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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer rutschfesten Platte und eine dadurch hergestellte rutschfeste Platte und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer rutschfesten Platte, die ein rutschfestes Verhalten aufweist, und eine dadurch hergestellte rutschfeste Platte.
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2. Beschreibung der verwandten Technik
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Eine rutschfeste Platte ist unter der Tür eines Fahrzeugs so vorgesehen, dass ein Fahrgast sicher in das Fahrzeug einsteigen kann. Da Sport- und Nutzfahrzeuge (SUVs), Lkws, Busse usw. so ausgebildet sind, dass die Einstiegshöhe derselben hoch ist, ist das Einsteigen ohne eine rutschfeste Platte, die dazu in der Lage ist, Fahrgäste beim Einsteigen zu unterstützen, schwierig. Daher ist eine rutschfeste Platte zum sicheren Einsteigen vorgesehen.
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Die herkömmliche rutschfeste Platte ist jedoch in einer solchen Art und Weise hergestellt, dass der Trittabschnitt, auf den ein Fahrgast tritt, aus einem Kunstharz oder einem Gummimaterial hergestellt ist und die Oberfläche desselben mit Vorsprüngen in einer Gitter- oder Diamantanordnung versehen ist, um Fahrgäste am Rutschen zu hindern, was unerwünschter Weise zu einer schnellen Abnutzung und Verschlechterung des rutschfesten Verhaltens führt.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wurde daher im Hinblick auf die Probleme in der verwandten Technik gemacht und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer rutschfesten Platte und eine dadurch hergestellte rutschfeste Platte bereitzustellen, bei dem heterogene Metallpartikel an einer starren Basismetallplatte (eine Metallplatte) angebracht werden, um ein rutschfestes Verhalten zu verleihen, wodurch eine hohe Herstellungseffizienz und ein ästhetisch ansprechendes äußeres Erscheinungsbild ohne Abnutzungs- und Ablösungsprobleme aufgewiesen werden können.
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Um die oben erwähnte Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer rutschfesten Platte bereit, das folgende Schritte aufweist: Vorbereiten einer Basismetallplatte für eine Verbindungsstellengestaltung, Waschen und Oberflächenbehandlung; Vorbereiten eines rutschfesten Materials; Anhaften des rutschfesten Materials an die Verbindungsoberfläche der Basismetallplatte, um einen Vorsprung zu bilden; und Hartlöten der Basismetallplatte, an der das rutschfeste Material anhaftet, in einem Hartlötofen.
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Die Basismetallplatte kann ein Beliebiges ausgewählt aus Edelstahl, Eisen, Kupfer, Messing und legiertem Stahl aufweisen.
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Das rutschfeste Material kann so ausgebildet sein, dass ein Wolframpulver, zumindest ein Metallpulver ausgewählt aus Silber, Kupfer, Zink, Kadmium, Phosphor, Nickel, Mangan, Zinn, Indium, Gold, Silizium, Palladium und Lithium, und ein Lösungsmittel gemischt sind.
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Das rutschfeste Material kann so ausgebildet sein, dass 95 bis 97 Gew.-% eines Wolframpulvers und 3 bis 5 Gew.-% eines Nickelpulvers gemischt und mit einem Lösungsmittel verdünnt sind.
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Das Hartlöten kann ein erstes Brennen bei 500 bis 700°C in einer Reduktionsgasatmosphäre in einem Hartlötofen und ein zweites Brennen in dem Hartlötofen bei einer auf 900 bis 1.350°C erhöhten Temperatur aufweisen.
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Das Reduktionsgas kann ein Wasserstoffgas sein und das Wasserstoffgas kann in einer Menge, die in einem Bereich von 76% bis 100% liegt, verwendet werden.
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Der Taupunkt kann –55°C oder weniger sein.
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Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung eine rutschfeste Platte bereit, die eine Basismetallplatte und ein rutschfestes Teil aufweist, das auf der Oberfläche der Basismetallplatte angebracht ist, um ein rutschfestes Verhalten zu verleihen.
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Die Basismetallplatte kann von dem rutschfesten Teil durch eine Lasermarkierung rund um das rutschfeste Teil herum unterschieden werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die rutschfeste Platte so ausgebildet, dass eine Basismetallplatte und ein rutschfestes Material stark aneinander angehaftet sein können und eine hervorragende Abnutzungsbeständigkeit und ein rutschfestes Verhalten aufweisen können. Daher kann die rutschfeste Platte bei Fahrzeugen oder Einrichtungen angewendet werden, die ein rutschfestes Verhalten benötigen, um ein rutschfestes Verhalten zu zeigen, und semipermanent verwendet werden.
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Insbesondere wird ein Hartlötvorgang mittels einer Reduktionsreaktion in einer Wasserstoffgasatmosphäre bei einem Taupunkt von –55°C oder weniger durchgeführt, wodurch die Haftung zwischen der Basismetallplatte und dem rutschfesten Material weiter erhöht wird und Unreinheiten, wie z. B. Oxide, vollständig während des Hartlötvorgangs entfernt werden können, wodurch eine rutschfeste Platte, die ein ästhetisch ansprechendes äußeres Erscheinungsbild und ein ausgezeichnetes rutschfestes Verhalten aufweist, erhalten wird.
