DE1217734B

DE1217734B - Verfahren zum Verbinden von Metallteilen aus Aluminium, Magnesium, deren Legierungen und Ferrolegierungen, unter Anordnung einer Zwischenschicht zur Ausbildung einer Diffusionsbindung

Info

Publication number: DE1217734B
Application number: DEJ22520A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Dr Wolfg Staubwasser
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1962-10-19
Filing date: 1962-10-19
Publication date: 1966-05-26
Also published as: DE1217734C2

Description

Verfahren zum Verbinden von Metallteilen aus Aluminium, Magnesium, deren Legierungen und Ferrolegierungen, unter Anordnung einer Zwischenschicht zur Ausbildung einer Diffusionsbindung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, mittels welchem Teile aus Aluminium, Magnesium und deren Legierungen durch Diffusion im festen Zustand fest miteinander verbunden werden können.
In vielen Fällen, bei denen ein Verbinden von Aluminiumteilen durch Schweißen nicht möglich ist, z. B. beim Verbinden größerer Flächen, können solche Teile gelötet werden. Hierbei entstehen jedoch heterogene Lötzonen, die die Korrosionsbeständigkeit der Aluminiumteile durch Lokalelementbildungen stark herabsetzen können. In verschiedenen Fällen, z. B. bei der Herstellung von Verdampferplatten, kann zum Zwecke des Verbindens das Walzplattierverfahren angewendet werden. Jedoch eignen sich nicht alle Aluminiumlegierungen für dieses Verbindungsverfahren.
Es sind auch Verfahren bekanntgeworden, derartige Metallteile über eine metallische Zwischenschicht aus Legierungen aus z. B. Nickel, Mangan, Chrom, Kobalt, Eisen, durch Diffusion im festen Zustand miteinander zu verbinden. Hierbei werden jedoch geschlossene Schichten intermetallischer Verbindungen, z. B. NiA13 und Ni2A13 gebildet, die oft spröde und nur in beschränktem Maße mechanischen und thermischen Belastungen gewachsen sind. Es sind auch Vorschläge bekannt, je nach Art der zu verbindenden Grundmetalle die Legierungszusammensetzung für die Zwischenschicht so zu wählen, daß die Werkstoffeigenschaften, insbesondere die Festigkeit und Zähigkeit, aber auch die Wärmebehandlungsfähigkeit und mechanische Bearbeitbarkeit nicht mehr als unvermeidlich beeinträchtigt werden.
Ausgehend von diesen bekannten Verbindungsverfahren wurde gefunden, daß bei Anwendung sehr dünner Chrom-Mangan-Zwischenschichten durch Diffusion im festen Zustand eine feste, auch mechanisch und thermisch hoch beanspruchbare Verbindung von Aluminiumteilen erreicht werden kann. Bei dem dazu notwendigen Diffusionsprozeß diffundiert die Chrom-Mangan-Zwischenschicht nach beiden Seiten in Aluminium, wodurch die feste Verbindung erreicht wird. Die ursprüngliche Grenzfläche ist dann nur noch als lockerer Saum kleinster intermetallischer Verbindungen von Chrom und Mangan mit Aluminium ausgebildet. Die Festigkeit dieser Verbindung kommt der des Grundmaterials gleich. Ferner kann diese Verbindung hohen Temperaturen ausgesetzt werden, ohne daß diese sich löst.
Demgemäß besteht das Verfahren zum Verbinden von Metallteilen aus Aluminium, Magnesium, deren Legierungen und Ferrolegierungen unter Anordnung einer Zwischenschicht zur Ausbildung einer Diffusionsbindung erfindungsgemäß darin, daß eine Zwischenschicht aus einer Chrom-Mangan-Legierung in einer Schichtdicke unter 1 Mikron aufgebracht wird, die zu verbindenden Flächenteile aneinandergedrückt und während einer zur Abdiffusion der Zwischenschicht,. ohne Zurückbleiben einer geschlossenen intermetallischen Zone, ausreichenden Zeitdauer erwärmt werden. Durch diese Art der Verbindung von Metallteilen wird gegenüber anderen Verfahren der Vorteil erreicht, daß eine heterogene Verbindungszone oder eine ansonsten nötige Verformung der Oberflächen vermieden werden, und daß verschiedenartige Metallegierungen anwendbar sind. Das Verfahren eignet sich besonders für das Verbinden von sehr dünnen Teilen oder größeren Flächen.
