DE1558538A1

DE1558538A1 - Berylliumverbundmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1558538A1
Application number: DE19671558538
Authority: DE
Inventors: Krock Dr Rer Nat Richar Howard; Larsen Earl Ivan; Jones Clintford Ross
Original assignee: PR Mallory and Co Inc
Current assignee: Duracell Inc USA
Priority date: 1966-05-13
Filing date: 1967-05-11
Publication date: 1970-04-09
Also published as: FR1522809A; GB1134594A; AT282215B; US3323880A; SE338170B; CH501056A; NL6706673A; BE698459A

Description

P. R. MALLORY &'CO. IFC.

3029 East Washington Street, Indianapolis, Indiana /V. St. A.

Unser Zeichen: M 1057

Berylliumverbundmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial aus Beryllium, Aluminium und Magnesium und Insbesondere die Mittel und Methoden zur Herstellung eines solchen Verbundmaterials durch Sintern in einer flüssigen Phase.

Das Sintern in einer flüssigen Phase unterscheidet sich von den verschiedenen anderen Sinterungsmethoden darin, daß das Sintern des kompakten Körpers in Anwesenheit einer flüssigen Phase erfolgt. Beim Sintern in flüssiger

Phase

Dr.Ha/Mü

009815/076

Phase wird die Temperatur der zusammengepreßten, aus Metallpulver bestehenden Bestandteile auf eine Temperatur erhöht, bei welcher eine vorherbestimmte Menge der flüssigen Phase auftritt. In der flüssigen Phase wird einer der Metallbestandteile, nämlich der feste, fortschreitend in dem anderen Metallbestandteil, nämlich dem flüssigen, gelöst. Die Mengen dieser Bestandteile sind jedoch so gewählt, daß im Gleichgewichtszustand noch immer etwas feste Phase vorliegt. Man nimmt an, daß die Flüssigkeit den Peststoff benetzt, wodurch günstige Oberflächenenergien zwischen der Flüssigkeit und dem Feststoff auftreten, welche eine Lösung in der flüssigen Phase ermöglichen.

Bei der bisherigen Herstellung von Beryllium-Aluminium-Magnesium-Verbundmaterial nach bekannten Sintermethoden in flüssiger Phase hat sich jedoch gezeigt, daß das feste Beryllium die flüssige Aluminium-Magnesium-Berylliumlegierung während des Sinterns aus dem Preßling austreibt. Man nimmt an, daß das ungünstige Oberflächenenergiegleichgewicht, welches das Austreiben der Flüssigkeit verursacht, auf einen zähen, festen Berylliumoxydfilm zurückzuführen ist, welcher sich auf jedem Berylliumpartikelchen· befindet.

Die vorliegende Erfindung verhindert nun das Austreiben der Flüssigkeit aus den Proben, indem man ein Mittel verwendet, das während der Sinterung wirksam wird. Dieses

Mittel

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BAD ORIGINAL

Mittel zerstört.entweder den Oxydfilm auf dem Beryllium oder wandert an die Zwischenfläehe zwischen Metall und Oxyd und erniedrigt so die Oberflächenenergie des flüssigen Metalls in Bezug auf den Berylliumöxydfilm, so daß - das flüssige Metall fortschreitend das feste Metall"auflöst. ^: . . ■ -; ; ·

üieses'Mittel kann als Flußmittel bezeichnet werden;. es besitzt jedoch noch andere Eigenschaften, welche die Benetzung von Beryllium unterstützen, so daß das Beryllium mit einer duktilen, umhüllenden Phase aus einer Aluminium-Magnesium-Berylliumlegierung umgeben wird., welche das Matrixmetall bildet, wodurch das Austreiben der Flüssigkeit aus den Proben verhindert wird. / .

'Beryllium besitzt verschiedene günstige physikalische Eigenschaften, welche es für viele Anwendungszwecke, z. B. als leichte Getriebe, Verschlüsse, Seile von Flugzeugen oder dergleichen, geeignet macht. Beryllium besitzt Jedoch einen wesentlichen llachteil, der seine technische Anwendung stark beschränkt hat; Beryllium ist nämlich-bei Raumtemperatur spröde.

Das; Fehlen der Duktilität von Beryllium wird auf die hexagonal dichte Kristallstruktur des Berylliums zurückgeführt. Während der Verformung werden die Basisebenen

• der.

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der hexagonal dichten Struktur, welche am leichtesten gleiten, in der Bearbeitungsrichtung angerichtet. Da ein Gleiten senkrecht zur Basisebene kristallographisch nur schwer zu erzielen ist, ist die Duktilität von Beryllium senkrecht zu der primären Bearbeitungsrichtung praktisch Null.