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Ferner kann Wolframpulver, das herkömmlicherweise abgesondert wurde, zurückgeführt werden, wodurch sich die Herstellungskosten für die rutschfeste Platte verringern.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die zuvor erwähnten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, bei denen:
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1 ein Flussdiagramm ist, das den Vorgang zur Herstellung einer rutschfesten Platte gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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2 eine rutschfeste Platte veranschaulicht, die durch den Vorgang gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
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3 und 4 die Verbindungsstelle zwischen einer Basismetallplatte und einem rutschfesten Material gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
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5 die Anwendung der rutschfesten Platte gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bei einem Fahrzeug veranschaulicht; und
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6 die Anwendung der rutschfesten Platte gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bei einer U-Bahn-Abflussabdeckung veranschaulicht.
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Beschreibung der spezifischen Ausführungsbeispiele
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Hiernach folgt eine ausführliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren zur Herstellung einer rutschfesten Platte, wie in 1 dargestellt ist, ein Vorbereiten einer Basismetallplatte für eine Verbindungsstellengestaltung, Waschen und Oberflächenbehandlung (S10), Vorbereiten eines rutschfesten Materials (S20), Anhaften des rutschfesten Materials an die Verbindungsoberfläche der Basismetallplatte, um einen Vorsprung zu bilden (S30), und Hartlöten der Basismetallplatte, an der rutschfeste Material anhaftet, in einem Hartlötofen (S40) auf.
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Bei der Vorbereitung der Basismetallplatte (S10) ist die Basismetallplatte so gestaltet, für ein Hartlöten angepasst zu sein. Insbesondere eine Kapillarwirkung, die bei dem Hartlötvorgang als sehr wichtig angesehen wird, kann effizient durch eine angemessene Verbindungsstellengestaltung ausgenutzt werden.
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Die Verbindungsstellengestaltung wird durchgeführt, um die Form der Verbindungsstelle zwischen dem rutschfesten Material und der Basismetallplatte, ein Verbindungsstellenspiel usw. zu bestimmen. Bezüglich des Verbindungsstellenspiels weisen heterogene Metalle unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf und daher wird das Verbindungsstellenspiel unter Berücksichtigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Basismetallplatte und des rutschfesten Materials bei der Hartlöttemperatur bestimmt.
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Die Verbindungsstellengestaltung kann mittels eines Lasers ausgeführt werden.
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Die Basismetallplatte besteht aus einem beliebigen Material ausgewählt aus Edelstahl, Eisen, Kupfer, Messing und legiertem Stahl. Vorzugsweise ist SUS304 als das Material für die Basismetallplatte zweckdienlich.
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SUS304 weist eine chemische Zusammensetzung von 18Cr-8Ni auf, ist aufgrund der hohen Belastbarkeit desselben einfach verwendbar, um eine von Konsumenten benötigte Gestaltung zu bilden, und erleichtert eine Verbesserung des äußeren Erscheinungsbildes eines Produktes durch Lasermarkierung desselben mit Buchstaben oder Farben.
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SUS304 ist preisgünstig und erleichtert daher eine Massenproduktion, kann eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit aufweisen, wodurch dasselbe rostbeständig ist, und weist eine ausgezeichnete Hochtemperaturfestigkeit und Niedrigtemperaturfestigkeit auf. Der Schmelzpunkt von SUS304 liegt in dem Bereich von 1.400 bis 1.450°C.
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Der Waschvorgang wird durchgeführt, um die Basismetallplatte zu reinigen. Der Grund dafür ist, dass die Kapillarwirkung effizient ausgeführt wird, wenn die Basismetallplatte sauber ist. Falls Öl, Fett, Rost, Span, Farbreste, physische Verunreinigungen (Staub, Fremdstoffe) und dergleichen auf der Basismetallplatte vorhanden sind, wird die Basismetallplatte nicht effizient mit dem rutschfesten Material verbunden.
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Faktoren, die eine Benetzung, einen Fluss und eine Diffusion auf der Basismetallplatte und dem rutschfesten Material behindern, müssen von der Basismetallplatte entfernt werden. Falls solche Faktoren auf der Basismetallplatte verbleiben, wird der Fluss des rutschfesten Materials behindert oder es entstehen Bläschen, wobei sich die Verbindungsstärke der Verbindungsstelle zwischen der Basismetallplatte und dem rutschfesten Material unerwünschter Weise verschlechtert.
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Der Waschvorgang kann ein Beliebiges oder eine Kombination aus zwei oder mehr ausgewählt aus alkalischer Reinigung Lösungsmitteln, Lösungsmittelentfettung, Reinigungsmittelwaschen, Säurebeizung, Ultraschallwaschen und schneller Wasserbebrausung umfassen.
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Normalerweise wird die Oberfläche eines Metalls mit Luftsauerstoff gekoppelt, um eine Oxidschicht zu bilden. Um komplizierte Unreinheiten wie z. B. Span, physische Verunreinigungen und dergleichen zu entfernen, ist eine Kombination aus zwei oder mehr Waschvorgängen im Vergleich zu einem einzelnen Waschvorgang bevorzugt.
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Die Oberflächenbehandlung der Basismetallplatte kann mechanisches Polieren umfassen.
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Bei der Vorbereitung des rutschfesten Materials (S20) wird das Material vorbereitet, das an die Basismetallplatte angebracht werden soll, um ein rutschfestes Verhalten zu verleihen.
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Das rutschfeste Material wird durch Mischen eines Wolframpulvers, zumindest eines Metallpulvers ausgewählt aus Silber, Kupfer, Zink, Kadmium, Phosphor, Nickel, Mangan, Zinn, Indium, Gold, Silizium, Palladium und Lithium, und eines Lösungsmittels erhalten.
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Wolfram (W) weist eine große Härte auf und kann semipermanent verwendet werden, da ein starkes rutschfestes Verhalten durch extraharte Partikel beibehalten wird.
