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DE3033725C2 - Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundwerkstoffes - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundwerkstoffes

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DE3033725C2
DE3033725C2 DE3033725A DE3033725A DE3033725C2 DE 3033725 C2 DE3033725 C2 DE 3033725C2 DE 3033725 A DE3033725 A DE 3033725A DE 3033725 A DE3033725 A DE 3033725A DE 3033725 C2 DE3033725 C2 DE 3033725C2
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DE
Germany
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aluminum
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solder
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DE3033725A
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DE3033725A1 (de
Inventor
Wolfgang Prof. Dipl.-Ing. Dr.-Ing. 5300 Bonn Gruhl
Gerhard Dr. 5330 Königswinter Ibe
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Vereinigte Aluminium Werke AG
Original Assignee
Vereinigte Aluminium Werke AG
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Publication date
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Description

gierung und des Fasergewebes mittels Rollen vorzunehmen und das Vormaterial zunächst separat vorzuheizen. Unmittelbar vor der Walzung muß es dann, vorzugsweise in einem Durchlaufofen in Kontakt gebracht werden und auf die erforderliche Endtemperatur erhitzt werden.
Die Aufgabe der Aluminiumlotlegierung kann darin bestehen, als Oxidationsschutz und als Haftvermittler bei der Herstellung des Verbundwerkstoffes zu dienen. Es ist möglich, daß der Verbundwerkstoff ohne merkliche Verformung der Kernbleche hergestellt wird und der Verbund zwischen Metallagen und Fasern durch eine mit der Lotschicht getränkte Fasermatte gebildet wird. Bei dieser Herstellung wird mit einem Abwalzgrad zwischen 0,5 und 1,5% gearbeitet
Zur Erzielung eines hochtemperaturbeständigen Verbundwerkstoffes aus Aluminium ist es jedoch vorteilhaft, den Faserwerkstoff durch plastische Verformung der Metallagen in diese einzubetten. Dabei muß ein Abwalzgrad zwischen 1,5 und 10% angewendet werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei werden die Metallagen mit jeweils einer Lotplattierung versehen.
Zwei frisch gebeizte Bleche aus AIMn 1 mit einer Dicke von 1 mm werden einseitig lotplattiert mit 10% AlSi 10. Die Abmessung der Bleche beträgt 70-190 mm2. Zwischen diese Bleche wird ein gleichgroßes Stück Fasergewebe aus SiC-Fasern mit 140 μπι Dicke gelegt Die SiC-Fasern werden durch Aluminiumkettfäden der Abmessung 50 · 400 μΐη2 in etwa 2,8 mm Abstand zusammengehalten.
Die lotplattierten Blecne sinü jeweils mit der Lotschicht zum Fasergewebe gerichtet Vor dem Walzen werden die Stirnseiten der P. oben miteinander verschweißt und die Schweißnaht leicht angespitzt, um ein leichtes Einlaufen der Probe in den Walzspalt zu ermöglichen. Das andere Ende der Proben wurde durch einen dünnen Aluminiumdraht zusammengehalten.
Bei bestimmten Aluminiumlegierungen ist es schwierig, die geeignete Löttemperatur einzustellen, da die Schmelztemperaturen von Lötmaterial und Grundwerkstoff dicht beeinander liegen. In diesen Fällen soll das Vormaterial getrennt zugeführt werden, wobei die
unplattierten Bleche nicht so hoch erhitzt werden wie die Aluminiumlotlegierung. Die Löttemperatur wird erst kurz vor oder beim Walzen erreicht. In ähnlicher Weise ist zu verfahren, wenn nur eine der Metallagen lotplattiert ist
Bei der Verwendung lotplattierter Bleche aus AIMn 1 wird die Probe in einem elektrisch vorgeheizten Luftumwälzofen auf 6300C aufgeheizt, dem Ofen entnommen und sofort in die bereits laufende Walze eingeführt Beim Walzdurchgang wird die Fasermatte mit Lot getränkt und das überflüssige Lot aus der Probe herausgedrückt In diesem Fall ist der Walzdruck so eingestellt, daß keine merkliche Abnahme bzw. Verlängerung der Kernbleche stattfindet
Zur Konstanthaltung einer gleichmäßigen Walzentemperatur müssen diese gekühlt werden. Aufgrund der tiefen Walztemperatur ist das restliche Lot des Verbundwerkstoffes nach dem Verlassen der Walzen bereits wieder erstarrt
Bei Erhöhung des Walzgrades werden die Kernbleche im ganzen Querschnitt verformt und verlängert Das Material verschiebt sich dabei unter schärferer Verformung gegenüber den praktisch nicht verformbaren steifen hochfesten SiC-Fasern. Diese Scherverformung ist erwünscht, um Fasern und Blechwerkstoff inniger zu verbinden und damit die Haftung zu verbessern. Bei zu großer Scherverforrtung, d.h. zu hohem Walzgrad, treten große Schubspannungen auf, so daß die Fasern reißen können. Der günstigste Walzgrad muß also zwischen 1,5 und 10% liegen.
Nach dem bevorzugten Verfahren werden Proben mit 15,6 bis 17,8% Verlängerung hergestellt Sie zeigten bei Röntgendurchstrahlungen in Abständen von 3 mm periodisch gerissene Fasern. Proben mit 0,9 bzw. 3,2% Verlängerung zeigten dagegen eine sehr gute Haftung und keine Risse der Fasern.
Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Kernwerkstoffes, insbesondere zur Verbesserung der Warmfestigkeit bzw. des mecha-ischen Verhaltens in der Wärme, kann der Legierung der Metallagen Eisen und/oder Nickel bis zu 3% und jeweils bis zu 1% Chrom, Titan, Zirkon, Kobalt, Vanadin oder Molybdän, auch in Kombination mit anderen die Warmfestigkeit steigernden Elementen zugemischt werden.

