DE3524018C2

DE3524018C2 -

Info

Publication number: DE3524018C2
Application number: DE19853524018
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl.-Ing. 4000 Duesseldorf De Hofmann
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1985-07-02
Filing date: 1985-07-02
Publication date: 1988-04-14
Also published as: DE3524018A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Schicht aus glasartigem Metall auf einem metallischen Grundkörper gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for generating a layer of glassy metal on one metallic base body according to the preamble of Claim 1 or a device for Execution of the procedure.

Aus der US-PS 41 22 240 ist es bekannt, die Oberfläche eines metallischen Werkstoffes durch eine Energiequelle aufzuschmelzen und anschließend die Abkühlung so zu steuern, daß die Oberflächenschicht glasartig erstarrt. Die Wärmeleitung, also die Abkühlung, erfolgt hierbei durch den nicht aufgeschmolzenen Grundkörper selbst.From US-PS 41 22 240 it is known the surface of a metallic material by a Melt the energy source and then the Control cooling so that the surface layer frozen like a glass. The heat conduction, that is Cooling down, does not take place here melted base itself.

Bei der Herstellung amorpher Metalldrähte ist es aus der DE-OS 23 64 131 bekannt, den Metallstrom bspw. in Wasser oder eisgekühlte Salzlösung einzuspritzen.It is over in the manufacture of amorphous metal wires DE-OS 23 64 131 known, the metal flow, for example Inject water or ice-cold saline.

Aus der DE-B i. ed. F. E. Luborsky, Amorphons Metallic Alloys 1983, S. 26-41 ist es ferner bekannt, daß die aufzuschmelzende Oberfläche aus einem anderen Werkstoff bestehen kann.From DE-B i. ed. F. E. Luborsky, Amorphons Metallic Alloys 1983, pp. 26-41 it is also known that the surface to be melted from another Material can consist.

Ein weiteres Verfahren ist aus der DE-OS 34 42 009 bekannt, wobei ein schmelzflüssiges Metall in dünner Schicht auf einen kühlenden Körper aufgebracht wird und durch die hohe Abkühlungs geschwindigkeit in Verbindung mit der sehr geringen Schichtdicke ein amorphes Band erzeugt wird. Derartige Bänder haben eine Dicke von 50 bis 150 µ bei einer Breite von über 20 mm. Von den derart erzeugten dünnen Streifen ist es bekannt, daß sie im amorphen Zustand sehr ver schleißfest und korrosionsbeständig, jedoch aufgrund ihrer Sprödheit schwer zu handhaben und zu verarbeiten sind.Another method is from DE-OS 34 42 009 known, being a molten metal in thin Layer on a cooling body is applied and by the high cooling speed in connection with the very small layer thickness amorphous band is generated. Such tapes have a thickness of 50 up to 150 µ with a width of over 20 mm. Of the so produced thin strips it is known that they ver very ver in the amorphous state wear-resistant and corrosion-resistant, however due to their brittleness are difficult to handle and process.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um in größerem Umfang derartige Metallgläser herzustellen, die erreichbare Foliendicke zu vergrößern und insbesondere eine Be schichtung eines Trägerwerkstoffes mit metallischem Glas zu ermög lichen.The object of the invention is to provide a method and an apparatus create to manufacture such metal glasses on a larger scale, to increase the achievable film thickness and in particular a loading layering of a carrier material with metallic glass lichen.

Bei einem Verfahren der im Anspruch 1 gattungsbestimmenden Art wird also erfindungsgemäß ein fester metallischer Werkstoff an seiner Oberfläche aufgeschmolzen und anschließend in einem Metallbad mit einer Schmelztemperatur bei Normaldruck von unter 100°C abgekühlt. In a method of the generic type in claim 1 So according to the invention a solid metallic material on it Melted surface and then in a metal bath cooled to a melting temperature at normal pressure of below 100 ° C.