Eine vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Verfahrensweise besteht darin, daß die Zwischenschicht aus der Chrom-Mangan-Legierung durch Tauchen in eine wäßrige Chrom- und Mangan-Ionen, insbesondere Chrom(III)-Oxyd und Mangan(II)-Chlorid enthaltende Lösung, aufgebracht wird. Besonders günstige Ergebnisse erhält man nach der Erfindung dadurch, daß die Zwischenschicht aus der Chrom-Mangan-Legierung durch Aufdampfen im Vakuum auf die Metallteile aufgebracht wird.
Die Erfindung umfaßt auch noch ein Verfahren zur Herstellung von Verdampferplatten aus Aluminium oder dessen Legierungen für Wärmetauscher unter Anwendung des gefundenen Verfahrens in der Weise, daß die mit Kanälen fertig geprägten Ober-und Unterplatten geheizt, mit einer dünnen Chrom-Mangan-Schicht versehen und die überzogenen Platten unter Druck durch Diffusionsbehandlung bei 520 bis 580° C miteinander fest verbunden werden.
An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die erfindungsgemäße Verfahrensweise beim Herstellen von Verdampferplatten für Wärmetauscher, z. B. Kühlschränke, erläutert werden: Die mit ihren Kanälen fertiggeprägten Ober- und Unterplatten aus einer Aluminiumlegierung A1Mg" werden in der üblichen Weise entfettet, in 10o/oiger Natronlauge und anschließend in halbkonzentrierter Salpetersäure gebeizt. Die Platten werden dann etwa 20 bis 30 Minuten in einer wäßrigen Lösung, bestehend aus 40 g/1 Cr03 und 15 g/1 MnC12 getaucht. Bei dieser Behandlung scheidet sich eine dünne, grau aussehende Chrom-Mangan-Schicht auf den Oberflächen der Teile ab. Nach gründlichem Spülen mit Wasser und Trocknen werden die Platten in entsprechender Weise aufeinandergelegt in ein Druckwerkzeug eingelegt. Danach werden die Platten an den zur Verbindung vorgesehenen Flächen unter einem zum bündigen Anliegen nötigen Druck aneinandergepreßt und etwa 15 Minuten auf 560 bis 570° C erhitzt. Dabei findet die zur Verbindung nötige Diffusion statt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt die Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Herstellung von Verdampferplatten aus rostfreiem Stahl. Hier wird auf die fertig geprägten und gebeizten Platten die Chrom-Mangan-Schicht in einer Dicke zwischen 0,1 und 1 [, aufgedampft und darauf werden die Platten in Matrizen bei 900 bis 1000° C unter Anwendung von Druck, insbesondere mittels einer Presse durch den Diffusionsprozeß fest verbunden.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Verbinden von Metallteilen aus Aluminium, Magnesium, deren Legierungen und Ferrolegierungen unter Anordnung einer Zwischenschicht zur Ausbildung einer Diffusionsbindung, insbesondere zur Herstellung von Verdampferplatten für Wärmeaustauscher, d a -durch gekennzeichnet, daß eine Zwischenschicht aus einer Chrom-Mangan-Legierung in einer Schichtdicke unter 1 Mikron aufgebracht wird, die zu verbindenden Flächenteile aneinandergedrückt und während einer zur Abdiffusidn der Zwischenschicht, ohne Zurückbleiben einer geschlossenen intermetallischen Zone, aus= reichenden Zeitdauer erwärmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus der Chrom-Mangan-Legierung durch Tauchen in eine wäßrige Chrom- und Mangan-Ionen, insbesondere Chrom(III)-Oxyd und Mangan(II)-Chlorid enthaltende Lösung, aufgebracht wird.
3, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die.Zwischenschicht aus der Chrom-Mangan-Legierung durch Aufdampfen im Vakuum aufgebracht wird.
4. Verfahren zur Herstellung von Verdampferplatten aus Aluminium oder dessen Legierungen für Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Kanälen fertig geprägten Ober- und Unterplatten gebeizt, mit einer dünnen Chrom-Mangan-Schicht versehen und die überzogenen Platten unter Druck durch Diffusionsbehandlung bei 520 bis 580° C miteinander fest verbunden werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 622 484.