EP2178664A1 - Duplex-aluminium-werkstoff auf basis von aluminium mit einer ersten phase und einer zweiten phase und verfahren zur herstellung des duplex-aluminium-werkstoffs - Google Patents

Duplex-aluminium-werkstoff auf basis von aluminium mit einer ersten phase und einer zweiten phase und verfahren zur herstellung des duplex-aluminium-werkstoffs

Info

Publication number
EP2178664A1
EP2178664A1 EP08784863A EP08784863A EP2178664A1 EP 2178664 A1 EP2178664 A1 EP 2178664A1 EP 08784863 A EP08784863 A EP 08784863A EP 08784863 A EP08784863 A EP 08784863A EP 2178664 A1 EP2178664 A1 EP 2178664A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
aluminum
cnt
duplex
material according
material component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08784863A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Horst Adams
Michael Dvorak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3A Composites International AG
Original Assignee
Alcan Technology and Management Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alcan Technology and Management Ltd filed Critical Alcan Technology and Management Ltd
Priority to EP08784863A priority Critical patent/EP2178664A1/de
Publication of EP2178664A1 publication Critical patent/EP2178664A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/115—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces by spraying molten metal, i.e. spray sintering, spray casting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04—Impact or kinetic deposition of particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • C22C2026/002—Carbon nanotubes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/25—Web or sheet containing structurally defined element or component and including a second component containing structurally defined particles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension
    • Y10T428/269—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension including synthetic resin or polymer layer or component

Definitions

  • CNT carbon nanotubes
  • CNT carbon nanotubes
  • the CNTs are fullerenes and are carbon modifications with closed polyhedral structure.
  • Known fields of application for CNTs are found in the field of semiconductors or for improving the mechanical properties of conventional plastics (www.de.wikipedia.org under "carbon nanotube”).
  • EP 0 411 577 discloses a hypereutectic aluminum alloy which is sprayed out of a first nozzle in the molten state by the ospray process, solid silicon particles or graphite particles, optionally as Si metal or graphite metal compound, also being sprayed from another nozzle without segregating them and which are thereby applied to a carrier device and solidify there to form a block of a duplex aluminum alloy.
  • DE 43 08 612 A1 discloses the production of an aluminum duplex alloy with boron contents, with good properties such as deformability, corrosion resistance and heat resistance, etc. The boron is, for example, by means of a powdery carrier material using an additional spray jet in the spray of the melt of the remaining alloying constituents or applied directly to the Sprühgutlini in a Sprühkompaktiervorraum.
  • Object of the present invention is to expand the field of application of CNT and to suggest new materials and moldings thereof.
  • the object is achieved by the invention by a duplex aluminum material of the aforementioned type and a method for producing a duplex aluminum material as a combination of two materials with different properties.
  • the invention is based on a duplex aluminum material based on aluminum with a first phase and a second phase according to the aforementioned type - A -
  • the second material component is formed in the form of an aluminum-based composite material comprising aluminum and / or an aluminum-based alloy on the one hand and a non-metal-containing material on the other hand, the first material component being compared to the second material component, respectively has separate material, higher ductility and / or lower tensile strength.
  • the non-metal is formed in the form of CNT. It has been shown in an advantageous manner that the spray-compacting process can preferably be carried out in the form of an ospray process.
  • the invention is based on the idea of combining two or more different alloys to form a so-called aluminum-duplex alloy.
  • an alloy preferably that with high ductility or also pure aluminum, e.g. melted in a crucible and sprayed through a nozzle.
  • the alloy with the high tensile strength is sprayed in powder form.
  • the step of spray compaction in the manufacturing process according to the concept of the invention may have different developments.
  • the step of spray compacting can be carried out with a single spray whose carrier substance is formed by the first material component, the second material component being sprayed in powder form into this spray jet.
  • the step of spray compacting can also be carried out with two different spray jets.
  • a first spray jet can be used for merely the first material component in the form of an aluminum-based alloy on a substrate to form a compact specimen, for example in the form of a bolt or billet or the like. to raise.
  • the second spray can be used in this development to deposit the second material component on the substrate.
  • the first spray jet would be used almost exclusively for introducing the first material component
  • the second spray jet is used almost exclusively for introducing the second material component.
  • the incorporation of the second material component takes place works similar to the previously genann ⁇ th training, namely in that in the formed of pure aluminum or an aluminum alloy support of the second spray, the alloy having the high tensile is sprayed in powder form. In this development, a powdered entry of the alloy with high tensile strength in the first spray is not provided.
  • the first spray jet can certainly also be used to deposit the second material component on the substrate by spraying the alloy with the high tensile strength in powder form into the first spray jet.
  • the amount of high tensile strength alloy sprayed in powder form into a first and / or second spray may be different.
  • the Ospray method it is now possible to deposit layer by layer on top of one another on the substrate so that over time a compact sample body is formed as a combination of the two different alloys.
  • the mixing ratio can be adjusted by varying the delivery rate of the sprayed powder.
  • Fig. 4 is a duplex aluminum structure.
  • the bright parts are the high-strength structural components with integrated CNT, the dark parts represent the soft structural components.
  • nanoparticles eg CNT reinforced aluminum alloys.
  • CNT nanoparticles
  • These alloys are opposite pure aluminum depending on the CNT concentration a much higher tensile strength (eg factor 5) but at the same time also depending on the CNT concentration a reduced ductility.
  • both material properties are also influenced by other process parameters, such as the material temperature during production. It is thus possible to set a range of possible tensile / ductility combinations for a specific aluminum alloy by varying these process parameters.
  • a particularly preferred first material component has, again in the present case as a separate material, a lower tensile strength than the second component and a higher maximum elongation - that is in particular the softer material component.
  • the second material component has a higher tensile strength and a lower maximum elongation, i. Ductility - in particular, is the harder material component.
  • This second material component has proven to be particularly easy to produce, in particular using CNT and is also particularly suitable in combination with the first material component for forming a duplex aluminum material.
  • the tensile strength of the first material component is less than 100 MPa and at the same time there is a maximum elongation of more than 15%.
  • at least one of the parameters, tensile strength or elongation may be within the stated limits.
  • a first material component has proven, in which a tensile strength is below 70 MPa and a maximum elongation is more than 20%.
