fahrwerksbereich erobert Aluminium praktisch bei allen Autoherstellern immer größere Anteile, denn neben der Gewichtsreduzierung bedeutet hier der Aluminiumeinsatz weniger bewegte Massen, ein besseres Ansprechverhalten und damit mehr Komfort.
  • Die Entwicklung des Flugzeugbaus wäre ohne Aluminium nicht denkbar gewesen. Wie z.B. in der Boeing 757 beträgt der Aluminiumanteil 78% gegenüber einem Anteil von 12% bei Stahl, 6% bei Titan, 3% und 4% Komposite. In Airbus 320 ergibt sich die folgende Materialverteilung 65.5% Aluminium, 9.3% Stahl, 7.2% Titan, 12.5% Komposite und 5.5% andere Materialien. Damit wird klar, dass in der Flugzeugindustrie Aluminium und aluminiumreiche Legierungen nach wie vor eine sehr wichtige Rolle spielen (Materialica 2001).
  • Zurzeit sind Aluminiumlegierungen mit einen hohem Niveau an mechanischen Eigenschaften bekannt, die auf verschiedenen Gebieten der Technik, beispielsweise in Form von Konstruktionswerkstoffen, verwendet werden, welche geringe und mittlere Belastungen aushalten.
  • Es sind eine Reihe von Aluminiumlegierungen bekannt, wie beispielsweise Legierungen der folgenden Typen:
    • Aluminium-Silizium
    • Aluminium-Magnesium
    • Aluminium-Silizium- Magnesium
    • Aluminium-Kupfer-Magnesium
    • Aluminium-Kupfer-Silizium-Magnesium
    • Aluminium-Kupfer-Mangan-Silizium
    • Aluminium-Kupfer-Magnesium-Zink-Zirkonium
  • In manche Fällen wird zu einer Aluminiumlegierung Titan, Chrom, Eisen, Nickel, Kobalt, Vanadin, Wolfram, Molybdän, Niob, Bor, Blei, Zinn, Lithium, Yttrium zugegeben. Die mechanischen Eigenschaften der erwähnten Legierungen besitzen Werte wie:
    • Härte nach Vickers: 163-400 HV
    • Zugfestigkeit: 410-550 MPa (bei 20°C) und 120-220 MPa (bei 300°C)
    (The 4th International Conference on Aluminum Alloys; Atlanta, Georgia USA 1994).
  • In den letzten Jahren hat es an Legierungen mit metastabilen Strukturen großes Interesse gegeben mit dem Ziel, die jeweiligen Anforderungen an das Material hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften zu erfüllen. So ist eine metastabile Phase, die γ - Phase Mg17Al12, mit ihrer hexagonalen Kristallstruktur als Grundbestandteil in den meist verwendeten kommerziellen Legierungen enthalten. (G. Nussbaum, u.a., Scripta Matell., 23(1989) 1079-1084; C. F. Chag, u.a., Light Metalalter (1989) p.12).
  • Die Motivation für den Einsatz von Leichtmetallen (wie z. B. Aluminium) besteht in der Gewichtsreduzierung, der Senkung des Treibstoff- und Energieverbrauchs, der Reduzierung der Schadstoffemission, der Verbesserung des Fahrkomforts und der Erhöhung der Lebensdauer und Sicherheit.
  • Nachteile der bekannten Legierungen sind, dass insbesondere ihre Festigkeit und Duktilität für viele zukünftige Anwendungen noch nicht ausreichend ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines Formkörpers aus einem aluminiumhaltigen Verbundwerkstoff, welcher gleichzeitig eine hohe Festigkeit und Duktilität aufweist und ein einfaches und preiswertes Verfahren zu seiner Herstellung
  • Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Der erfindungsgemäße Formkörper aus einem aluminiumhaltigen Verbundwerkstoff besteht aus einer Matrix aus Partikeln aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung mit darin fein verteilten Partikeln der γ - Phase einer AIMg - Verbindung mit einer hexagonalen Kristallstruktur (hcp).
  • Vorteilhafterweise sind in der Matrix 5 bis 80 Vol. % Partikeln der γ - Phase einer AIMg - Verbindung enthalten und noch vorteilhafterweise sind in der Matrix 45 bis 55 Vol.-% Partikel der γ - Phase einer AlMg - Verbindung enthalten.
  • Weiterhin vorteilhafterweise enthält die Aluminiumlegierung als Legierungselemente Mg, Mn, Si, Li oder Zn.