Mehrere versuchsweise 'Lösungen wurden schon vorgeschlagen, um Berylliummetall so duktil zu machen, daß das Metall erfolgreich in der Technik Verwendung finden kann. Schrägwalzen und Schrägschmieden wurden zur Erhöhung der Duktilität von Beryllium vorgeschlagen. Diese Methoden verringerten die Anzahl der Basisebenen i,n der Walzrichtung und ergaben eine verbesserte Duktilitä. Der Grad der erzielten Verbesserung war jedoch bei weitem noch nicht zufriedenstellend. Die Tatsache blieb bestehen, daß Beryllium als ein bei Raumtemperatur sprödes Metall selbst bei Anwendung der vorstehend besprochenen Methoden eingestuit werden muß, was seine Duktilität senkrecht zu der Bearbeitungsrichtung angeht. Außerdem sind die vorstehend angegebenen Methoden dann nicht anwendbar, v/enn die Verarbeitung nur entlang einer Achse erfolgt, z. B. beim Gesenkschmieden, Ziehen und Strangpressen.

In den letzten Jahren wurde die Auimerksainkeit auf . eine Methode zur Herstellung von Berylliumlegierungen ohne die dem Beryllium selbst anhaftende Sprödigkeit

gerichtet. 009815/0767

gerichtet, welche jedoch verschiedene ausgezeichnete Eigenschaften des Metalls, z. B. eine geringe Pichte, kombiniert mit großer !Festigkeit, besitzen. Nach der USA-Patentschrift 5 082 521 dürfte die erste duktile Berylliumlegierung durch rasches Abschrecken von einer Temperatur, bei welcher sie flüssig ist, erhalten worden sein. Der Berylliumgehalt dieser Legierungen überstieg jedoch nicht 86,5 Atom-$, was etwa 30 Gew.-^ entspricht. Obwohl die Berylliumlegierung duktil war, war ihre Dichte doch größer als die von Aluminium und etwa gleich derjenigen von Titan.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, Berylliumlegierungen durch Pressen und Sintern einer Mischung von Metallpulvern herzustellen. Eine solche Methode bewirkt jedoch einen Austritt des Matrixmetalls oder der Matrixmetalle aus der Berylliumprobe und gegebenenfalls eine Erstarrung ■des Matrixmetalls oder der Matrixmetalle zu Kügelehen auf der Oberfläche der festen Probe. Man nimmt an, daß der Austritt des Matrixmetalls oder der Matrixmetalle auf die Oberflächenenergien des festen Berylliums und der verschiedenen gebildeten Flüssigkeiten zurückzuführen ist. Das ungünstige Oberflächenenergiegleichgewicht ist wahrscheinlich die folge eines zähen, festen Berylliumoxydfilms, der auf jedem Berylliumpartikelchen zugegen ist.

Es 009815/0767

;■ - 6 -

Es wurden nun Mittel und eine Methode zur Herstellung eines Verbundmaterials aus Beryllium, Aluminium und Magnesium gefunden, welches 50 bis 85 Gew.-fi Beryllium, 13,5 bis 45 Gew.-$ Aluminium und 1,5 bis 7,5 Gew.-$ Magnesium enthält; ein sabhes Verbundmaterial besitzt etwa die gleiche oder eine geringere Dichte wie Aluminium, eine hohe Festigkeit und eine gute Duktilität. Die Duktiiität ist auf die MikroStruktur des Verbundmaterials zurückzuführen. Umgibt man die Berylliumpartikelchen mit einer duktilen, umhüllenden Phase, so erhält man ein Verbundmaterial, in welchem das Beryllium unter einer Belastung durch die duktile Phase so stark zusammengepreßt wird, daß das Beryllium und die duktile Phase sich kontinuierlich verformen.

Die 85 Gew.-$ Beryllium in dem Verbundmaterial bedeuten, daß eine beträchtliche Menge von Teilchen aneinander direkt angrenzt und bedeuten wahrscheinlich eine obere ) Grenze der in dem Verbundmaterial möglichen Gew.-;£ Beryllium. Eine Abnahme des Berylliumgehalts unter Gew.-$ würde wahrscheinlich die Dichte des Verbundmateriais auf einen wenig interessierenden Wert erhöhen. Man nimmt an, daß das Verhältnis von Aluminium zu Magnesium variiert werden kann, ohne daß dadurch ein nachteiliger Einfluß auf die Eigenschaften des Verbundmaterials ausgeübt wird.