  • only one of the parameters, tensile strength or elongation is within the limits mentioned.
  • the second material component may advantageously be provided with a tensile strength of more than 500 MPa and at the same time with a maximum elongation (ductility) of less than 3%.
  • at least one of the parameters, tensile strength or elongation may be within the stated limits.
  • a second material component has proven, in which a tensile strength is above 1000 MPa and a maximum elongation (ductility) of less than 1% is present.
  • only one of the parameters, tensile strength or elongation is within the limits mentioned.
  • the first material component is in the form of pure aluminum or in the form of an aluminum alloy, each with unavoidable impurities and / or additives.
  • the second material component has proven in a particularly preferred embodiment, especially in the form of a mixture, preferably intimate mixture of pure aluminum and / or an aluminum-based alloy on the one hand and CNT on the other hand.
  • the intimate mixture is preferably carried out in the form of a mixture formed by mechanical alloying. Particularly preferred mechanical alloying methods will be described in detail below.
  • first and / or the second material component according to the concept of the invention or a further development thereof can expediently have a further constituent, which can be chosen advantageously depending on the case of use.
  • Another component may in particular be a plastic and / or a polymer and / or a highly heat-resistant component. It has been found that highly heat-resistant constituents can be formed, for example, in the form of a graphite and / or silicon constituent. A SiC component and / or an Al 2 O 3 component has also proved to be particularly suitable.
  • the concept can be implemented by materials comprising at least one metal and / or at least one polymer, in particular layered layers, alternately with layers of CNT.
  • the second material component is advantageously present in granular form or in the form of particles, the particle size of 0.5 .mu.m to 2000 .mu.m, advantageously from 1 .mu.m to 1000 .mu.m.
  • the individual plies or layers of the metal or polymer may have a thickness of 10 nm to 500'0OO nm, preferably from 20 nm to 200 nm 1 OOO.
  • the thicknesses of the individual layers or plies of the CNT can range from 20 nm to 50 nm 1 OOO be from 10 nm to 100 nm 1 OOO advantageous.
  • Suitable metals are metals, such as iron and non-ferrous metals and precious metals.
  • Suitable ferrous metals are iron, cobalt and nickel, their alloys and steels.
  • the non-ferrous metals aluminum, magnesium and titanium etc. as well as their alloys can be enumerated.
  • metals may be mentioned vanadium, chromium, manganese, copper, zinc, tin, tantalum or tungsten and alloys thereof or the alloys brass and bronze. It is also possible to use rhodium, palladium, platinum, gold and silver.
  • the metals mentioned can be sorted or mixed with one another.
  • Aluminum and its alloys are preferred Trains t. In addition to pure aluminum, the alloys of aluminum are preferred.
  • the metal is used in granular or granular or powder form in the process according to the invention.
  • Typical grain sizes of the metals are from 5 .mu.m to 1000 .mu.m and suitably from 15 .mu.m to 1000 .mu.m.
  • Suitable polymers are thermoplastic, elastic or thermosetting polymers.
  • examples are polyolefins, such as polypropylene or polyethylene, cycloolefin copolymers, polyamides, such as the polyamides 6, 12, 66, 610 or 612, polyesters, such as polyethylene terephthalate, polyacrylonitrile, polystyrenes, polycarbonates, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, styrene-butadiene copolymers , Acrylonitrile-butadiene copolymers, polyurethanes, polyacrylates and copolymers, alkyd resins, epoxides, phenol-formaldehyde resins, urea-formaldehyde resins, etc.
  • the polymers are sorted or mixed with each other or in admixture with metal, granular or in granular or powder form in the present invention Method used.
  • Typical particle sizes of the polymers are from 5 .mu.m to 1000 .mu.m and suitably from 15 .mu.m to 1000 .mu.m.
  • the CNTs can be single-walled or multi-walled, such as double-walled.
  • the CNTs can be open or closed tubes.
  • the CNT may, for example, of 0.4 nm (nanometers) to 50nm in diameter and a length of 5 nm to 50 nm 1 OOO.
  • the CNTs may also be sponge-like structures, ie 2- or 3-dimensional frameworks, of mutually cross-linked carbon nanotubes.
  • the diameter of the individual tubes thereby moves in the above-mentioned range of, for example, 0.4 nm to 50 nm
  • Extent of the sponge structure ie the side lengths of a framework body of CNT, can be given by way of example with 10 nm to 50 1 000 nm, advantageously with I 1 000 nm to 50'0OO nm, in each of the dimensions.
  • the material according to the present invention may contain, for example, from 0.1 to 50% by weight, based on the material, of CNT. Suitably, amounts of 0.3 to 40 wt .-%, preferably from 0.5 to 20 wt .-% and in particular 1 to 10 wt .-% CNT contained in the material. If aluminum or an aluminum alloy is the metal of the material, the material may suitably contain 0.5 to 20% by weight of CNT, based on the material, with 3 to 17% by weight of CNT being preferred and 3 to 6% by weight. % CNT are particularly preferred.
  • the materials may consist of said metals and said CNT, they may consist of said metals, polymers and CNT, or may consist of the said polymers and CNT, or the above-mentioned materials may contain additional admixtures, for example functional admixtures.
  • Functional additives are, for example, carbon, soot, graphite and diamond modification, glasses, fibers of carbon, plastic fibers, inorganic fibers, glass fibers, silicates, ceramics, carbides or Nitri ⁇ de of aluminum or silicon, such as aluminum carbide, aluminum nitride, silicon carbide or silicon nitride, for example in fiber form, so-called whiskers.
  • the inventive duplex aluminum material can be produced by mechanical alloying (mechanical alloying) of the respective proportions of metal, polymer and CNT provided for the second material component.
  • Mechanical alloying can be carried out by repeated deformation, breaking and welding of powdery particles of the metal or polymer and the CNT.
  • particularly suitable for mechanical alloying are ball mills with high-energy ball collisions. A suitable energy input is achieved for example in ball mills whose grinding chamber has a cylindrical, preferably circular-cylindrical, cross-section and the grinding chamber, as a rule, is arranged in a horizontal position.
  • the cams may, for example, extend over 1/10 to 9/10, preferably 4/10 to 8/10, of the radius of the grinding chamber.
  • a rotary body which extends over the entire extent of the grinding chamber in the cylinder axis.