Als Material für das die Kühlwirkung ausübende Metallbad wird wegen der sehr guten Wärmeübertragungseigenschaften im wesentlichen Natrium bzw. eine Legierung auf Natriumbasis benutzt. Die Schmelztemperatur des Metalles für das Metallbad sollte bei Normaldruck unter 100°C liegen. Bevorzugt wird jedoch eine Natrium-Kalium-Legierung mit einer Schmelztemperatur unterhalb Raumtemperatur. Das Verfahren läßt sich besonders vorteilhaft durchführen, wenn als Werkstück ein langge strecktes, quasi endloses Gut vorliegt, wie beispielsweise Band oder Draht. Vor dem Eintauchen in das Kühlbad wird dieser feste metallische Werkstoff an seiner Oberfläche aufgeschmolzen. Dies kann durch belie bige Wärmeeinwirkung erfolgen. Bevorzugt wird jedoch eine Verfahrens variante des Aufschmelzens, und zwar induktiv mittels einer Hochfre quenzspule, wenn das zu behandelnde Werkstück aus ferromagnetischem Material besteht. Bei entsprechender Abmessung dieses Materials bleibt der Kern als Trägerwerkstoff kristallin und die Oberflächenschicht wird in einem amorphen Zustand überführt. Diese Verfahrensvariante bietet sich immer dann an, wenn quasi ein Verbundwerkstoff hergestellt werden soll, dessen Oberfläche vom Kern abweichende mechanische Eigen schaften aufweisen soll. Es können also nach diesem Verfahren Bleche mit ein- oder beidseitiger Oberflächenschicht erzeugt werden, die be sonders hart, verschleißfest oder auch korrosionsbeständig sein sollen. Das gilt natürlich auch in entsprechender Anwendung auf Rohre für besondere Verwendungszwecke. Für die Behandlung von Rohren ist ein weiterer besonderer Verfahrensschritt innerhalb der Erfindung vorge sehen. Dabei ist das Rohr unterseitig in ein Metallbad eingetaucht und wird an der freiliegenden Oberfläche mittels Linieninduktor längs einer Mantellinie aufgeschmolzen und anschließend während der Rotation des Rohres abgeschreckt. Eine weitere besondere Verfahrensvariante besteht darin, daß die für die Glasbildung vorgesehene Oberflächen schicht des Werkstoffes aus einem Metallpulver gebildet ist, das auf den zu behandelnden Werkstoff beispielsweise aufgewalzt worden ist. Die aufgebrachte Metallpulverschicht kann dem Trägerwerkstoff art gleich sein. Es ist jedoch auch bei diesem Verfahren möglich, durch entsprechende Verwendung von Pulvern anderer chemischer Zusammen setzung bestimmte Eigenschaften der Oberflächenschicht herbeizuführen. As a material for the metal bath exerting the cooling effect the very good heat transfer properties, essentially sodium or an alloy based on sodium. The melting temperature of the metal for the metal bath should be below 100 ° C at normal pressure lie. However, a sodium-potassium alloy with a Melting temperature below room temperature. The procedure can be perform particularly advantageous if a langge as a workpiece stretched, almost endless good, such as tape or Wire. Before immersing it in the cooling bath, it becomes a solid metallic one Material melted on its surface. This can be done by belie usual heat. However, a method is preferred variant of melting, inductively by means of a high frequency quenzspule if the workpiece to be treated from ferromagnetic Material exists. With appropriate dimensions of this material remains the core as the carrier material is crystalline and the surface layer is transferred in an amorphous state. This process variant lends itself whenever a composite material is produced should be, whose surface deviates from the core mechanical properties should have shafts. Sheet metal can therefore be produced using this method be generated with one or both sides of the surface layer, the be be particularly hard, wear-resistant or corrosion-resistant should. Of course, this also applies to pipes for special purposes. For the treatment of pipes is a featured another special process step within the invention see. The tube is immersed in a metal bath on the underside and is longitudinal on the exposed surface using a line inductor a surface line melted and then during the rotation quenched the pipe. Another special process variant is that the surfaces intended for glass formation Layer of the material is formed from a metal powder on the material to be treated has been rolled on, for example. The applied metal powder layer can art be equal. However, it is also possible with this method by corresponding use of powders of other chemical compounds setting certain properties of the surface layer.

Diese Oberflächenschicht kann natürlich auch durch Plasmaspritzen aufgebracht werden. Die durch Pulver aufgebrachte Schicht wird beim Durchlauf durch die Heizeinrichtung aufgeschmolzen und wird dadurch natürlich metallisch dicht.This surface layer can of course also by plasma spraying be applied. The layer applied by powder is at Pass through the heater and is melted naturally metallic tight.