Alkali-0098 15/076 7

■■. .-,■ - -. - 7 -. · ' .-■■■ ■;. ■.,■

Alkali- und Erdalkalihälogenide, ζ. B. Iithiumfluorid, lithiumchlorid oder dergleichen;, werden in einer bestimmten Menge verwendet, um sich an der■ fesfc-en Zwischenfläche der Berylliumtellchen abzulagern und entweder den auf den Berylliumteilchen befindlichen Film zu zerstören und/oder die Oberflächenenergie zwischen !Flüssig-Kelt und!Feststoff in dem System zu ändern.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Mittels zur Verbesserung der Sinterung in flüssiger Phase einer Beryllium-Aluminium-Magnesiummischung.

'Die Erfindung betrifft ferner ein duktiles Berylliumverbundmaterial alt geringer Dichte und größer Festigkeit, dessen Matrix einer Wärmebehandlung unterworfen Werden kann.

In dem erfindungsgemäßen duktilen Verbündmaterial bildet Beryllium den überwiegenden Bestandteil.

Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines duktilen Verbundmaterials aus Beryllium, Aluminium und Magnesium, dessen MikroStruktur aus Berylliumpartüelchen besteht, welche von einer duktilen Phase aus einer das Matrixmetall bildenden Aluminium-Magnesium-Berylliumlegierung umhüllt sind. Das erfindungsgemäße, duktile Verbundmaterial aus .Beryllium, Aluminium und Magnesium enthält etwa 50 bis

■ . 85 G-ew.-^

009815/0767 ^{l v}

BAD ORiGlNAL

85 Gew.-$ Beryllium, 15,5 bis 45,0 Gew.-^ Aluminium und besteht im übrigen aus Magnesium.

Gemäß der Erfindung wird ferner der Austritt von Matrixmetall aus einer Berylliumprobe vermieden.

Erfindungsgemäß werden Alkali- und Erdalkalihalogenide zur Herstellung eines *Berylliumverbundmaterials verwendet, welches dann bis zur Erzielung von etwa der theoretischen Dichte gesintert werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines duktilen Berylliumverbundmaterials ist sowohl praktisch als auch wirtschaftlich.

Vorzugsweise verwendet man erfindungsgetnäß lithiumfluorid-Lithiumchlorid zur Verbesserung der Sinterung einer Mischung aus Beryllium, Aluminium und Magnesium in Anwesenheit einer flüssigen Phase.

Das Lithiumfluorid-Lithiumchlorid wird gemäß der Erfindung in einem vorherbestimmten Mengenverhältnis verwendet.

In den Rahmen der Erfindung fallende Abänderungen ergeben sich für den Fachmann von selbst, bzw. werden in der folgenden Beschreibung erläutert.

In

009815/0767

BAD

.;.■■■ _ ■ ; - 9 - ,

, Inder Zeichnung zeigen: -..-_.

FIg. 1 ein Phasendiagramm für binäre legierungen -" von Aluminrum und Magnesium,

. Fig. 2 ein Mikrophotogramm einer Berylliumprobe, wobei ein Matrixmetall aus der Probe durch die Oberflächenenergiekräfte zwischen festem Beryllium und verschiedenen gebildeten Flüssigkeiten ausgetrieben würde und

Fig. 5 ein Mikrophotogramm eines aus 70 Gew.—?° Beryllium, 2? Gew. -fo^ Aluminium und im übrigen aus Magnesium bestehenden Verbundmaterials, in welchem die Berylliumpartikelchen von einer duktilen Hülle aus einer Aluminium-Magnesium-Berylliumlegierung umgeben sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Beryllium^Aluminittra-Magnesium-Verbundmaterialien durch Sintern in Anwesenheit einer flüssigen Phase besteht . darin, daß man vorherbestimmte Anteile aus Beryllium-* pulver und einer pülverförmigen Legierung aus Aluminium und Magnesitim oder Aluminiumpulver und Magnesiumpulver mit einer vorherbestimmten Menge eines: Äikalihälögeniäs und/oder Srdalkalihslogenids mischt. Die •'jeweiligen. -

00Ü1 S/0 7S7

ην

Mengen, werden in einer Form zu einem Rohling zusammengepreßt. Dieser wird dann auf die Sintertemperatur erhitzt. Bei dieser Temperatur bewirken die zugesetzten Halogenide ein günstiges Oberfiächenenergiegleichgewicht zwischen dem Beryllium und der Aluminium-Magnesiumlegierung, so daß die Legierung fortschreitend das Beryllium bei der Sintertemperatur löst. Dann kann das Verbandmaterial einer 'värmebehandlung unterworfen und rasch abgeschreckt v/erden, so daß die bei der Temperatur der 7/armebehandlung erzielte Struktur beibehalten und das Aluminium mit Magnesium übersättigt wird.