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Silber (Ag) allein ist nicht fest aber weist eine hohe Festigkeit auf, wenn dasselbe mit einem anderen Element gekoppelt ist. Außerdem weist Silber eine hohe Durchdringbarkeit auf, wenn es geschmolzen ist, wodurch eine starke Verbindungsstelle sichergestellt ist. Daher fungiert Silber dahin gehend, den Schmelzpunkt beim Hartlöten zu abzusenken und die Benetzbarkeit und Bearbeitbarkeit zu erhöhen.
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Kupfer (Cu) ist hinsichtlich Dehnbarkeit, Wärmeleitfähigkeit, elektrischer Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und hoher Durchdringbarkeit vorteilhaft, ist im Vergleich zu Silber relativ preisgünstig und kann daher als eine Alternative zu Silber verwendet werden.
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Im Gegensatz zu Silber kann Kupfer mit Eisen, Nickel oder einer beliebigen hochschmelzenden Legierung verbunden werden. Wenn Kupfer und Silber mit einem Gewichtsverhältnis von 28:27 verbunden werden, wird ferner eine eutektische Legierung von 780°C gebildet, die stärker als Kupfer oder Silber ist und eine hohe Dehnbarkeit und gute Durchdringbarkeit aufweist.
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Zink (Zn), das einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, ist für einen Hartlötprozess zweckdienlich, kann eine Benetzbarkeit erhöhen und ist preisgünstig. Wenn Zink jedoch übermäßig verwendet wird, wird es brüchig und eine Metalllegierung, die Zink enthält, kann beim Erwärmen über einen längeren Zeitraum hinweg oder bei einer hohen Temperatur aufgrund des niedrigen Verdampfungspunkts von Zink brechen.
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Kadmium (Cd) weist wie Zink einen niedrigen Schmelzpunkt und eine gute Benetzbarkeit auf. Ferner ist Kadmium korrosionsbeständiger als Zink und kann die Fluidität einer Silberlegierung bei einer niedrigen Temperatur erhöhen. Kadmium ist jedoch brüchig, weist einen niedrigen Verdampfungspunkt auf, ist teurer als Zink und das Oxid desselben ist darüber hinaus giftig. Daher muss ein Lüfter vorgesehen sein, wenn ein rutschfestes Material, das Kadmium enthält, gelötet wird.
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Phosphor (P), das eine hohe Reaktivität aufweist, kann basierend auf den folgenden zwei Gründen eine Verbindung mit Kupfer bilden: ein Grund ist, dass eine Liquidustemperatur auffallend gesenkt wird, und der andere Grund ist, dass eine chemische Aktivität hoch ist. Phosphor fungiert als ein Oxidationsmittel, das Sauerstoff konsumiert. Wenn Phosphor geschmolzen ist, kann es in Form eines breiten, festen und dünnen Films auf der geschmolzenen Oberfläche bereitgestellt werden. Eine Legierung mit 92,8 Gew.-% Cu/7,2 Gew.-% P weist eine hohe Bruchfestigkeit aber eine niedrige Dehnbarkeit auf. Daher wird Silber hinzugefügt, um Starrheit und Brüchigkeit zu verbessern.
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Nickel (Ni) fungiert dahin gehend, einer Silberlegierung Starrheit und Zähigkeit zu verleihen. Außerdem spielt Nickel eine Rolle beim Erhöhen der Korrosionsbeständigkeit und unterstützt bei der Benetzung von Karbiden oder dergleichen, die schwierig zu lösen sind. Eine Legierung, die Nickel enthält, kann eine Korrosion an der Hartlötschnittstelle nach einem Hartlöten von Edelstahl unterdrücken. Nickel weist jedoch einen hohen Schmelzpunkt (1.453°C) auf und verschlechtert das Fließvermögen der Legierung beim Hartlöten. Es kann daher dann wirksam verwendet werden, wenn der Hartlötspalt groß ist.
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Mangan (Mn) ist ein Hochschmelzpunktmetall aber der Schmelzpunkt desselben ist auf ungefähr 959°C bei einer Legierung in einem Verhältnis von 85 Gew.-% Ag/15 Gew.-% Mn verringert. Mangan trägt zu der Bildung einer festen dehnbaren Verbindungsstelle bei und erhöht eine Benetzbarkeit nach einer Verbindung einer Legierung, die Edelstahl, Nickel oder Chrom enthält. Die Festigkeit der Legierung, die Mangan enthält, wird selbst bei hohen Temperaturen ohne Veränderung beibehalten.
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Zinn (Sn) weist einen sehr niedrigen Schmelzpunkt auf und wird daher verwendet, um den Schmelzpunkt einer Legierung zu verringern. Zinn fungiert außerdem dahin gehend, Fluidität, Benetzbarkeit und Durchdringbarkeit zu verbessern.
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Indium (In) fungiert dahin gehend, den Schmelzpunkt einer Legierung bei einem Hartlöten zu verringern und ein Fließvermögen zu verbessern.
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Gold (Au) verleiht eine ästhetisch ansprechende Farbe bei einem Hartlöten und erhöht eine Korrosionsbeständigkeit.
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Silizium (Si) kann den Schmelzpunkt verringern und kann die Verdampfung von Zink verhindern.
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Palladium (Pd) fungiert dahin gehend, die Benetzbarkeit von Nickellegierungen zu erhöhen und die interkristalline Korrosion der Basismetallplatte zu minimieren.
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Lithium (Li) weist aufgrund der Desoxidationsaktivität desselben eine hohe Verbindbarkeit mit Metallen, wie z. B. Edelstahl, auf.