  • the rotary body is, as well as the grinding chamber, driven independently or synchronously, set by an external drive in motion.
  • the grinding chamber and the rotating body can rotate in the same direction or preferably in opposite directions.
  • the grinding chamber can be evacuated and the grinding process can be operated in a vacuum or the grinding chamber can be filled and operated with a protective or inert gas. Examples of Protective gases are, for example, N 2 , CO 2 , of inert gases He or Ar.
  • the grinding chamber and thus the ground material can be heated or cooled. Case by case can be cryogenically ground.
  • Typical is a grinding time of 10 hours and less.
  • the minimum grinding time is appropriately 15 min.
  • a milling time between 15 minutes and 5 hours is preferred.
  • Particularly preferred is a grinding time of 30 minutes to 3 hours, in particular up to 2 hours.
  • materials with a preferred distribution of the layers of metal or polymer and CNT can be produced.
  • the thickness of the individual layers can be changed.
  • the thickness of the CNT structure fed to the milling process can be used to control the thickness of the CNT layers in the milled material.
  • the thickness of the individual layers can be reduced and the respective position can be increased with respect to the expansion in the area. Due to the increasing expansion in the surface, for example, individual layers of CNT can touch each other up to two-dimensional continuous CNT layers or throughout in two dimensions touching CNT layers through a particle. This makes it possible to substantially maintain the excellent properties of the CNT, for example the thermal conductivity and the electrical conductivity of the CNT, on the one hand and the ductility of the metal or the elasticity of the polymer on the other hand in the second material component.
  • Further control of the properties of the second material component can be achieved by mixing two or more materials of different starting material and / or energy input during their production.
  • materials such as metal or plastic, free of CNT, and one or more CNT-containing materials may be mixed or mechanically alloyed, i. be ground.
  • the different materials occasionally with the materials, can be mixed or subjected to a second grinding or several grinding operations.
  • the second refining or subsequent refining may take a grinding time of 10 hours or less.
  • the minimum time of the second grinding is appropriate min.
  • a second grinding time is between 10 minutes and 5 hours.
  • Particularly preferred is a second grinding time of 15 minutes to 3 hours, in particular up to 2 hours.
  • a second material component high CNT content and a material lower CNT content or materials different energy input are processed in a second grinding process.
  • a CNT-containing material such as a CNT-containing metal, for example aluminum
  • a CNT-free metal for example, also aluminum
  • the mechanical alloying is carried out only to the extent that the resulting material is not completely homogenized, but the inherent properties of any material or material are retained and supplement the effects in the final material.
  • the second material component finds e.g. Use in shaped articles, including semi-finished products and layers produced by spray compacting, thermal spraying, plasma spraying, extrusion processes, sintering processes, pressure-controlled infiltration processes or compression molding.
  • the present second material component can therefore be processed, for example, by spray-compacting into shaped bodies.
  • a molten metal melt for example a steel, magnesium or preferably aluminum or an aluminum alloy
  • a spray head via a heated crucible, where it is atomized to form fine droplets and sprayed onto a substrate or base.
  • the initially still molten droplets cool during the flight from the atomizer to the lower substrate.
  • the particle flow hits there at high speed to the so-called To grow up deposit and thereby completely freeze and continue to cool.
  • the special phase transition "liquid-to-solid", which grows together to form a closed composite of materials, is used for the shaping process in the present case where the second material component containing the CNT is fed to the atomizing device in powder form
  • the process is such that the CNT-containing materials are not or only at the surface melted and no segregation occurs.
  • the particle flow of material and metal droplets impinges on the substrate at high speed on
  • solid bodies such as bolts
  • hollow bodies such as pipes or strips of material, such as sheets or profiles, can be produced as shaped bodies a mixture of metal with embedded CNT with the desired uniform arrangement of the constituents in the structure.
  • Spray processes are powdered materials in one
  • the CNT-containing second material component can alternatively or additionally be further processed by extrusion processes, sintering or die casting process to give moldings.
  • extrusion processes sintering or die casting process
  • a slow, in particular laminar, continuous mold filling at high metal pressures is desired.
  • composite materials can be produced by infiltration of porous fiber or particle shaped bodies by a liquefied metal.
  • the second material component from which the metals containing the CNT in a casting mold as a powdery matrix material, expediently becomes submitted. It is a metal whose melting point is lower than that of the material, for example, in aluminum-containing materials, a metal having a melt temperature of below 750 0 C, slowly pressed into the heated mold. The liquid metal penetrates the powdered matrix material under the applied pressure. Thereafter, the mold can be cooled and the molding removed from the mold. The process can also be carried out continuously.
  • the metal eg aluminum
  • the CNT can be incorporated.
  • a preheated metal in the thixotropic (partly liquid / partly solid) state, containing the CNT can be pressed into the casting mold.
  • coarsely mixed metal powders such as aluminum powder or aluminum having thixotropic properties, and CNT, the CNT in sponge form or as clusters having a diameter of, for example, up to 0.5 mm
  • coarsely mixed metal powders such as aluminum powder or aluminum having thixotropic properties, and CNT, the CNT in sponge form or as clusters having a diameter of, for example, up to 0.5 mm
  • Moldings for example rod-shaped moldings, batchwise or continuously, can be produced at low pressure using the pressure casting methods.
  • Aluminum with thixotropic properties is obtainable, for example, by melting aluminum or aluminum alloys and rapid cooling with constant stirring until solidification.
  • the two ⁇ te beam may be an identical with the first beam beam - in other words, the first component and the second component when needed can be supplied in common example of a spray nozzle to represent a single spray during spray.
  • a second beam separately formed by the first is used to supply the second material component to the first beam.
  • both or one of the jet may be formed as a spray jet.
  • the first and the second beam may be collinear or be provided as needed at a certain angle to each other.
  • the first material component is introduced in the molten state into the first jet.
  • the first material component for example by spraying through a nozzle as liquid droplets, can be introduced into the first jet.
  • the second material component can be introduced in a preferred manner in the powdery state in the second jet.
  • a particulate state of the second material component preferably as a nanoparticle, is suitable for this purpose.
  • Such and similar particles can be particularly preferably prepared according to one of the grinding methods described above.
  • the arrangement of a first and a separate second jet provided according to this further embodiment ensures, above all, the introduction of the second component, without a segregation of, for example, nanoparticles with an aluminum component. Matrix, can be done.