Insbesondere besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß man etwa 50 bis 85 Gew.-'/» Beryliiumpulver mit einer pulverförmigen Legierung aus Aluminium und Magnesium mischt. Etwa 0,5 bis 2,0 Gew.-?o, bezogen auf die gesamten Metalle, eines aus Lithiumfiuorid-Lithiumcr-lorid bestehenden Zusatzes werden dann mit dem Beryllium und dem Legierungspulver oder dem Pulver der Elemente .aluminium und Magnesium gemischt. Die Bestandteile des Halogenidzusatzes liegen in einem Gewichtsverhältnis von et v/a 1 : 1 vor« Das Beryllium, das Legierungspulver oder das Pulver der elementaren Metalle und der Zusatz v/erden zu einem Rohling gepreßt. Dieser Rohling wird in einer nicht-oxydierenden Atmosphäre, z. B. Argon, auf etwa 1 000 bis 1 100°G erhitzt. Bei diesen Temperaturen schafft der Halogenidzusatz

ein

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" EAD

; - 11 '-:■ ■-.;■

ein günstiges Oberflächenenergiegleichgewicht zwischen dem Beryllium und "der .Legierung, so. daß die Aluminium-Magnesiumlegierung fortschreitend das Beryllium löst. Die Milcr ο struktur des erhaltenen .Verbundmaterials "besteht aus Berylliumpärtikelehen, die von einer duktilen Hülle aus einem Matrixmetall umgeben^sind, welches aus einer Aluminium-Magnesium-Berylliümlegieruhg besteht. Die'"-legierung wird,/dann. Isis etwa zur Erreichung ihrer theoretischen Dichte gesintert.- Die Legierung kann auch einer speziellen Wärmebehandlung;-.unter wo rf en und rasch abgekühlt, werden,, so daß die bei der Temperatur der Wärmebehandlung erzielte Struktur beibehalten und das Aluminium mit Magnesium- übersättigt'wird; es folgt dann eine Ausscheidungshärtung.

Bei Durchführung der Erfindung wird ein Preßling auf Berylliumbasis auf beliebige geeignete Weise, zum Beispiel nach pulvermetallurgisehen Methoden, hergestellt. Eine solche Methode besteht darin, Berylliumpulver mit einem !Pulver einer Alurainium-Kagnesiumlegierung oder den Pulvern der'elementaren Metalle und mit einem aus gleichen Teilen.Lithiuafluorid und Lithiumchlorid bestehenden Zusatz zu mischen. Das Mischen der Pulver erfolgt in einer Kugelmühle.Die gemischten Pulver werden dann nach üblichen metallurgischen Methoden zu einem Rohling gepreßt, z. B. durch Pressen in einer Form einer hydraulischen oder einer automatischen Presse oder

durch 009815/0767 bad original-

durch Verdichten in einer Form für Kautschuk oder Kunststoff in einer hydrostatischen Presse. Der Rohling wird in einer nicht-oxydierenden Atmosphäre, z. B. Argon oder dergleichen, bei etwa 1 000 bis 1 100⁰O gesintert. Wie man sieht, liegen diese Sintertemperaturen unter 1 277 C, dem Schmelzpunkt von Beryllium, jedoch über 450⁰C, der Verflüssigungstemperatur der Aluminium-Magnesiumlegierung. Die Aluminiüm-Magnesiumlegierung löst kleinere ^ Berylliumpartikelchen und löst auch die Oberflächen der größeren Berylliumpulverteilchen an, so daß die verbleibenden Berylliumpartikelchen mit einer duktilen Umhüllung aus Aluminium-Magnesium-Berylliumlegierung während der Sinterung des Preßlings umgeben werden.

Der Zusatz, nämlich das Lithiumfluorid-Lithiumchlorid, zerstört entweder den Oxydfilm auf dem Beryllium oder scheidet sich an der Metalloxydzwischenfläche unter Herabsetzung der Oberflächenenergie des flüssigen Metalls ) gegenüber dem Berylliumoxydfilm ab. Einfach ausgedrückt, bewirkt der Zusatz eine Benetzung des Berylliums mit der !Flüssigkeit.