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Insbesondere wird das rutschfeste Material vorzugsweise durch Mischen von 95 bis 97 Gew.-% eines Wolframpulvers und 3 bis 5 Gew.-% eines Nickelpulvers und Verdünnen der Mischung mit einem Lösungsmittel vorbereitet.
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Das Wolframpulver ist eine Hauptkomponente des rutschfesten Materials und das Nickelpulver wird verwendet, um die Verbindungsaffinität der Basismetallplatte zusammen mit dem Wolframpulver zu erhöhen. Zusätzlich zu dem Nickelpulver kann zumindest ein Metallpulver ausgewählt aus Silber, Kupfer, Zink, Kadmium, Phosphor, Mangan, Zinn, Indium, Gold, Silizium, Palladium und Lithium verwendet werden.
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Die Legierung aus Wolframpulver und Nickelpulver weist eine hohe Härte und eine hohe Benetzbarkeit mit einer Basismetallplatte (SUS304) auf. Der Schmelzpunkt von Wolframpulver ist bei 3.422°C und Nickel weist einen Schmelzpunkt von 1.453°C auf und ist bei einem Hartlöten stabil und zerfällt nicht. Das Wolframpulver weist eine Affinität zu der Basismetallplatte auf, wenn dasselbe mit dem Nickelpulver legiert ist.
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Falls die Menge des Wolframpulvers kleiner als 95 Gew.-% ist, wird die Menge von Nickel relativ erhöht, wobei das Fließvermögen der Legierung für ein Hartlöten unerwünschter Weise verschlechtert wird. Wenn die Menge desselben 97 Gew.-% übersteigt, ist die Menge von Nickel andererseits relativ verringert, was die Anhaftung des rutschfesten Materials an die Basismetallplatte erschwert.
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Wenn die Menge des Nickelpulvers 3 Gew.-% oder mehr ist, kann die Anhaftung des rutschfesten Materials und der Basismetallplatte nach einem Hartlöten erhöht sein und eine Korrosion an der Hartlötschnittstelle nach einem Hartlöten kann unterdrückt werden. Falls die Menge des Nickelpulvers jedoch 5 Gew.-% übersteigt, ist das Fließvermögen des rutschfesten Materials verschlechtert. Da das Fließvermögen des rutschfesten Materials stark mit dem äußeren Erscheinungsbild der rutschfesten Platte korreliert, macht die Verwendung von einem rutschfesten Material mit einem schlechten Fließvermögen es unmöglich, eine rutschfeste Platte mit einem ästhetisch ansprechenden äußeren Erscheinungsbild herzustellen.
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Um das äußere Erscheinungsbild der rutschfesten Platte zu verbessern, weisen das Wolframpulver und das Nickelpulver vorzugsweise eine Partikelgröße von 10 μm oder weniger auf.
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Wasser wird als ein Lösungsmittel verwendet, um das rutschfeste Material zu verdünnen, und die Menge desselben unterliegt keiner speziellen Beschränkung.
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Bei dem Anhaftungsvorgang (S30) wird das rutschfeste Material an die Basismetallplatte angehaftet.
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Das rutschfeste Material wird an die Verbindungsoberfläche der Basismetallplatte durch Überzug mit einem Pinsel oder dergleichen, Immersion oder automatische Überzug angehaftet, wodurch ein Vorsprung auf der Basismetallplatte gebildet wird. Da das Verhältnis des verdünnten rutschfesten Materials je nach der Art des Überzugvorgangs, wie z. B. Überzug mit einem Pinsel oder dergleichen, Immersion oder automatischer Überzug, variieren kann, unterliegt die Menge des Verdünnungslösungsmittels, das Wasser ist, keiner speziellen Beschränkung.
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Zusätzlich zu Wasser kann das Lösungsmittel ein Bindemittel, ein Flussmittel usw. umfassen.
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Die Form und Eigenschaften eines Oxids, das gebildet wird, können je nach Typ einer Basismetallplatte nach einem Hartlöten variieren, aber ein Metalloxid kann mit dem rutschfesten Material behandelt werden.
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Beispielsweise sind Kupfer, Messing oder Silber Materialien zum Bilden eines Oxids, das relativ leicht entfernbar ist und keine lokalen Überhitzungsrisiken aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit desselben zur Folge hat. Außerdem können Kupfer, Messing oder Silber die Bildung von Oxiden durch Verwendung eines rutschfesten Materials aus einer relativ niedrig temperierten Legierung minimieren. In diesem Fall kann die Konzentration des rutschfesten Materials, das mit dem Lösungsmittel verdünnt ist, relativ niedrig festgelegt werden.
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Bronze, die Aluminium, Beryllium, Silizium oder Titan in einer kleinen Menge enthält, benötigt ein starkes Lösungsmittel, da dieselbe ein starkes und stabiles Oxid bildet.
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Legierter Stahl, der Chrom, Vanadium und Mangan enthält, kann drastisch oxidiert sein. Daher benötigt stabilerer Edelstahl, der einen hohen Chromanteil enthält, ein starkes Lösungsmittel.
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Die Basismetallplatte, an der das rutschfeste Material anhaftet, wird auf natürliche Art und Weise getrocknet.
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Da das Oxid im Wesentlichen langsam in einem Temperaturbereich von einer Zimmertemperatur bis zu ungefähr 537°C gebildet wird, beeinflusst die Erhitzungszeit die Bildung von Oxid unwesentlich. Daher kann eine Trocknung durch langsame eine Erhitzung in dem oben erwähnten Temperaturbereich ausgeführt werden.