  • the sprayed particles are briefly melted in the hot cloud of, for example, liquid droplets of the first material component, homogeneously mixed and deposited after a comparatively short flight time together on a substrate where the material immediately solidifies in the form of duplex aluminum material.
  • the aluminum duplex materials and moldings show good thermal conductivity and electrical conductivity.
  • the temperature behavior of moldings of the materials according to the invention is outstanding.
  • the thermal expansion is low.
  • the creep strain improves.
  • CNT to the metals, such as aluminum
  • a substantial refinement of the grain structure to, for example, 0.6-0.7 Fm can be observed.
  • the addition of CNT to the metals can influence recrystallization of the metal, resp. prevent. Crack propagation can also be reduced or prevented by the CNT in the metal.
  • An inventive material is characterized in particular by a high heat resistance.
  • FIGS. 1 to 9 of the drawings are as follows:
  • Fig. 1 shows an illustrative scheme illustrating the possibility of a massive increase in the tensile strength of an aluminum-based composite with CNT compared to pure aluminum;
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a spray compacting device for applying a Duplex aluminum material according to the concept of the invention
  • FIG. 3 shows a schematic explanatory illustration of the flight phase of the first material component in FIG.
  • FIG. 4 shows an exemplary micrograph of a duplex aluminum microstructure in a particle of a second material component in the form of an Al / CNT composite with clearly recognizable CNT phases within the aluminum matrix;
  • Fig. 9 show the starting materials and finished material components viewed through a microscope, each at high magnification
  • Fig. 5 shows a mixture of aluminum particles and CNT agglomerates prior to mechanical alloying to form a preferred second material component in magnification.
  • the bright aluminum particles are denoted by (1).
  • Fig. 6 shows in enlargement a preferred second material component in powder or particle form after mechanical alloying. There are no visible CNTs. All CNTs are contained in the aluminum particles, which have been deformed, broken and welded many times;
  • Fig. 7 shows the section through a particle of a preferred second material component in the form of an Al / CNT composite. Within the particle of the material is a layer structure, resp. they are layers, recognizable. These are the layers or layers of mutually gray aluminum aluminum tinted in the picture and light / dark line-shaped deposits of CNT visible;
  • FIG 8 shows the section through another particle of a preferred second material component in the form of an Al / CNT composite.
  • a particle of the material Within a particle of the material is a layer structure, resp. they are layers, recognizable. These are the ones
  • FIG. 9 shows a sponge structure made of CNT, as it can be used, for example, for the production of presently inventive materials in an electron micrograph. Also can be used such a sponge structure, for example in the pressure casting process;
  • FIG. 10 schematically illustrates the fundamental processes of breaking, stacking and welding occurring during mechanical alloying, which in the case of high-frequency multiple repetition in the context of a high-energy milling process becomes a so-called
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a further embodiment of a spray compacting device for applying a duplex aluminum material according to the concept of the invention
  • Fig. 12 shows a volume fraction effect of hard and soft components in terms of tensile strength and elongation versus percent by volume of the hard material in percent of the finished duplex aluminum material;
  • Fig. 15 shows a typical plan view image from an electrostatic ⁇ nenmikroskopischen intake in a tensile test of a tie-rod produced from the inventive duplex aluminum material.
  • Example 1 is a comparative experiment with pure aluminum, without CNT.
  • the tensile strength and hardness each increased by about 400%.
  • the values can be controlled by the content of CNT in the material and the grinding process, such as the grinding time, for the production of the material.
  • the modulus of elasticity can increase by 80%.
  • the modulus of elasticity can be affected by the milling time during mechanical alloying in the production of the material and by the processing temperature in the extrusion process.
  • FIG. 1 shows a number of tensile strength / ductility curves relating to a second material component in the form of an intimate mixture of an Al / CNT composite compared to pure aluminum (Al + 0% CNT).
  • the tensile strength representing highest points of such curves are referred to herein as "stress / strain limit" and show that, for example, in the case of an aluminum-based composite with 8% CNT (Al + 8% CNT), the tensile strength of such a composite is almost a factor of 5 above the tensile strength of pure aluminum.
  • tensile strength values with lower CNT contents are achievable (eg Al + 6% CNT or Al + 4% CNT) in which composites it is also ensured that the ductility is nevertheless comparatively high.
  • Aluminum-based composites with a lower CNT content also have the advantage that an extrusion temperature is comparatively low.
  • FIG. 2 shows the diagram of a spray compacting apparatus 11, in which pure aluminum present in a crucible 12, for example, can be fed to a tundish 14 and then into a spray nozzle 15 atomizing the liquid to a first jet 16 with suitably selected droplets Be fed spray cone.
  • a present, not shown - usually collinear or slightly angled slightly - separate beam sprays powder particles of the second material component, present in the form of a pure aluminum / CNT composite in the spray cone of the first spray jet 6.
  • the cloud shown schematically in Fig. 3 from liquid pure aluminum droplets 17 and the composite of Al / CNT particles 18 in partially melted state 19 reach the substrate 21 with a suitable impact speed 20 and solidify there immediately to a sample body 22.
  • FIG. 4 A micrograph of a particle of a second material component in the form of an Al / CNT composite for producing such a sample is shown in FIG. 4. This clearly shows in the light areas the microstructure identify the CNT parts within the aluminum plates. Such high-strength structural components with integrated CNT are surrounded by dark-recognizable parts of a soft microstructure made of pure aluminum. Overall, this provides an aluminum duplex material which combines a first material component with comparatively high ductility and low tensile strength with a second material component with comparatively low ductility and high tensile strength as a phase mixture.
  • FIG. 10 illustrates the essential processes involved in a high energy milling process for mechanical alloying - namely welding, breaking and stacking - which ultimately lead to severe plastic deformation of the materials involved (severe plastic deformation).
  • the high energy milling method to a mixture of preferably harder aluminum alloy with CNT material, this results in a very strong solidification of the materials involved by grinding and as a result to a particularly preferred second (harder) material component according to the concept of the invention ,
  • the solidification takes place essentially according to the known HALL-PETCH relationship. This means that the smaller the diameter of the particles involved, the greater the maximum achievable tensile strength.