Etwa 50 bis 85 Gew.-# Beryllium enthaltende und im übrigen aus einer Aluminium-Magnesiumlegierung bestehende Verbundmaterialien wurden so erfolgreich hergestellt. Der HaIogenidzusatz verhinderte den Austritt der flüssigen

Aluminium- 009815/076 7

Aluminium-Mägnesiuni-Berylliumlegierung aus dem Preßling aufgrund von-Oberflächenenergiekräften, dVh...-er verhinderte die Bildung.sehr feiner, abgerundeter Tröpfchen aus der Aluminium-Magnesium-Beryiliumlegierung an der 'Oberfläche der Berylliumprobe,, Fig. 2 zeigt eine Berylliumprobe 20,auf deren Oberfläche sich ausgetriebene Aluminium-Mägnesiiim-Berylliumlegierung'21 zeigt. Proben, aus denen die Aluminium-Magnesium-Berylliumlegierung ausgetrieben wurde, besitzen eine starke Porosität und sind infolgedessen schwach, spröde und von geringem technischem Wert,

Die Zusammensetzung des verwendeten Zusatzes beträgt etwa 50 Gewiehtsteile lithiumfluorid auf etwa 50 Gewichtsteile Lithiumohlqrid. Dieser Zusatz übt .eine solche Wirkung aus, daß beim Erhitzen oder Sintern der gepreßten Pulvermisehung auf"die Temperatur, bei welcher sich die flüssige Phase bildet, die Schmelze nicht aus der Probe ausgetrieben wird. Ferner wurde gefunden, daß die Lösung des Berylliums in der Iiegierung begünstigt "wird, was die abgerundeten Berylliumpartikelchen in der Mikrostruktur beweisen.

Es wurde gefunden, daß die Gewichtsmenge des Lithiumfluorid-L·ithiumchioridausatzes mehr als 0,5 Gew.-^ der gesamten Metallanteile· der Mischung betragen soll. Es scheint, daß der optimale Bereich des Zusatzes etwa .0,5 bis etwa 2,0 Gew.-^, bezogen auf das gesarate anwesende Metall, beträgt. Man nimmt·an, daß die erforderliehe Menge

Lithiumfluorid-009815/0767 .i'

Lithiurofluorid-Lithiumchlorid zu der zur Bedeckung der gesamten Berylliumoberfläche erforderlichen. Menge iri Beziehung steht. Die erforderliche Mindestmenge des Zusatzes ist somit exne Funktion der Oberfläche des Berylliumpulvers.' Die Verwendung des lithiiunfluorid-Lithiumchloridzusatzes ist auch in anderen als gleichen Anteilen möglich. Man nimmt jedoch an, daß eine aue gleichen Teilen bestehende Mischung optimale Ergebnisse liefert.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Methoden und des Lithiumfluorid-Lithiumchloridzusatzes erzielte sian Preßlinge mit einem Berylliumgehait bis zu 85 Gev/.->4, Rest eine Aluminium-Magiesiumlegierung, ohne Anwendung von Dructc während des Sinterns. Der Verbundkörper wurde dann auf etwa 92 bis 99 fo seiner theoretischen Dichte während einer einzigen Sinterung gesintert. Die gute Festigkeit und die geringe Dichte des Berylliums wurden beibehalten und der erhaltene Beryllium-Aluininium-Magnesium-Verbundkörper besaß eine gute Duktilität.

Indem man so die Berylliumpartikelehen mit einer duktilen Umhüllung aus einem aus einer Aluminium-Magnesiura-Berylliumlegierung bestehenden Matrixmetall umgibt, verforaen sich das Beryllium und das Matrixmetall unter Belastung gleichmäßig. ■ " .

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Fig. 1 zeigt ein Aluminium-Magnesium-Phasendiagranmi.

Magnesium ist ein wirksamer Stoff zum Härten von Aluminium. Me Theorie der Verformung von dispergierte Teilchen enthaltendem Verbundmaterial besagt, daß die Duktilität in einem solchen Verbundmaterial verbessert wird, wenn der erzwungene Fließwiderstand der Matrixphase möglichst gleich dem Fließwiderstand der dispergierten Partikelchen gemacht v/erden kann* Magnesium .wird daher zum Härten von Aluminium verwendet. Nachdem der Verbundkörper auf Raumtemperatur abgekühlt ist, wird die Wirkung des Magnesiums durch eine anschließende Wärmebehandlung entfaltet. Zu einer möglichst v/irksamen Härtung des Materials."wird, der Verbundkörper bis zur vollständigen Umwandlung in die 06-Aluminiumphase erhitzt. Es -'wurde gefunden, daß eine etwa ein- bis zweistündige Wärmebehandlung des Verbundkörpers bei einer Temperatur zwischen 340 und 53O⁰C ausreicht, um das ganze Magnesium vollständig in dem Aluminium zu lösen. Der Verbundkörper wird dann rasch in einem geeigneten Medium, z. B. Wasser oder dergleichen, abgeBchreckt, so da3 die bei der hohen Temperatur entwickelte Struktur beibehalten und das Aluminium an Magnesium übersättigt wird. Das der.löslichmachenden Behandlung unterworfene Material enthält somit das gesamte Magnesium in lösung. Die Gleichgewichtskonzentration von Magnesium in Aluminium bei Raumtemperatur beträgt jedoch nur 1,9 Gew.-5& und. eine anschließende Alterung bei