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Wenn Wasser von dem rutschfesten Material entfernt wird und das rutschfeste Material sich wölbt, erhöht sich die Menge von Oxid auf der Hartlötoberfläche beachtlich. Daher ist eine langsame Erhitzung oder eine indirekte Erhitzung bevorzugt. Eine indirekte Erhitzung wird durch Erhitzung von Abschnitten außer der Oberfläche, an der das rutschfeste Material angehaftet, durchgeführt.
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Bei einer Induktionserhitzung werden das rutschfeste Material und die Basismetallplatte, die aus Metallen hergestellt sind, schnell erhitzt. Das Lösungsmittel wird jedoch bei einer Temperatur gehalten, die hunderte Grad niedriger liegt als die des rutschfesten Materials und der Basismetallplatte. Folglich wird das Lösungsmittel gekocht und folglich können in dem rutschfesten Material Poren erzeugt werden. Falls dieses Problem auftritt, kann eine Leistung verringert werden und eine Erhitzungszeit kann erhöht werden oder eine Minimalmenge von Lösungsmittel kann verwendet werden.
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Beim Hartlötvorgang (S40) wird die Basismetallplatte, an der das rutschfeste Material anhaftet, so in einem Hartlötofen platziert, dass das rutschfeste Material fest an die Basismetallplatte angebracht wird.
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Edelstahl und Wolframpulver, das eine Hauptkomponente des rutschfesten Materials ist, bilden eine Hochtemperaturlegierung und sind folglich nicht aneinander angebracht.
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Insbesondere SUS304, das 18Cr-8Ni aufweist, weist einen hohen Cr-Anteil auf, was das Anbringen desselben an ein Wolframpulver erschwert. Cr weist eine hohe Sauerstoffaffinität auf, um ein Cr-Oxid zu bilden. Wenn ein Cr-Oxid aus Cr hergestellt ist, das stabil ist, ist es schwierig, das rutschfeste Material an SUS304 anzubringen.
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Um die Festigkeit der Haftung zwischen dem Edelstahl und dem Wolframpulver in dem Hartlötvorgang zu erhöhen, ist Nickel in dem rutschfesten Material enthalten, Wasserstoffgas wird als ein Reduktionsgas in dem Hartlötvorgang verwendet und der Taupunkt des Hartlötofens wird innerhalb des Bereichs von –55°C oder weniger gehalten.
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Das Wolframpulver ist im Wesentlichen das rutschfeste Material und das Nickelpulver wird hinzugefügt, um die Korrosion der Schnittstelle der Verbindungsstelle nach einem Hartlöten des Edelstahls zu unterdrücken, um die Affinität von Wolframpulver zu im Edelstahl enthaltenem Cr zu erhöhen.
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Genauer gesagt umfasst der Hartlötprozess ein erstes Brennen bei 500 bis 700°C in einem Hartlötofen in einer Reduktionsgasatmosphäre und ein zweites Brennen in dem Hartlötofen bei einer auf 900 bis 1.350°C erhöhten Temperatur.
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Wenn die Basismetallplatte, an der das rutschfeste Material anhaftet, in dem Hartlötofen platziert ist und zuerst bei 500 bis 700°C in einer Reduktionsgasatmosphäre gebrannt wird, wird das Lösungsmittel zersetzt und verbrannt und eine interkristalline Korrosion der Basismetallplatte wird verhindert. Wenn anschließend das zweite Brennen bei einer erhöhten Temperatur von 900 bis 1.350°C durchgeführt wird, werden die Basismetallplatte und das rutschfeste Material fest aneinander angebracht.
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Da Chrom und Wolfram ohne weiteres oxidierbar sind, werden Oberflächenverschmutzungen, wie Schmiermittelreste, die während des Herstellungsvorgangs erzeugt werden, oder der Oxidfilm, durch thermische Zersetzung oder Reduktion bei einem ersten Brennen entfernt.
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Wenn die erste Brenntemperatur niedriger als 500°C ist, werden das Lösungsmittel und der Oxidfilm nicht entfernt. Wenn die erste Brenntemperatur andererseits höher als 700°C ist, können Defekte wie Wölbung aufgrund des verbleibenden Lösungsmittels auftreten. Wenn nur das zweite Brennen ohne das erste Brennen durchgeführt wird, kann die Festigkeit der Haftung zwischen der Basismetallplatte und dem rutschfesten Material aufgrund der Wölbung zwischen der Basismetallplatte und dem rutschfesten Material schwach werden.
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Wenn die zweite Brenntemperatur niedriger als 900°C ist, wird das rutschfeste Material, das einen hohen Schmelzpunkt hat, nicht geschmolzen, sondern verbleibt, was das feste Anbringen der Basismetallplatte und des rutschfesten Materials aneinander erschwert.
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Wenn die zweite Brenntemperatur andererseits höher ist als 1.350°C wird dieser Effekt nicht erhöht.
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Die erste Brennzeit beträgt ungefähr 5 bis 10 min und die zweite Brennzeit beträgt ungefähr 5 bis 20 min. Falls die erste Brennzeit weniger als 5 min beträgt, ist es schwierig, gewünschte Wirkungen sicherzustellen. Wenn die erste Brennzeit andererseits mehr als 10 min beträgt, wird die Wirkung derselben nicht erhöht. Wenn die zweite Brennzeit weniger als 5 min beträgt, sind gewünschte Wirkungen schwierig sicherzustellen. Wenn die zweite Brennzeit andererseits mehr als 20 min beträgt, wird die Wirkung derselben nicht erhöht, und ferner kann die Basismetallplatte reißen.
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Bei dem Hartlötprozess ist das Reduktionsgas ein Wasserstoffgas und das Wasserstoffgas wird in einer Menge von 76% oder mehr verwendet.