  • the maximum achievable tensile strength P should be inversely proportional to the root of the particle diameter involved, with the validity of the relationship starting in any case for particle diameters below 1 ⁇ m.
  • the high energy milling of aluminum materials such as pure aluminum or an aluminum alloy of relatively high hardness with CNT has not only the advantage illustrated in FIG. 10 that the CNT content is intimately incorporated into the aluminum material, but in addition there is the advantage that CNT serves as a grinding aid.
  • the proportion of hitherto customary grinding aids, such as stearic acid or the like can thereby be reduced. be reduced or eliminated altogether.
  • Fig. 11 shows - in a modification of a method shown schematically in Fig. 2 for producing a duplex aluminum material - schematically a manufacturing method in which two non-collinear spray jets 31, 32 are used for applying the first and second material components.
  • two powder injectors 41, 42 are used for the powdery introduction of the second material component into a carrier jet 31, 32 made of liquid aluminum droplets 17.
  • the angle between the first spray jet 31 and 32 - in this case by adjusting the second spray jet 32 - be changed.
  • the amount of powder for introduction into the first and second spray jet 31, 32 can be adjusted as needed.
  • the first spray jet 31 may be free of powder delivery, i. be fed only from aluminum material, such as pure aluminum or alloyed aluminum.
  • Fig. 14 illustrates the fine, inhomogeneous, but even distribution of harder second material component and softer first material component in a finished duplex aluminum material.
  • the hard phase of the duplex aluminum material can be seen in the bright areas.
  • the soft phase of the duplex aluminum material is visible in the dark areas.
  • FIG. 15 shows a typical crack pattern of a tensile layer shown in the upper part of FIG. 15 in the lower enlarged area.
  • CNT-I and CNT-2 CNTs of different lengths embedded clearly in the aluminum material can be seen.
  • the invention provides the processing of a composite material in particle or powder form, containing carbon nanotubes (CNT), wherein in the material, for example, a metal in layers in a thickness of 10 nm to 500 1 000 nm alternately with layers of CNT in a Thickness of 10 nm to 100 1 000 nm layered.
  • the material is produced by mechanical alloying, ie by repeated deformation, breaking and welding of metal particles and CNT particles, preferably by ball milling, containing a grinding chamber and grinding balls as grinding media and a rotating body for generating high-energy ball collisions.
  • a method is described in which a material of the composite material and an aluminum alloy with different properties are alloyed in a single ospray process.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

Die Erfindung sieht die Verarbeitung eines Compositwerkstoffs in Partikel- oder Pulverform vor, enthaltend Kohlenstoffnanoröhren (CNT), wobei im Werkstoff beispielsweise ein Metall in Lagen in einer Dicke von 10 nm bis 500'000 nm abwechslungsweise mit Lagen aus CNT in einer Dicke von 10 nm bis 100'000 nm geschichtet ist. Der Werkstoff wird durch mechanisches Legieren, d.h. durch wiederholte Deformation, Brechen und Schweißen von Metallpartikeln und CNT-Partikeln, vorzugsweise durch Mahlen in einer Kugelmühle, enthaltend eine Mahlkammer und Mahlkugeln als Mahlkörper sowie einen Drehkörper zur Erzeugung hochenergetischer Kugelkollisionen, hergestellt. Zur Herstellung von Duplex-Aluminium wird eine Methode beschrieben, bei der ein Material als Kombination des Compositwerkstoffs und einer Aluminiumlegierung mit unterschiedlichen Eigenschaften in einem Ospray-Prozess legiert werden.

Description

Duplex-Aluminium-Werkstoff auf Basis von Aluminium mit einer ersten Phase und einer zweiten Phase und Verfahren zur Herstellung des Duplex-Aluminium-Werkstoffs
Die Erfindung betrifft einen Duplex-Aluminium-Werkstoff auf Basis von Aluminium mit einer ersten Phase und einer zweiten Phase, der in einem Sprühkompaktierverfahren hergestellt ist, mit einer wenigstens über einen ersten Strahl eingebrachten ersten Werkstoffkomponente in Form einer aluminiumbasierten Legierung zur Bildung der ersten Phase und wenigstens einer über einen zweiten Strahl eingebrachten zweiten Werkstoffkomponente zur Bildung der zweiten Phase. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Duplex-Aluminium-Werkstoffs .
Es sind Kohlenstoffnanoröhrchen bekannt. Weitere äquivalente Begriffe für Kohlenstoffnanoröhrchen sind nanoskalige Kohlenstoffröhrchen oder Carbon Nano Tubes und die Kurzbe- Zeichnung .,,CNT". Nachfolgend wird die in der Fachwelt gebräuchlichste Form, nämlich „CNT" weiterverwendet. Die CNT stellen Fullerene dar und sind Kohlenstoffmodifikationen mit geschlossener polyedrischer Struktur. Bekannte Anwendungsgebiete für CNT sind im Bereich der Halbleiter zu fin- den oder zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von herkömmlichen Kunststoffen (www.de.wikipedia.org unter „Kohlenstoffnanoröhre") .
Darüber hinaus sind Al/CNT-Komposits bekannt aus ESAWI A ET AL: „Dispersion of carbon nanotubes (CNTs) in aluminum pow- der" COMPOS PART A APPL SCI MANUF; COMPOSITES PART A: APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING FEBRUARY 2007, [Online] Bd. 38, Nr. 2, 23. Juni 2006 (2006-06-23), Seiten 646-650 und EDTMAIER C ET AL: "Aluminium based carbon nanotube compos- ites by mechanical alloying" POWDER METALLURGY WORLD CON- GRESS & EXHIBITION (PM2004) 17-21 OCT. 2004 VIENNA, AUS- TRIA, 17. Oktober 2004 (2004-10-17), -21. Oktober 2004 (2004-10-21) Seite 6 pp. und GEORGE ET AL: „Strengthening in carbon nanotube/aluminium (CNT/Al) composites" SCRIPTA MATERIALIA, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, Bd. 53, Nr. 10, November 2005 (2005-11), Seiten 1159-1163 und CARRENO-MORELLI E ET AL: „Carbon nanotube/magnesium composites" PHYS STATUS SOLIDI A; PHYSICA STATUS SOLIDI (A) APPLIED RESEARCH JUNE 2004, Bd. 201, Nr. 8, Juni 2004 (2004-06), Seiten R53-R55 und C. EDTMAIER: „Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe mit Carbon Nanotubes als hochfeste und hochwärmeleitende Einlagerungsphase" [Online] 3. Juni 2005 (2005-06-03), XPOO2413867 gefunden im Internet:
URL:http: //www. ipp.mpg. de/de/for/bereiche/material/seminare /MFSem/talks/Edtmaier_03-06-2005.pdf> [gefunden am 2007-01- 09] sowie THOSTENSON ET AL: „Nanocomposites in contect" COMPOSITIES SCIENCE AND TECHNOLOGY, Bd. 65, 2005, Seiten 491-516.