Sollen ausschließlich Materialien mit durchgehend amorpher Struktur erzeugt werden, so kann die Erfindung ebenfalls benutzt werden. Der Trägerwerkstoff bietet dann bei der Herstellung und Erzeugung der Schicht eine Hilfseinrichtung, die die Handhabung der amorphen Schicht erleichtert. Der kristalline Teil des Verbundwerkstoffes kann in beliebiger Weise mechanisch oder durch Ätzen abgetragen werden und es wird so eine rein amorphe Schicht, also eine Metallglasfolie erhalten.Only materials with a continuously amorphous structure should be used generated, the invention can also be used. The Backing material then offers in the manufacture and production of the Layer an auxiliary device that handles the amorphous Layer relieved. The crystalline part of the composite can can be removed mechanically or by etching in any manner and it becomes a purely amorphous layer, i.e. a metal glass foil receive.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnungen näher beschrieben werden, wobei die Zeichnungen natürlich nur Ausführungsbeispiele darstellen.The invention will be described in more detail with reference to the drawings, the drawings of course only show exemplary embodiments.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung im Querschnitt für die Erzeugung eines Bandes oder Drahtes mit amorpher Oberflächenschicht und Fig. 1 shows a device in cross section for the production of a tape or wire with an amorphous surface layer and

Fig. 2 eine derartige Einrichtung für die Behandlung von zylinderischen langgestreckten Körpern. Fig. 2 shows such a device for the treatment of cylindrical elongated bodies.

Gemäß Fig. 1 wird ein Metallband 1 über eine Umlenkrolle 2 dem Metall bad zugeführt, das sich in einem Behälter 5 befindet. Dabei durchläuft das Band eine Hochfrequenzspule 4, die unmittelbar über der Badober fläche des Metallbades 3 angebracht ist. Das Gehäuse 5 kann gegenüber der Umgebung mittels Dichtungen 6 abgedichtet sein. Über dem Metallbad 3 befindet sich eine Inertgasatmosphäre 7. Für die Abführung der Wärme aus dem Metallbad 3 ist innerhalb des Behälters 5 eine Kühleinrichtung 8 vorgesehen. Zum Anfahren der Einrichtung und zur Aufrechterhaltung einer minimalen Badtemperatur ist es empfehlenswert, eine Heizeinrich tung 9 innerhalb des Behälters 5 vorzusehen. Innerhalb des Bades 3 wird das zugeführte Band 1 über die Umlenkrolle 10 geführt und mittels der Rolle 11 aus dem Behälter 5 gefördert. Referring to FIG. 1 a metal strip 1 is fed to the metal bath via a guide roller 2, which is located in a container 5. The tape passes through a high-frequency coil 4 , which is attached directly above the bath surface of the metal bath 3 . The housing 5 can be sealed off from the environment by means of seals 6 . An inert gas atmosphere 7 is located above the metal bath 3 . A cooling device 8 is provided within the container 5 for dissipating the heat from the metal bath 3 . To start up the device and to maintain a minimum bath temperature, it is recommended to provide a Heizeinrich device 9 within the container 5 . Within the bath 3 , the supplied tape 1 is guided over the deflection roller 10 and conveyed out of the container 5 by means of the roller 11 .