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Wenn die Menge an Wasserstoffgas kleiner als 76% ist, wird die Reduktionsreaktion aufgrund des Mangels an Wasserstoff, das ein Hauptmedium der Reduktion ist, nicht effizient ausgeführt.
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Das Wolframpulver ist in einer Wasserstoffgasatmosphäre reduzierbar und ist gesintert. Alternativ dazu kann Ammoniakgas als das Reduktionsgas verwendet werden, Ammoniakgas selbst ist jedoch schwierig zu reduzieren. Falls Ammoniakgas verwendet wird, ist es schwierig, Ammoniakgas in Wasserstoffgas umzuwandeln und ein zusätzlicher Vorgang zum Umwandeln von Ammoniakgas in Wasserstoffgas muss implementiert werden, was den Hartlötvorgang kompliziert.
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Wasserstoff kann die Verbindungsstelle zwischen der Basismetallplatte und dem rutschfesten Material durchdringen und folglich beim Verbrennen des Lösungsmittels CO2 und H2O erzeugen. Nur das rutschfeste Material wird geschmolzen, während Mineralien, die Kristallwasser oder -OH in dem Lösungsmittel enthalten, Wasser, das Bindemittel enthält, Wasser, das an dem Lösungsmittel adsorbiert ist, und Wasser und Fette, die an der Verbindungsstelle angebracht sind, verbrannt werden.
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Bei diesem Vorgang treten Durchdringung und Diffusion zwischen der Basismetallplatte und dem rutschfesten Material aufgrund von Benetzung und Kapillarwirkung auf, sodass die Basismetallplatte und das rutschfeste Material fest aneinander angebracht sind.
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Obwohl der Hartlötvorgang die Basismetallplatte nicht schmilzt, kann durch die Reaktion zwischen der Basismetallplatte und dem geschmolzenen rutschfesten Material eine intermetallische Verbindung an der Schnittstelle der Verbindungsstelle gebildet werden oder die Basismetallplatte und das rutschfeste Material können durch die komplizierte Reaktion fest aneinander angebracht sein, ähnlich der Auflösung der Basismetallplatte.
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In Bezug auf die intermetallische Verbindung sind zwei oder mehr Metallelemente, die eine hohe Affinität zueinander aufweisen, in einem einfachen atomaren Verhältnis verbunden, wodurch dieselben eine unabhängige Verbindung bilden, die andere Eigenschaften als die Verbindungsmetalle aufweist und durch AmBn abgebildet wird.
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Beispielsweise kann Cr in Edelstahl mit Ni in dem rutschfesten Material reagieren, um eine intermetallische Cr-Ni-Verbindung zu bilden, oder Cr in Edelstahl kann mit W in dem rutschfesten Material reagieren, um eine intermetallische Cr-W-Verbindung zu bilden. W wird mit Cr zu einer intermetallischen Verbindung gebildet, da es in einer reduzierbaren Atmosphäre stabil wird.
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Genauer gesagt kann eine intermetallische Cr-W-Verbindung oder eine intermetallische Cr-Ni-Verbindung an der Schnittstelle der Verbindungsstelle zwischen Edelstahl und dem rutschfesten Material durch die Interaktion von Ni, das eine Korrosionsbeständigkeit aufweist, in einer reduzierbaren Atmosphäre zum Verhindern der Bildung von Cr-Oxid und Reduzieren von W gebildet werden, oder Edelstahl und das rutschfeste Material können aufgrund der komplizierten Reaktion fest aneinander angebracht werden, ähnlich der Auflösung von Edelstahl.
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Der Taupunkt ist auf –55°C oder weniger festgelegt. Wenn ein Brennen in einer Wasserstoffgasatmosphäre bei einem Taupunkt von –55°C oder weniger durchgeführt wird, wird die Haftungsfestigkeit zwischen der Basismetallplatte und dem rutschfesten Material erhöht.
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Wenn der Taupunkt bei –55°C oder weniger in einer Wasserstoffgasatmosphäre gehalten wird, wird der Schmelzpunkt von W gesenkt und Ni, das eine hohe Affinität zu Edelstahl aufweist, fungiert als ein Katalysator, wodurch es Cr und W ermöglicht wird, zu reagieren, und folglich die Bildung von Cr-Oxid zu verhindern, die intermetallische Cr-W-Komponente oder intermetallische Cr-Ni-Komponente zu bilden und Cr-Oxid zu entfernen.
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Der Taupunkt ist die Temperatur, bei der die Luft gesättigt wird und ein Gleichgewicht erreicht. Obwohl der Taupunkt als ein Temperaturwert dargestellt ist, bestimmt er im Wesentlichen eine Luftfeuchtigkeit.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Hartlötvorgang unter Bedingungen durchgeführt, bei denen ein Wasserstoffgasanteil von 76% oder mehr und ein Taupunkt von –55°C oder weniger vorliegen. Der Grund dafür ist, dass Wasserstoff dahin gehend fungiert, Sauerstoff daran zu hindern, während des Hartlötvorgangs in Kontakt mit der Metalloberfläche zu kommen, um folglich die Oberflächenoxidation von Metall zu unterbinden und den Oxidfilm von der Metalloberfläche mittels der Reduktionsreaktion, die unten durch die chemische Reaktion 1 dargestellt ist, zu entfernen.