Temperaturen '■ ; 009815/0767 _BÄD

Temperaturen zwischen 250 und 325⁰C ergibt eine Ausscheidung einer etwa 37 1/2 Gew.-^ Magnesium enthaltenden ß-Phase. Das aus der übersättigten festen Lösung ausgeschiedene Magnesium erhöht die Festigkeit der Aluminium-Magnesiummatrix. Ein ausgeprägter Vorteil des Beryllium-Aluminium-Magnesium-Verbundmaterials besteht darin, daß die Mätrixphase wärmebehandelbar ist.

Es wird auf Fig. 3 verwiesen, welche in fünfhundertfacher Vergrößerung ein Mikrophotogramm eineB Verbundmaterials aus 30 Gew.-$ Aluminium-Magnesiumleä-erung in Beryllium nach dem Ätzen, z. B. mittels einer verdünnten Lösung von Ammoniumhydroxyd und Wasserstoffperoxyd, zeigt. Die Flächen 10 sind Berylliumpartikelchen. Die Flächen 11 sind die die Berylliumpartikelchen umgebende Aluminium-Magnesium-Berylliumlegierung .

Das nachstehende Beispiel 1 erläutert den Austritt der Flüssigkeit aus einer Berylliumprobe und die Beispiele bis 8 erläutern die Herstellung von Beryllium-Aluminium-Magnesium-Verbundkörpern durch Sintern in Anwesenheit einer flüssigen Phase.

Beispiel 1

Austritt der flüssigen Aluminium-Magnesium-Berylliumlegierung auö- d'em festen Beryllium während des Sinterns in Anwesenheit einer flüssigen^Phase bei Abwesenheit

009815/076^*

" des

des Lithiumfluorid-Lithiumchloridzusatzes bei der Herstellung -eines Beryllium-Aluminium-Magnesium-Verbundkörpers. ■ ' ■

Eine Mischung aus etwa 70 Gew.-$ Beryllium mit einer Teilchengröße von 200 mesh oder feiner und etwa 50 Gew.-?έ einer Aluminium-Magnesiumlegierung oder den Pulvern der Elemente mit geeigneter Teilchengröße wurde in einer Kugelmühle gemischt. Die Legierung enthielt 90 Gew. -j? Aluminium und 10 Gew. -fo Magnesium. Die gemahlene Mischung würde auf beliebige geeignete Weise, z. B. in einer automatischen Presse, unter einem zur Erzielung eines handhabbaren Rohpreßlings ausreichenden Druck gepreßt. Es wurde gefunden, daß Drücke zwischen etwa 1 050 und 1 410 kg/cm einen Rohpreßling mit etwa 50 bis 60 fo der theoretischen Dichte ergaben, der so fest war, daß er gehandhabt werden konnte. Die Sinterung des Preßlings erfolgte in einer Argonatmosphäre bei etwa 1 100⁰G während etwa einer Stunde. Bei dieser Methode wurde infolge der Oberflächenenergien des festen Berylliums und der gebildeten' Flüssigkeit die Flüssigkeit aus'der Probe ausgetrieben und erstarrte gegebenenfalls zu abgerundeten Knötehen auf der Oberfläche der Probe, wie dies ; Fig. 2 zeigt.

- i ■■:■: ■■■ BelapXel.-E. ÖÖ9815/0767

Beispiel 2

Verbundmaterial aus etwa 70 Gew.->£ Beryllium, 27 Gew->S Aluminium, Rest Magnesium.