Aufbringverfahren von Aluminium enthaltenden Legierungen sind offenbart u.a. als Ospray-Prozess . EP 0 411 577 offenbart eine übereutektische Aluminium-Legierung, die im Ospray-Verfahren im geschmolzenen Zustand aus einer ersten Düse ausgesprüht wird, wobei zugleich aus einer weiteren Düse feste Siliziumteilchen oder Graphitteilchen, ggfs als Si-Metall oder Graphit-Metall-Verbindung, ausgesprüht werden, ohne dass diese entmischen und die dadurch auf eine Trägervorrichtung aufgebracht werden und dort zu einem Block einer Duplex-Aluminium-Legierung erstarren. DE 43 08 612 Al offenbart die Herstellung einer Aluminium- Duplex Legierung mit Bor-Anteilen, mit guten Eigenschaften wie Verformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Warmfestigkeit etc. Das Bor wird z.B. mittels eines pulverförmigen Trägermaterials unter Verwendung eines zusätzlichen Sprühstrahls in den Sprühstrahl der Schmelze der restlichen Legierungsbestandteile oder direkt auf den Sprühgutträger in einer Sprühkompaktiervorrichtung aufgebracht.
DE 100 47 775 Cl offenbart die Möglichkeit der Herstellung einer Kupfer-Aluminium-Mehrstoffbronze in einem Ospray Pro- zess.
DE 103 06 919 Al offenbart die Herstellung eines Verbund- Stoffes mit intermetallischen Phasen im Rahmen einer Sprüh- kompaktierung auf Basis eines Lichtbogen-Draht- Spritzverfahrens mit einem oder mehreren Metallmassivdrähten und mindestens einem Composit-Draht aufweisend eine Keramik.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Einsatzbereich der CNT zu erweitern und neue Werkstoffe sowie Formkörper daraus, vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst durch einen Duplex-Aluminium-Werkstoff der eingangs genannten Art und ein Verfahren zur Herstellung eines Duplex-Aluminium- Materials als Kombination zweier Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften.
Die Erfindung geht dazu aus von einem Duplex-Aluminium- Werkstoff auf Basis von Aluminium mit einer ersten Phase und einer zweiten Phase gemäß der eingangs genannten Art - A -
und sieht dabei erfindungsgemäß vor, dass die zweite Werkstoffkomponente in Form eines aluminiumbasierten Kompositwerkstoffs, aufweisend Aluminium und/oder eine aluminiumbasierte Legierung einerseits und einen einen Nicht-Metall enthaltenden Werkstoff andererseits, gebildet ist, wobei die erste Werkstoffkomponente im Vergleich zur zweiten Werkstoffkomponente, jeweils als separater Werkstoff, eine höhere Duktilität und/oder niedrigere Zugfestigkeit aufweist .
Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens wird die Aufgabe durch die Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung des Duplex-Aluminium-Werkstoffs aufweisend die Schritte:
- Verarbeiten von Anteilen von Aluminium und/oder einer aluminiumbasierten Legierung und ein Nicht-Metall jeweils in Form von Granulaten, Partikeln, Fasern und/oder Pulvern durch mechanisches Legieren, um die zweite Werkstoffkomponente in Form eines aluminiumbasierten Composit-Werkstoffs, aufweisend Aluminium und/oder eine aluminiumbasierte Legierung einerseits und einen einen Nicht-Metall enthaltenden Werkstoff andererseits zur Verfügung zu stellen;
- Sprühkompaktieren des Duplex-Aluminium-Werkstoffs auf Basis von Aluminium mit einer ersten Phase und einer zweiten Phase; durch:
- Einbringen einer ersten Werkstoffkomponente in Form einer aluminiumbasierten Legierung zur Bildung der ersten Phase in wenigstens einem ersten Strahl; - Einbringen der zweiten Werkstoffgruppe der zur Bildung der zweiten Phase in wenigstens einem zweiten Strahl; wobei die erste Werkstoffkomponente im Vergleich zur zweiten Werkstoffkomponente, jeweils als separater Werkstoff, eine höhere Duktilität und/oder niedrigere Zugfestigkeit aufweist. In einer ganz besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Nicht- Metall in Form von CNT gebildet. Es hat sich in vorteilhafter Weise gezeigt, dass das Sprühkompaktierver- fahren vorzugsweise in Form eines Ospray-Prozesses ausführbar ist.
Eine Duktilität bzw. eine Zugfestigkeit einer Werkstoffkomponente ist jeweils auf die als separater Werkstoff vorlie- gende Werkstoffkomponente zu beziehen. Mit anderen Worten, wird beispielsweise eine Duktilität eines ersten Werkstoff in Form von Reinaluminium mit einer Duktilität eines zweiten Werkstoffs in Form eines Aluminium-CNT-Composits verglichen. In besonders bevorzugter Weise weist die zweite Werkstoffkomponente im Vergleich zur ersten Werkstoffkomponente, wiederum als separater Werkstoff, eine niedrigere Duktilität und/oder höhere Zugfestigkeit auf.
Duplex-Aluminium besteht aus zwei verschiedenen Gefüge- Arten: Im Duplex-Aluminium werden zwei im Wesentlichen einphasige aluminiumbasierte Werkstoffe, vorzugsweise zu ungefähr gleichen Teilen vereint, um ihre jeweils positiven Materialeigenschaften auszunutzen. Gemeint sind mechanischtechnologische Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Zähigkeit und Härte, aber auch korrosionschemische Eigenschaften, also Rostbeständigkeit. Duplex-Aluminium kann sich z.B. durch hohe Korrosionsbeständigkeit, vor allem gegenüber Loch- und Spannungsrisskorrosion und hohe Festigkeitskennwerte sowie erhöhte Wärmfestigkeit auszeichnen.