Fig. 2 zeigt schematisch die Behandlung eines Rohres. Das Rohr 12 ist zur Hälfte in das Metallbad 3 eingetaucht, das sich in dem Behälter 5 befindet. Das Rohr 12 wird durch einen Linieninduktor 13 entlang einer Mantellinie des Rohres aufgeschmolzen und anschließend durch Rotation des Rohres abgeschreckt. Fig. 2 shows schematically the treatment of a pipe. Half of the tube 12 is immersed in the metal bath 3 , which is located in the container 5 . The tube 12 is melted by a line inductor 13 along a surface line of the tube and then quenched by rotation of the tube.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundmateria lien bzw. amorphen Folien bieten hinsichtlich ihrer Verschleißfestig keit, ihrer magnetischen und elektrischen Eigenschaften sowie ihres erhöhten Korrosionswiderstandes Vorteile, die sie für bestimmte Anwen dungsgebiete, wie Tonköpfe und Druckhämmer, Trafokerne und Dehnmeß streifen oder auch dort, wo im Apparatebau korrosions- und verschleiß feste Werkstoffe verlangt werden, besonders geeignet erscheinen lassen.The composite material produced by the method according to the invention Lien or amorphous films offer wear resistance with regard to their wear their magnetic and electrical properties as well as their increased corrosion resistance benefits they have for certain applications areas of application such as tape heads and print hammers, transformer cores and strain gauges streak or wherever apparatus and equipment are subject to corrosion and wear solid materials are required, appear particularly suitable to let.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung einer Schicht aus glasartigem Metall auf einem metallischen Grundkörper, insbesondere aus einem ferromagnetischen Werkstoff, durch Aufschmelzen einer Oberflächenschicht und Abkühlung, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper unmittelbar vor dem Eintritt in ein zur Abschreckkühlung dienendes Metallbad aus einem Metall, dessen Schmelzpunkt bei Normaldruck unter 100° C liegt, an seiner Oberfläche aufgeschmolzen wird.1. A method for producing a layer of glass-like metal on a metallic base body, in particular of a ferromagnetic material, by melting a surface layer and cooling, characterized in that the base body immediately before entering a metal bath used for quench cooling, the melting point of which at normal pressure is below 100 ° C, is melted on its surface.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallbad aus einem geschmolzenen Alkalimetall, insbesondere Natrium besteht.2. The method according to claim 1, characterized, that the metal bath from a molten Alkali metal, especially sodium.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallbad aus einer Legierung eines Alkalimetalles, insbesondere einer Natrium-Kalium-Legierung, mit einer Schmelztemperatur unterhalb der Raumtemperatur besteht. 3. The method according to claim 1, characterized, that the metal bath made of an alloy Alkali metal, especially one Sodium-potassium alloy, with a melting temperature below room temperature.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen der Oberfläche des metallischen Grundkörpers in einer Inertgasatmosphäre erfolgt.4. The method according to claim 1, characterized, that melting the surface of the metallic Base body takes place in an inert gas atmosphere.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ferromagnetischen Werkstoff die Oberfläche induktiv aufgeschmolzen wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized, that with a ferromagnetic material Surface is melted inductively.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche mittels Laserstrahlen aufgeschmolzen wird.6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized, that the surface by means of laser beams is melted.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht, die aufgeschmolzen werden soll, durch ein Metallpulver gebildet wird, das auf den Grundkörper aufgewalzt worden ist.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized, that the surface layer that will be melted is supposed to be formed by a metal powder that is on the base body has been rolled.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht, die aufgeschmolzen werden soll, durch Plasmaspritzen auf den Grundkörper aufgebracht worden ist.8. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized, that the surface layer that will be melted should, by plasma spraying on the base body has been applied.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper, wenn er in Form eines Hohlzylinders vorliegt, während einer Rotationsbewegung an seiner Oberfläche aufgeschmolzen wird. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized, that the base body, when in the form of a Hollow cylinder is present during a Rotational motion melted on its surface becomes.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Behälter (5) mit einem kühlenden Metallbad (3), innerhalb des Metallbades (3) angeordneter Umlenkrolle (10) für den zu behandelnden Grundkörper (1), das über eine Zufuhrrolle (2) in das Metallbad (3) einführbar ist und eine zwischen den Rollen (2, 10), jedoch über dem Metallbad (3) angeordnete, das Werkstück (1) mindestens auf einer Seite überdeckende Heizeinrichtung (4).10. Device for performing the method according to claims 1 to 8, characterized by a container ( 5 ) with a cooling metal bath ( 3 ), within the metal bath ( 3 ) arranged deflection roller ( 10 ) for the base body to be treated ( 1 ), the Can be inserted into the metal bath ( 3 ) via a feed roller ( 2 ) and a heating device ( 4 ) arranged between the rollers ( 2, 10 ) but above the metal bath ( 3 ) and covering the workpiece ( 1 ) on at least one side.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälter (5) innerhalb des Metallbades (3) eine Kühlvorrichtung (8) angeordnet ist, die mit einem Wärmetauscher in Verbindung steht.11. The device according to claim 10, characterized in that in the container ( 5 ) within the metal bath ( 3 ), a cooling device ( 8 ) is arranged, which is connected to a heat exchanger.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Behälter (5) innerhalb des Metallbades (3) eine Heizvorrichtung (9) angeordnet ist.12. Device according to claims 10 or 11, characterized in that a heating device ( 9 ) is arranged in the container ( 5 ) within the metal bath ( 3 ).