  • Ebenfalls vorteilhafterweise bestehen die Partikel der γ - Phase einer AlMg - Verbindung aus Mg17Al12.
  • Und auch vorteilhafterweise bestehen die Partikel der γ - Phase einer AlMg - Verbindung aus AlxMg100-x, mit x= 40 bis 60.
  • Von Vorteil ist es auch, wenn die Partikel der γ - Phase einer AlMg -Verbindung aus Al60Mg40 bestehen.
  • Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die Partikel aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 0,1µm bis 100µm aufweisen.
  • Und auch von Vorteil ist es, wenn die Partikel der γ - Phase einer AlMg -Verbindung eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 0,1 µm bis 100µm aufweisen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers wird aus kristallinem Al- und Mg-Pulver auf pulvermetallurgischem Wege die γ - Phase einer AIMg-Verbindung hergestellt und diese mit kristallinem Al-Pulver und/oder ein Aluminiumlegierungspulver als Matrixmaterial gemischt und wiederum durch pulvermetallurgische Verfahren zu einer aluminiumhaltigen Verbindung verarbeitet und diese nachfolgend zu einem Formkörper verdichtet.
  • Vorteilhafterweise wird ein Aluminiumlegierungspulver mit Mg, Mn, Si, Li oder Zn als Legierungselementen eingesetzt.
  • Ebenfalls vorteilhafterweise werden die Aluminiumlegierungen durch mechanisches Legieren hergestellt.
    Weiterhin vorteilhafterweise wird die pulvermetallurgischen Herstellung der γ - Phase einer AlMg - Verbindung und/oder der aluminiumhaltigen Verbindung durch mechanisches Legieren durchgeführt, wobei noch vorteilhafterweise das mechanische Legieren durch Mahlung mit einer Mahldauer von 20 bis 300 Stunden durchgeführt wird.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn die Mischung aus kristallinem Al-Pulver oder einem Aluminiumlegierungspulver als Matrixmaterial mit Partikeln der γ -Phase einer AIMg-Verbindung mittels Mahlen durchgeführt wird.
  • Und auch vorteilhaft ist es, wenn die aluminiumhaltige Verbindung durch Heißpressen oder Strangpressen oder Extrudieren zu einem Formkörper verarbeitet wird.
  • Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird es erstmals möglich, metastabile Strukturen in einen Verbundwerkstoff einzubringen. Dies erfolgt auf pulvermetallurgischem Wege, wobei dies sowohl für die Herstellung der γ - Phase der AlMg-Verbindung als auch für den aluminiumhaltigen Verbundwerkstoff gilt, der zu den erfindungsgemäßen Formkörpern verarbeitet wird. Vorteilhafterweise erfolgt die pulvermetallurgische Herstellung durch mechanisches Legieren.
  • Durch den Einbau der metastabilen Strukturen in den Verbundwerkstoff werden die Festigkeiten des Formkörpers deutlich erhöht und gleichzeitig die Duktilität für derartige Verbundwerkstoffe erhöht.
  • Zuerst wird eine γ - Phase der AIMg - Verbindung hergestellt. Diese γ - Phase ist eine metastabile intermetallische Phase, die hart und spröde ist und eine relativ große Elementarzelle mit 58 Atomen und eine hexagonale Kristallstruktur (hcp) aufweist. Die erzeugte γ - Phase ist nanokristallin.
  • Diese γ - Phase der AIMg - Verbindung wird dann mit Al-Pulver oder Pulver einer Al - Legierung als Matrixmaterial vermischt und durch pulvermetallurgische Verfahren zu einem Verbundwerkstoff verarbeitet. Aufgrund der Nanokristallinität der γ - Phase der AIMg - Verbindung kann diese sehr fein im Matrixmaterial verteilt werden.
    Aus diesem Verbundwerkstoff wird dann ein Formkörper hergestellt.
  • Durch die Anwendung von pulvermetallurgischen Herstellungsverfahren braucht das aufwändige Schleudergussverfahren nach dem Stand der Technik nicht angewandt werden, was das Herstellungsverfahren deutlich vereinfacht.
  • Die erfindungsgemäße Legierung kann auf den verschiedensten Gebieten der Technik Anwendung finden. Sie weist hohe Betriebseigenschaften auf und besitzt hohe Parameter der mechanischen Eigenschaften bei normaler Temperatur.
  • Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
    • Beispiel:
  • Die Herstellung der γ - Phase der Verbindung Mg17Al12 erfolgte durch mechanisches Legieren. Dazu wird eine Pulvermischung aus 50 Gew.-% kristallinem Aluminiumpulver und 50 Gew.-% kristallinem Magnesiumpulver jeweils mit einer Teilchengröße von 1 - 5 µm und mit einer Reinheit von 99.95 % hergestellt. Die Pulvermischung wird unter einer hochreinen Argon-Atmosphäre (weniger als 1 ppm O2 and H2O) in einem Mahlbecher gemischt und in einer Planetenkugelmühle (Retsch PM400) gemahlen. Der Mahlvorgang erfolgt unter der Verwendung von Stahlkugeln (∅=10 mm) und das Massenverhältnis zwischen Kugeln und Pulver entspricht 10:1 d.h. im Fall von 300 g Stahlmahlkugeln werden 30 g Pulvermischung verwendet. Die Geschwindigkeit der Planetenkugelmühle beträgt 150 U/min. Das mechanische Legieren erfolgt bei Raumtemperatur für die Dauer von 300 h. Am Ende des Mahlvorgangs liegt ein Sekundärpulver vollständig bestehend aus übersättigten Al(Mg)-Mischkristallen vor. Dieses Sekundärpulver ist nanokristallin, was vorteilhaft für die spätere hohe Festigkeit ist.
  • Nachfolgend wird das Sekundärpulver auf 430 °C erwärmt. Bei dieser Temperatur findet eine Phasenumwandlung statt, wodurch sich die metastabile γ - Phase der Verbindung Mg17Al12 in Pulverform ausbildet.
  • 50 Gew.-% dieses Pulvers aus der metastabile γ - Phase der Verbindung Mg17Al12 werden nachfolgend mit 50 Gew.-% reinem Aluminiumpulver wieder unter hochreiner Argon-Atmosphäre in einem Mahlbecher vermischt und in einer Planetenkugelmühle unter den o.g. Bedingungen gemahlen. Nach 1 h Mahldauer ist das Pulver gut vermischt und die nanokristalline metastabile γ - Phase der Verbindung Mg17Al12 liegt fein verteilt in der Matrix aus Aluminium vor. Danach wird das Pulver bei 100 °C heißgepresst und unter 50 MPa Pressdruck verdichtet, sowie mittels Strangpressen mit 4 mm Durchmesser extrudiert.
  • Die Porosität der erhaltenen Probe ist relativ hoch, die Dichte liegt bei 97,5 %.
    Es konnte festgestellt werden, dass während des Strangpressens die metastabile γ - Phase der Verbindung Mg17Al12γ in die Aluminiummatrix diffundiert und sich gut verteilt.
    Die γ - Phase dient dabei als Verstärkung der Al - Matrix, was sich eindeutig durch die nachfolgenden Ergebnisse nachweisen lässt.
    Die Probe, aus dem hergestellten Material, hat folgende Eigenschaften gezeigt:
    • Festigkeit bei Raumtemperatur in Höhe von 250 MPa, relative Dehnung (Maß für die Duktilität) von 2%, Härte nach Vickers 250 HV und Dichte bei 98,5 %.

Claims (15)

  1. Formkörper aus einem aluminiumhaltigen Verbundwerkstoff, bestehend aus einer Matrix aus Partikeln aus Aluminium und/oder aus einer Aluminiumlegierung mit darin fein verteilten Partikeln der γ - Phase einer AlMg - Verbindung mit einer hexagonalen Kristallstruktur (hcp).
  2. Formkörper nach Anspruch 1, bei dem in der Matrix 5 bis 80 Vol. % Partikeln der γ - Phase einer AIMg - Verbindung enthalten sind.
  3. Formkörper nach Anspruch 2, bei dem in der Matrix 45 bis 55 Vol.-% Partikel der γ - Phase einer AIMg - Verbindung enthalten sind.
  4. Formkörper nach Anspruch 1, bei dem die Aluminiumlegierung als Legierungselemente Mg, Mn, Si, Li oder Zn enthält.
  5. Formkörper nach Anspruch 1, bei dem die Partikel der γ - Phase einer AlMg - Verbindung aus Mg17Al12 bestehen.
  6. Formkörper nach Anspruch 1, bei dem die Partikel der γ - Phase einer AlMg - Verbindung aus AlxMg100-x bestehen, mit x= 40 bis 60.