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Die Entfernung des Oxidfilms von der Metalloberfläche ist eine umkehrbare Reaktion und folglich ist der Wasserstoffgasanteil sehr wichtig. Um die reduzierbare Atmosphäre beizubehalten, muss der Wasserstoffgasanteil bei 76% oder mehr beibehalten werden. Das Wasserstoffgas ist aus reinem Wasserstoff zusammengesetzt. Falls Wasserstoff verwendet wird, der aus der Zersetzung von Ammoniak entsteht, kann ein erwünschter Taupunkt nicht sichergestellt werden. Metalloxid + H2 ↔ Metall + H2O Chemische Reaktion 1
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Genauer gesagt fungiert der Taupunkt dahin gehend, eine Metallverbindbarkeit zu erhöhen. Ein Taupunkt von –55°C oder weniger kann die Menge von gebundenem Sauerstoff verringern, um dadurch die Oxidationsreaktion zu verringern und den Schmelzpunkt abzusenken, und dadurch eine Metallverbindbarkeit weiter zu erhöhen. Wenn der Taupunkt so niedrig wie möglich ist, unter der Bedingung, dass er mindestens –55°C oder weniger beträgt, ist es einfach, die Oxidationsreaktion zu unterdrücken.
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Bei der Reaktion zwischen Wasserstoff und Wasser, wie in der chemischen Reaktion 1 und 2 gezeigt ist, wird die linke Reaktion (Bildung von Metalloxid) ausgeführt, wenn Wasser in einer größeren Menge hinzugefügt wird. Wenn Wasserstoff in einer größeren Menge hinzugefügt wird, wird die rechte Reaktion (Bildung von Reinmetall und Aufspalten von Metalloxid) ausgeführt. 2H2O + O2 ↔ H2O Chemische Reaktion 2
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Daher ermöglicht das Beibehalten des Taupunkts von –55°C oder weniger die Bildung von Reinmetall in einer reduzierbaren Atmosphäre, bei der ein niedrigeres Niveau von Wasserdampf in dem Ofen enthalten ist, wodurch eine Metallverbindbarkeit erhöht ist.
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Unreinheiten wie Oxide werden basierend auf dem oben erwähnten Prinzip während des Hartlötvorgangs durch die Reduktionsreaktion vollständig entfernt, was die Herstellung einer rutschfesten Platte mit einem ausgezeichneten rutschfesten Verhalten und einem ästhetisch ansprechenden und glänzenden äußeren Erscheinungsbild ermöglicht. Da der Hartlötvorgang außerdem in einer Wasserstoffgasatmosphäre durchgeführt wird, kann ein Wasserstoff-Durchlaufofen verwendet werden und eine Massenproduktion ist möglich.
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Wie in 2 dargestellt ist, umfasst die rutschfeste Platte 1, die mittels des oben erwähnten Verfahrens hergestellt ist, eine Basismetallplatte 10 aus Edelstahl (z. B. SUS304) und ein rutschfestes Teil 20, das an der Oberfläche der Basismetallplatte 10 angebracht ist und aus einer W-Ni-Legierung zum Verleihen eines rutschfesten Verhaltens hergestellt ist.
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Die Basismetallplatte weist eine Dicke von 1 bis 10 mm auf und das rutschfeste Teil weist eine Dicke von 1 bis 5 mm auf.
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Die Verbindungsstelle 25 zwischen der Basismetallplatte 10 und dem rutschfesten Teil 20 kann eine hervorragende Haftungsfestigkeit durch Anbringen des rutschfesten Materials an der Basismetallplatte 10 und beim Schmelzen und Sintern des rutschfesten Materials während des Hartlötprozesses vorweisen.
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Außerdem ist das an der Basismetallplatte 10 angebrachte W ein extrahartes Pulver und zeigt eine hervorragende Abnutzungsbeständigkeit und ein hohes rutschfestes Verhalten.
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Weiter unten folgt eine Beschreibung von Erfindungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung, die zusammen mit Vergleichsbeispielen beschrieben sind. Die Erfindungsbeispiele werden jedoch nur dargelegt, um die vorliegende Erfindung zu veranschaulichen, und sollen nicht als einschränkend aufgefasst werden.
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Der Hartlötvorgang wurde mittels eines ersten Brennens in einem Brennofen in einer Reduktionsgasatmosphäre bei 600°C für 10 min und eines zweiten Brennens für 20 min unter der Bedingung, dass die Temperatur des Hartlötofens auf 1.300°C erhöht wurde, durchgeführt.
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Das rutschfeste Material wurde automatisch an der Basismetallplatte angebracht und dann bei Zimmertemperatur getrocknet, und das Lösungsmittel war Wasser.
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Das W-Pulver und das Ni-Pulver wiesen eine Partikelgröße von weniger als 10 μm auf. [Tabelle 1]
| | Basismetallplatte | Rutschfestes Material | Taupunkt
(°C) | Reduktionsgas | Anhaftung |
| W-Pulver
(Gew.-%) | Ni-Pulver
(Gew.-%) | Wasserstoffgas | Ammoniakgas |
| Erf.-Bsp. 1 | SUS304 | 95 | 5 | –55 | 76 | 0 | Hoch |
| Erf.-Bsp. 2 | SUS304 | 97 | 3 | –56 | 80 | 0 | Hoch |
| Vgl.-Bsp. 1 | SUS304 | 94 | 6 | –55 | 76 | 0 | Ablösen |
| Vgl.-Bsp. 2 | SUS304 | 98 | 2 | –55 | 76 | 0 | Ablösen |
| Vgl.-Bsp. 3 | SUS304 | 95 | 5 | –55 | 0 | 76 | Ablösen |
| Vgl.-Bsp. 4 | SUS304 | 95 | 5 | –55 | 75 | 0 | Teilweises
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| Vgl.-Bsp.5 | SUS304 | 95 | 5 | –54 | 76 | 0 | Teilweises
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Wie in Tabelle 1 ersichtlich ist, weisen die Erfindungsbeispiele 1 und 2, bei denen das rutschfeste Material, das 95 bis 97 Gew.-% W-Pulver und 3 bis 5 Gew.-% Ni-Pulver aufweist, an die Basismetallplatte angebracht wurde und dann unter Bedingung eines Taupunktes von –55°C oder weniger und einem Wasserstoffgasgehalt von 76% oder mehr gelötet wurde, eine hervorragende Anhaftung vor.