Eine Mischung aus etwa 70 Gew.-^ Berylliumpulver mit einer Teilchengröße von 200 mesh oder feiner und etwa 30 Gew.-$ einer pulverförmigen Aluminium-Magnesiuinlegierung mit geeigneter Teilchengröße wurde in einer Kugelmühle- gemischt. Die Legierung enthält 90 Gew.-p Aluminium und 10 Gew.-^ Magnesium. Zusammen mit dem Beryllium- und dem Legierungspulver werden in der Kugelmühle etwa 1,0 Gew,-;5, "bezogen auf die gesamten Metallpulver, eines aus gleichen Teilen Lithiumfluorid und Lithiumchlorid bestehenden Zusatzes gemischt. Mischungen aus dem Beryllium- und Legierungspulver wurden auch mit 0,5 Gew.-$ des Zusatzes, beaogen auf die gesamten Metallpulver, hergestellt. Die gemahlene Mischung wurde z. B. in einer automatischen Presse unter einem solchen Druck gepreßt, daß man einen rohen Preßling erhielt, der fest genug für eine Handhabung war. Bei Drücken zwischen etwa 1 050 und 1 410 kg/cm erhielt man einen rohen Preßling mit etwa 50 bis 60 $> der theoretischen Dichte, der für eine Handhabung ausreichend fest war. Der Preßling wurde in einer Argonatinosphäre etwa eine Stunde bei etwa 1 000°C gesintert. Der Verbundkörper wurde dann etwa eine Stunde einer Wärmebehandlung bei etwa 45O⁰C zur vollständigen

Lösung 009815/0767

Lösung des gesamten Magnesiums in dem Aluminium unterworfen. Der Verbundkörper wurde dann rasch abgeschreckt, so daß die durch die Wärmebehandlung erzielte Struktur beibehalten und das Aluminium mit Magnesium übersättigt wurde. Nach der die Löslichkeit bewirkenden Behandlung lag daB gesamte Magnesium in Lösung vor. Das Magnesium kann aus der übersättigten festen Lösung als ^ -Phase ausgefällt werden (siehe Fig. 1). Nach der vorstehend beschriebenen Methode erhielt man die MikroStruktur von Fig. 3»

Beispiel 5

Herstellung eines Verbundmaterials aus etwa 70 Gew.-# Beryllium, 27 Gew.—# Aluminium, Rest MagnesiumV

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde unter Verwendung von 70 Gew.~# Berylliumpulver, 27 Gew.-56 Aluminiumpulver und im übrigen Magnesiumpulver wiederholt. Man stellte einzelne Verbundnfaterialien unter Verwendung von 0,5. und 2,0, bezogen aufdie gesamten Hetallpulver, Lithiumfluorid-LithiumdiLorid her.

Beispiel 4

Herstellung eines Verbundmaterials aus_vetwa 70 Gew.-^ Beryllium, 27 Gew.-jS Aluminium, Rest Magnesium.

009815/0767 Das.

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde unter Verwendung von 70 Gew.-$ Berylliumpulver, gemischt mit etwa 30 Gew.-$ einer pulverförmigen Aluminium-Magnesiumlegierung wiederholt. Die Legierung enthielt 90 Gew.-$ Aluminium und 10 Gew.-^ Magnesium. Einzelne Verbundmaterialien wurden unter Verwendung von 0,5, 1,0 und 2,0 Gew.-$ Lithiumfluorid-Lithiumchlorid, bezogen auf das gesamte Metallpulver, bei einer Temperatur von etwa 1 100⁰O nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt.

Beispiel 5

Herstellung eines Verbundmaterials aus etwa 50 Gew.-^ Beryllium, 45 Gew.-^ Aluminium, Rest Magnesium.

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde unter Verwendung von 50 Gew.-$ Berylliumpulver, gemischt mit etwa 50 Gew.-^ eines Aluminium-Magnesiumlegierungspulvers wiederholt. Die Legierung enthielt 90 Gew.-^ Aluminium und 10 Gew.-# Magnesium. Einzelne Verbundkörper wurden unter Verwendung von 0,5, 1,0 und 2,0 Gew.-^ Lithiumfluorid-Lithiumchlorid, bezogen auf die gesamten Metallpulver, bei Temperaturen von etwa 1 000 und 1 100⁰C nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt.

1eispiel 6

009815/0767

■".- 21 - :

Beispiel 6

Herstellung eines Verbundmaterials aus etwa 60 Beryllium, 36 Gew.-^Aluminium, Rest Magnesium.

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde unter Verwendung von 60 Gew.-fo Berylliumpulver, gemischt mit etwa 40 Gew.-$ eines Aluminium-Magnesiumlegierungspulvers wMerholt. Die legierung enthielt 90 Gew.-^ Aluminium und 10 G-ew.-?£ -Magnesium. Einzelne Verbundkörper wurden unter Verwendung ■von 0,5, 1,0 und 2,0 Gew. -fo lithiumfluorid-Mthiumchlorid, bezogen auf die gesamten Metallpulver, bei Temperaturen von etwa 1 000 und 1 100⁰O nach der vorstehend beschriebenen Methode hergestellt.