  7. Formkörper nach Anspruch 1, bei dem die Partikel der γ - Phase einer AlMg - Verbindung aus Al60Mg40 bestehen.
  8. Formkörper nach Anspruch 1, bei dem die Partikel aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 0,1 µm bis 100µm aufweisen.
  9. Formkörper nach Anspruch 1, bei dem die Partikel der γ - Phase einer AlMg - Verbindung eine mittlere Partikelgröße im Bereich von 0,1µm bis 100µm aufweisen.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem aus kristallinem Al- und Mg-Pulver auf pulvermetallurgischem Wege die γ - Phase einer AlMg-Verbindung hergestellt und diese mit kristallinem Al-Pulver und/oder ein Aluminiumlegierungspulver als Matrixmaterial gemischt und wiederum durch pulvermetallurgische Verfahren zu einer aluminiumhaltigen Verbindung verarbeitet und diese nachfolgend zu einem Formkörper verdichtet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem ein Aluminiumlegierungspulver mit Mg, Mn, Si, Li oder Zn als Legierungselementen eingesetzt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Aluminiumlegierungen durch mechanisches Legieren hergestellt werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die pulvermetallurgischen Herstellung der γ - Phase einer AIMg - Verbindung und/oder der aluminiumhaltigen Verbindung durch mechanisches Legieren durchgeführt wird, wobei vorteilhafterweise das mechanische Legieren durch Mahlung mit einer Mahldauer von 20 bis 300 Stunden durchgeführt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Mischung aus kristallinem Al-Pulver oder einem Aluminiumlegierungspulver als Matrixmaterial mit Partikeln der γ - Phase einer AlMg-Verbindung mittels Mahlen durchgeführt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die aluminiumhaltige Verbindung durch Heißpressen oder Strangpressen oder Extrudieren zu einem Formkörper verarbeitet wird.
EP09160462A 2008-05-26 2009-05-18 Formkörper aus einem aluminiumhaltigen Verbundwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung Withdrawn EP2128281A1 (de)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1405927A1 (de) 2002-10-02 2004-04-07 The Boeing Company Verfahren zur Herstellung von kryogen zerkleinerten Legierungen für strangegepressten und geschmiedeten Bauteile

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19802501C2 (de) * 1998-01-23 2000-01-20 Dorn Gmbh C Pulvermischung für eine Sinteraluminium-Legierung und Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers aus einer solchen Pulvermischung

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1405927A1 (de) 2002-10-02 2004-04-07 The Boeing Company Verfahren zur Herstellung von kryogen zerkleinerten Legierungen für strangegepressten und geschmiedeten Bauteile

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. F. CHAG, U.A., LIGHT METALALTER, 1989, pages 12
G. NUSSBAUM, U.A., SCRIPTA MATELL., vol. 23, 1989, pages 1079 - 1084
GEMÄSS YU, P. ET AL., ACTA MATERIALIA, vol. 54, 2006, pages 1445 - 1450
SCUDINO ET AL: "Phase transformations in mechanically milled and annealed single-phase beta-Al3Mg2", ACTA MATERIALIA, vol. 56, no. 5, 26 December 2007 (2007-12-26), ELSEVIER, OXFORD, GB, pages 1136 - 1143, XP022481018, ISSN: 1359-6454 *
SCUDINO, S. ET AL., ACTA MATERIALIA, vol. 56, 2008, pages 1136 - 1143
SINGH D ET AL: "Extended homogeneity range of intermetallic phases in mechanically alloyed Mg-Al alloys", INTERMETALLICS, vol. 11, no. 4, April 2003 (2003-04-01), ELSEVIER LTD, GB, pages 373 - 376, XP002548892 *
YU P ET AL: "Fabrication and mechanical properties of Ni-Nb metallic glass particle-reinforced Al-based metal matrix composite", SCRIPTA MATERIALIA, vol. 54, no. 8, 1 April 2006 (2006-04-01), ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, pages 1445 - 1450, XP025027863, ISSN: 1359-6462, [retrieved on 20060401] *
ZHONG Y ET AL: "Contribution of first-principles energetics to Al-Mg thermodynamic modeling", CALPHAD. COMPUTER COUPLING OF PHASE DIAGRAMS AND THERMOCHEMISTRY, NEW YORK, NY, US, vol. 29, no. 4, 1 December 2005 (2005-12-01), pages 303 - 311, XP027752201, ISSN: 0364-5916, [retrieved on 20051201] *

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