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundwerkstoffes, bestehend aus wenigstens zwei Metallagen und zwischengelagerten Fasern, nach Patent 3000 171, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Metallagen wenigstens eine Schicht aus einer Aluminiumlotlegierung vorhanden ist und die Schichtung aus Metallagen, zwischengelagerten Fasern und Aluminiumlotlegierung bei einer Temperatur gewalzt wird, die oberhalb der Schmelztemperatur des Lotes und unterhalb der Erweichungstemperatur der Metallagen liegt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallagen aus einer Aluminiumlegierung mit bis zu 0,5% Silicium und mit
a) 1,0 bis 1,5% Magnesium oder Mangan oder
b) mit 1,0 bis 2,5% Magnesium und Mangan bestehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus einer Aluminiumlotlegierung auf mindestens eine der Metallagen aufplattiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtung aus Metallagen, zwischengelagerten Fasern und Aluminiumlotlegierung vor dem Walzen auf Temperaturen oberhalb der Lotschmelztemperatur gebracht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung des vorgeschichteten Verbundes durch Zusammenführung der Metallagen, der Aluminiumlotlegierung und des Fasergewebes mittels Rollen 3s und Haspeln erfolgt
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vormaterial separat vorgeheizt wird und die Aufheizung auf Endtemperatur oberhalb der Lotschmelztemperatur unmittelbar vor dem Walzen am vorgeschichteten Verbund vorgenommen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß beim Walzen nur die flüssige Lotschicht zwischen die Fasern gedrückt wird und keine merkliche Verformung der Kernbleche erfolgt
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallagen während der Walzung plastisch ver- so Formt werden und die Fasern durch Walzdruck in die Metallagen eingebettet werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalllagen aus AIMn 1 einseitig lotplattiert mit AISi 10 werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Dicke jeder Metallage 1 -2 mm beträgt die mit 10% AlSi lotplattiert wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß Metallagen verwendet werden, die Eisen und/oder Nickel bis zu 3%, Chrom, Titan, Zirkon, Kobalt, Vanadin, Molybdän jeweils einzeln bis zu 1% oder in es Zusammenmischung enthalten.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundwerkstoffes, bestehend aus mindestens zwei Metallagen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung; und zwischengelagerten Fasern.
Faserverstärkte dünne Bänder bzw. Bleche aus Aluminiumlegierungen mit bis zu 50 Vol.-% Borfasern, die teils mit SiC beschichtet sind, werden bereits nach der Methode des Plasmaspritzens hergestellt Hierbei wird die auf eine Trommel gewickelte Faserlage durch eine mittels Plasmaspritzen aufgetragene Aluminiumschicht auf der unter den Fasern liegenden Aluminiumfolie Fixiert Diese Spritzschichten sind sehr porös und müssen daher z. B. durch Warmwalzen oder Heißpressen nachverdichtet werden. Außerdem werden die Fasern durch die bis 20000C heißen Aluminiumtröpfchen im Plasmastrahl thermisch und mechanisch sehr stark beansprucht Dies kann zu Schädigungen der Fasern und des Verbundes bereits im Herstellungsstadium führen. Die hergestellten Bänder haben zudem eine begrenzte endliche Länge, die durch den Trommelumfang vorgegeben ist Außerdem arbeitet diese Methode diskontinuierlich und erfordert hohe Investitionskosten.
Allen bisherigen Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundwerkstoffes ist gemeinsam, daß in der Endstufe zur Erzeugung des festen Verbundes zwischen Metallagen und zwischengelagerten Fasern verhältnismäßig hohe Temperaturen angewendet werden. Beim Verlassen dieser Endstufe muß die verhältnismäßig weiche Schichtung erst gekühlt bzw. sehr vorsichtig behandelt werden, damit keine Auflösung des Verbundes erfolgt Es ist bisher nicht möglich, unmittelbar nach dem Verbindungsverfahren bereits Verformungen oder Zuschnitte an dem Verbundwerkstoff vorzunehmen.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundwerkstoffes zu entwickeln, das die erwähnten Nachteile nicht aufweist und mit verhältnismäßig einfachen Mitteln eine kontinuierliche Fertigung und Weiterverarbeitung des Verbundwerkstoffes ermöglicht
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen den Metallagen wenigstens eine Schicht aus einer Aluminiumlotlegierung vorhanden ist und die Schichtung aus Metallagen, icwischengelagerten Fasern und Aluminiumlotlegierung bei einer Temperatur gewalzt wird, die oberhalb der Schmelztemperatur des Lotes und unterhalb der Eirweichunfstemperatur der Metallagen liegt
Es ist vorteilhaft die Waldung, d. h. den eigentlichen Verbindungsvorgang mit kalten Walzen vorzunehmen; bei dieser Verfahrensweise wird während der Herstellung des Verbundwerkstoffe« bereits eine Abkühlung mit einer hohen Abkühlunjisrate vorgenommen. Das vorgeheizte Ausgangsmaterial wird im ersten Teil des Walzvorganges gegeneinander gepreßt und verbunden, während gleichzeitig von den kalten Walzen aus eine Abkühlung über die Metallagen in die Verbindungszone erfolgt Dieses bewirkt daß das Fertigprodukt als Verbundwerkstoff unmittelbar nach dem Austritt aus dem Walzspalt weiter verarbeitet werden kann.
Es ist wichtig, daß diese Schicht des Verbundwerkstoffes vor dem Eintritt in den Walzspalt die vorschriftsmäßige Temperatur besitzt Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Vormaterial zur Herstellung des vorgeschichteten Verbundes durch Zusammenführung der Metallagen der Aluminhimlotle-
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