Beispiel 7

Hörstellung eines. Verbundmaterials aus etwa 75 Gew. -fo Beryllium, 22,5 Gew.-^'Aluminium, Rest Magnesium.

Das Verfahren'von Beispiel 2 wurde unter Verwendung von 75 Gew.-.-$ Beryliiumpulver, gemisiit mit etwa 25 Gew.-f£ eines AlBminium^Magnesiumlegierungspulvers wiederholt,

Beispiel 8 .

eines VerbundiBateriala aus etwa 85 1-3,5 Gew»-^ Alumiiiiuni, Heat Magnesium,

00981S/0767 ^v '■" ^

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde unter Verwendung von 85 Gew.-fo Beryiliumpulver, gemischt mit etwa 15 Ge.i.-'/o eines Aluminium-Magnesiumlegierungspulvers, wiederholt. Die Legierung enthielt 90 Gew.-/o Aluminium und 10" Gew.-^ Magnesium. Einzelne Verbundkörper wurden unter Verwendung von 0,5, 1,0 und 2,0 Gew.-;5 Lithiumfluorid-Lithittmchlorid, bezogen aui die gesamten Metallpulver, bei Temperaturen von etwa 1 000 und 1 100°G nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann weitgehende Abänderungen erfahren, ohne daß dadurch ihr Rahmen verlassen wird.

Patentansprüche

15/0767 BAD

Claims

Pat eft t ans ρ r ü c h e

1. Durch Sintern in Anwesenheit einer flüssigen Phase erhaltenes Beryllium-Aluininiiun-Magnesiuni-Verbund- - material, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Alkali- und/oder Erdalkalihalogenid enthält und aus Berylliumpartikelehen besteht, welche von einer Matrix aus einer Aluniinlum-Magnesium-Berylliumlegierung umhüllt Bind.

2* Verbundmaterial nach Anspruch.1,.dadurch gekennzeichnet, daß es aus etwa 50 bis 85 Gew.-# Beryllium und im übrigen aue Aluminium-Magnesiumlegierung besteht.

J. Verbundmaterial nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Aluminium-Magnesiumlegjarung aus mindestens 17,4 Gew.-^ Magnesium und im übrigen aus Aluminiuia besteht. '

4* yerbundraaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,, daß das Halogenid Lithiiunfluorid-lithiumchlorid in einem Verhältnis von 1 ? 1 ist.

5. Verfahren zur Herstellung von Berylliumverbundmaterial

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mit einer Aluminium-Magnesiumlegierung durch Sinterung in Anwesenheit einer flüssigen Phase, dadurch gekennzeichnet, daß man Beryluumpulver und eine pulverförmige Aluminium-Magnesiumlegierung mit einem Alkali- und/oder Erdalkalilialogenidzusatz mischt, die Mischung zu einem rohen Preßling preßt, diesen auf die Sintertemperatur · von Beryllium erhitzt, wobei der Zusatz einen Austritt

der legierung aus dem Berylliumpulver verhindert und daß man dann den Verbundkörper unter Bildung einer Dispersion von Berylliumpartikelchen in einer Matrix aus Aluminium-Magnesium-Beryllium bis zum Gleichgewicht abkühlt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erhaltene Verbundkörper einer Wärmebehandlung unterworfen und dann unter Beibehaltung der bei der Wärmebehandlungstemperatur herrschenden Phasenzustände abgeschreckt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die zugesetzte Aluminium-Magnesiumlegierung aus maximal 17,4 Gew.-^ Magnesium, Rest Aluminium, besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 50 bis 85 Gew.-^ Beryllium, Rest Aluminium-Magnesiumlegierung mit etwa 0,5 bis 2,0 Gew.-^ des

Zusatzes, • * 009815/0767

Zusatzes, bezogen auf die gesamte Metallmenge, gemischt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz Lithiumfluorid-Lithiuinchlorid verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Lithiumfluorid-Lithiumchlorid in einem Verhältnis von etwa 1:1 angewendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern in einer Argonatmosphäre bei etwa

1 000 bis 1 100⁰C während etwa einer Stunde erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung des Verbundkörpers bei etwa 340 bis 53O⁰C während etwa ein bis zwei Stunden erfolgt und sich eine Ausscheidungshärtung anschließt.

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