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Bei einem Vergleichsbeispiel 2, bei dem weniger als 3 Gew.-% Ni-Pulver enthalten war, und einem Vergleichsbeispiel 1, bei dem mehr als 5 Gew.-% Ni-Pulver erhalten war, ergab sich jedoch eine schlechte Anhaftung.
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Bei einem Vergleichsbeispiel 3, bei dem Ammoniakgas als ein Reduktionsgas verwendet wurde, wurde das rutschfeste Material nicht an der Basismetallplatte angebracht. Die Reduktionsreaktion trat in einer Ammoniakgasatmosphäre nicht auf und daher wurde das W-Pulver nicht gesintert.
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Bei einem Vergleichsbeispiel 4, bei dem ein Wasserstoffgasgehalt von weniger als 76% verwendet wurde, trat die Reduktion nicht ausreichend auf, Sintern war ineffizient und es trat eine gewisse Ablösung auf.
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Bei einem Vergleichsbeispiel 5 war der Taupunkt höher als –55°C und ein Teil des W- und Ni-Pulvers wurde bei der zweiten Brenntemperatur nicht geschmolzen, wodurch das rutschfeste Material nicht vollständig an die Basismetallplatte angebracht wurde. Es wird erachtet, dass dies stattfand, da die Wirkung von einer Verringerung des Schmelzpunktes von W-Pulver bei einem Taupunkt von mehr als –55°C verschlechtert wurde.
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3 und 4 veranschaulichen die Verbindungsstelle zwischen der Basismetallplatte und dem rutschfesten Material (Erfindungsbeispiel 1).
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Wie in 3 dargestellt ist, waren die Basismetallplatte und das rutschfeste Material integriert und fest aneinander angebracht. In 4, die ein vergrößertes Bild davon ist, wurde die Basismetallplatte nicht geschmolzen und das rutschfeste Material wurde geschmolzen und gesintert, wodurch das rutschfeste Material fest an der Basismetallplatte angebracht wurde.
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Wenn W-Pulver, das ein extrahartes Metall ist, wie in den Vergleichs- und Erfindungsbeispielen an die Basismetallplatte, die Edelstahl aufweist, angebracht ist, war das W-Pulver mit 3 bis 5 Gew.-% Ni-Pulver gemischt, um so die Verbindungsaffinität zu Edelstahl zu erhöhen. Unter Hartlötbearbeitungsbedingungen, die einen Taupunkt von –55°C oder weniger und einen Wasserstoffgasgehalt von 76% oder mehr umfassen, wurde der Schmelzpunkt von W gesenkt und die Reduktionsbedingungen waren ausreichend sichergestellt, wodurch schließlich, die Haftungsfestigkeit zwischen Edelstahl und W-Pulver verstärkt wurde.
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Wie in 5 veranschaulicht ist, ist die rutschfeste Platte 1, die mittels des oben erwähnten Verfahrens hergestellt wird, unter der Tür eines Fahrzeugs vorgesehen, damit ein Fahrgast sicher in das Fahrzeug einsteigen kann.
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Wie in 6 dargestellt ist, kann die rutschfeste Platte 1 auch bei einer U-Bahn-Abflussabdeckung verwendet werden, um derselben ein rutschfestes Verhalten zu verleihen.
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Die bei einer U-Bahn-Abflussabdeckung verwendete rutschfeste Platte 1 wird hergestellt, indem ein W-Pulver an eine Basismetallplatte 10 aus Edelstahl angebracht wird, um ein rutschfestes Teil 20 zu bilden, wodurch es schwierig ist die Basismetallplatte 10 von dem rutschfesten Teil 20 aufgrund der ähnlichen Farben derselben zu unterscheiden. Daher wird die Basismetallplatte 10 einer Farblasermarkierung 30 ausgesetzt, um eine kreisförmige Form rund um das rutschfeste Teil 20 zu bilden oder ein Unternehmenslogo anzuzeigen, wodurch das rutschfeste Teil 20 von der Basismetallplatte unterscheidbar ist. In diesem Fall kann das rutschfeste Teil 20 höchst auffällig sein und die rutschfeste Platte kann für Unternehmenswerbung verwendet werden.
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Die rutschfeste Platte 1 kann an Treppen oder Aufzügen angebracht werden und kann daher ein rutschfestes Verhalten bei Regen oder Schneefall vorweisen.
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Um eine Anhaftung, ein ästhetisch ansprechendes äußeres Erscheinungsbild und eine Massenproduktion umzusetzen, ist die Basismetallplatte wie oben beschrieben vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt, d. h. SUS304, und das rutschfeste Material ist so ausgebildet, dass 95 bis 97 Gew.-% W und 3 bis 5 Gew.-% Ni-Pulver gemischt und mit einem Lösungsmittel verdünnt sind, und der Hartlötofen enthält ein Wasserstoffgas von 76% oder mehr und weist einen Taupunkt von –55°C oder weniger auf.
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Obwohl die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu Veranschaulichungszwecken offenbart wurden, ist es Fachleuten ersichtlich, dass zahlreiche Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne von dem Schutzbereich und der Wesensart der Erfindung, wie in den beigefügten Patentansprüchen offenbart, abzuweichen.