Basierend auf diesem Konzept stellt die Erfindung geeignete Duplex-Aluminium-Werkstoffe zur Verfügung.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, zwei oder mehr unterschiedliche Legierungen zu einer sogenannten Alumini- um-Duplex-Legierung zu kombinieren. So ist es Aufgabe dieser Erfindung, eine Legierung mit einer sehr hohen Zugfestigkeit aber geringen Duktilität mit einer anderen Legierung mit einer niedrigen Zugfestigkeit aber hohen Duktili- tat zu kombinieren.
In einer bevorzugten Weiterbildung kann - ähnlich dem Ospray-Verfahren - die eine Legierung, vorzugsweise diejenige mit hoher Duktilität oder auch reines Aluminium, z.B. in einem Tiegel geschmolzen und durch eine Düse versprüht werden. In diesem Sprühstrahl aus flüssigen Aluminiumtröpfchen wird die Legierung mit der hohen Zugfestigkeit pulver- förmig eingesprüht. Dies hat den Vorteil, dass hier auch mit Nanopartikeln verstärkte Legierungen pulverförmig ein- gesprüht werden können, ohne dass eine Entmischung der Na- nopartikel aus der Aluminium-Matrix erfolgt.
Die eingesprühten Partikel werden dann vorteilhaft in der heißen Wolke aus flüssigen Tröpfchen auch kurzzeitig aufge- schmolzen, homogen durchmischt und nach sehr kurzer Flugzeit gemeinsam auf einem Substrat abgeschieden, wo das Material sofort erstarrt (rapid solidification) . Dabei ist die Flugzeit in der flüssigen Phase für die eingesprühten Pulverpartikel zweckmäßigerweise so kurz, dass keine Entmischung der Nanopartikel aus dem umgebenden Aluminium auftritt.
Es ist zu verstehen, dass der Schritt des Sprühkompaktie- rens im Herstellungsverfahren gemäß dem Konzept der Erfindung unterschiedliche Weiterbildungen haben kann. So kann - dies mit beispielhaftem Hinweis auf Fig. 2 der Detailbeschreibung - beispielsweise der Schritt des Sprühkompaktie- rens mit einem einzigen Sprühstrahl durchgeführt werden, dessen Trägersubstanz von der ersten Werkstoffkomponente gebildet ist, wobei in diesen Sprühstrahl die zweite Werkstoffkomponente pulverförmig eingesprüht wird. In einer Abwandlung - dies mit beispielhaftem Hinweis auf Fig. 11 - kann der Schritt des Sprühkompaktierens auch ausgeführt werden mit zwei unterschiedlichen Sprühstrahlen. So kann in einer weiteren Weiterbildung ein erster Sprühstrahl dazu verwendet werden lediglich die erste Werkstoffkomponente in Form einer Aluminium-basierten Legierung auf einem Substrat zur Bildung eines kompakten Probenkörpers, z.B. in Form eines Bolzens oder Billets o. dgl . , aufzubringen. Kolinear oder in einem Winkel dazu kann in dieser Weiterbildung der zweite Sprühstrahl dazu verwendet, die zweite Werkstoffkomponente auf dem Substrat abzuscheiden. Bei der vorgenannten weiteren Weiterbildung würde also der erste Sprühstrahl praktisch ausschließlich zur Einbringung der ersten Werkstoffkomponente dienen, während der zweite Sprühstrahl praktisch ausschließlich zur Einbringung der zweiten Werkstoffkomponente dient. Die Einbringung der zweiten Werk- stoffkomponente erfolgt dabei ähnlich in der zuvor genann¬ ten Weiterbildung, nämlich indem in den aus reinen Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildeten Träger des zweiten Sprühstrahls die Legierung mit der hohen Zugfestig- keit pulverförmig eingesprüht wird. Bei dieser Weiterbildung ist ein pulverförmiger Eintrag der Legierung mit hoher Zugfestigkeit in dem ersten Sprühstrahl nicht vorgesehen.
In einer weiteren Weiterbildung kann durchaus auch der erste Sprühstrahl dazu benutzt werden, die zweite Werkstoffkomponente auf dem Substrat abzuscheiden, indem auch in den ersten Sprühstrahl die Legierung mit der hohen Zugfestigkeit pulverförmig eingesprüht wird. Gegebenenfalls kann die Menge der pulverförmig in einen ersten und/oder zweiten Sprühstrahl eingesprühten Legierung mit der hohen Zugfestigkeit unterschiedlich sein.
Welche der zuvor genannten Weiterbildungen sich im Einzel- nen als zweckmäßig erweist, kann bedarfmäßig je nach angestrebtem erfindungsgemäßem Werkstoff eingestellt werden.
Vorzugsweise, ähnlich wie im Ospray-Verfahren, kann nun Schicht um Schicht übereinander auf dem Substrat abgeschie- den werden, so dass mit der Zeit ein kompakter Probenkörper entsteht als Kombination aus den beiden unterschiedlichen Legierungen. Das Mischungsverhältnis kann dabei durch Variation der Fördermenge des eingesprühten Pulvers eingestellt werden.
Das Ergebnis ist ein Material mit hoher Zugfestigkeit bei gleichzeitig hoher Duktilität. So zeigt z.B. Fig. 4 ein Duplex-Aluminium-Gefüge . Die hellen Teile sind die hochfesten Gefügebestandteile mit integrierten CNT, die dunklen Teile repräsentieren die weichen Gefügebestandteile.
Im Folgenden werden Methoden beschrieben, insbesondere zur Herstellung von durch Nanopartikel (z.B. CNT) verstärkten, Aluminium-Legierungen. Diese Legierungen besitzen gegenüber reinem Aluminium in Abhängigkeit von der CNT-Konzentration eine wesentlich höhere Zugfestigkeit (z.B. Faktor 5) aber gleichzeitig ebenfalls in Abhängigkeit von der CNT- Konzentration eine reduzierte Duktilität. Neben dem CNT- Gehalt werden beide Materialeigenschaften auch durch andere Prozessparameter, wie z.B. die Materialtemperatur bei der Herstellung beeinflusst. So ist es möglich, für eine spezielle Aluminium-Legierung durch Variation dieser Prozessparameter einen Bereich von möglichen Zugfestig- keits/Duktilitäts-Kombinationen einzustellen.
Weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläutere Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren. Eine besonders bevorzugte erste Werkstoffkomponente weist, wiederum vorliegend als separater Werkstoff, eine geringere Zugfestigkeit als die zweite Komponente und eine höhere maximale Elongation auf - ist also insbesondere die weichere Werkstoffkomponente . Die zweite Werkstoffkomponente weist in besonders bevorzugter Weise, wiederum angegeben für einen separat vorliegenden Werkstoff, eine höhere Zugfestigkeit und eine geringere maximale Elongation, d.h. Duktilität auf - ist also insbeson- dere die härtere Werkstoffkomponente . Diese zweite Werkstoffkomponente hat sich als besonders leicht, insbesondere unter Verwendung von CNT herstellbar erwiesen und eignet sich darüber hinaus in besonderer Weise in Kombination mit der ersten Werkstoffkomponente zur Bildung eines Duplex- Aluminium-Werkstoffs.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass die Zugfestigkeit der ersten Werkstoffkomponente geringer als 100 MPa ist und gleichzeitig eine maximale Elongation von mehr als 15 % vorliegt. In einer Abwandlung kann wenigstens einer der Parameter, Zugfestigkeit oder Elongation, in den genannten Grenzen liegen. Als ganz besonders bevorzugt hat sich eine erste Werkstoffkomponente erwiesen, bei welcher eine Zugfestigkeit unterhalb von 70 MPa liegt und eine maximale Elongation mehr als 20 % beträgt. In einer Abwandlung der zuletzt genannten Weiterbildung ist lediglich einer der Parameter, Zugfestigkeit oder Elgongation, inner- halb der genannten Grenzen.
Die zweite Werkstoffkomponente kann vorteilhaft mit einer Zugfestigkeit von mehr als 500 MPa und gleichzeitig mit einer maximalen Elongation (Duktilität) von weniger als 3 % vorgesehen sein. In einer Abwandlung kann wenigstens einer der Parameter, Zugfestigkeit oder Elongation, in den genannten Grenzen liegen. Als ganz besonders bevorzugt hat sich eine zweite Werkstoffkomponente erwiesen, bei welcher eine Zugfestigkeit oberhalb von 1000 MPa liegt und eine ma- ximale Elongation (Duktilität) von weniger als 1 % vorliegt. In einer Abwandlung der zuletzt genannten Weiterbildung ist lediglich einer der Parameter, Zugfestigkeit oder Elongation, innerhalb der genannten Grenzen.
Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass bei der zweiten Werkstoffkomponente - ausgehend von einer üblichen Aluminiumlegierung oder ausgehend von üblichem Reinaluminium - ein Aluminiumwerkstoff verwendet wird, der einen CNT-Gehalt derart aufweist, dass eine Abnahme einer maximalen Elongation im Vergleich zum Aluminiumwerkstoff ohne CNT-Gehalt unterhalb von 30 %, vorteilhaft unterhalb von 10 %, liegt. Solche mit beschränkt abgenommener Elongation versehene Aluminium-Werkstoffe haben sich als beson- ders bevorzugt für die zweite Werkstoffkomponente erwiesen. Hinsichtlich der Ausbildung der zweiten Werkstoffkomponente wird auf Fig. 13 der Detailbeschreibung hingewiesen.
Hinsichtlich der weiteren Zusammensetzung von erster und zweiter Werkstoffkomponente zur Bildung eines Duplex- Werkstoffs wird auf Fig. 12 der Detailbeschreibung hingewiesen. Je geringer der Anteil der (härteren) zweiten Werkstoffkomponente im Duplex-Aluminiumwerkstoff ist, umso fle- xibler und weicher erweist sich dieser. Je geringer der Anteil an (weicherer) erster Werkstoffkomponente am Duplex- Aluminiumwerkstoff ist, desto unflexibler und härter ist dieser.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die erste Werkstoffkomponente in Form von reinem Aluminium oder in Form einer Aluminium-Legierung, jeweils mit unvermeidlichen Verunreinigungen und/oder Zusätzen, gebildet. Die zweite Werkstoffkomponente hat sich in einer besonders bevorzugten Weiterbildung vor allem in Form eines Gemisches, vorzugsweise innigen Gemisches, aus reinem Aluminium und/oder einer aluminiumbasierten Legierung einerseits und CNT andererseits erwiesen. Die innige Mischung wird vorzugsweise in Form eines durch mechanisches Legieren gebildeten Gemisches ausgeführt. Besonders bevorzugte mechanische Legierungsverfahren werden im Einzelnen weiter unten beschrieben.
Die erste und/oder die zweite Werkstoffkomponente gemäß dem Konzept der Erfindung oder einer Weiterbildung davon kann darüber hinaus zweckmäßigerweise einen weiteren Bestandteil aufweisen, welcher je nach Verwendungsfall in vorteilhafter Weise gewählt werden kann. Ein weiterer Bestandteil kann insbesondere ein Kunststoff und/oder ein Polymer und/oder ein hochhitzebeständiger Bestandteil sein. Es hat sich gezeigt, dass hochhitzebeständige Bestandteile beispielsweise in Form eines Graphit- und/oder Siliziumbestandteils gebildet sein kann. Als besonders geeignet hat sich auch ein SiC-Bestandteil und/oder ein Al2O3-Bestandteil erwiesen.
Vorteilhaft wird das Konzept umsetzbar durch Werkstoffe, enthaltend wenigstens ein Metall und/oder wenigstens ein Polymer, insbesondere in Lagen geschichtet, abwechslungs- weise mit Lagen aus CNT.
Die zweite Werkstoffkomponente liegt vorteilhaft in körniger Form oder in Form von Partikeln vor, wobei die Partikelgröße von 0,5 μm bis 2000 μm, vorteilhaft von 1 μm bis 1000 μm, beträgt. Die einzelnen Lagen oder Schichten des Metalls oder Polymers können eine Dicke von 10 nm bis 500'0OO nm, vorteilhaft von 20 nm bis 2001OOO nm, aufweisen. Die Dicken der einzelnen Lagen oder Schichten der CNT können von 10 nm bis 1001OOO nm, vorteilhaft von 20 nm bis 501OOO nm, betragen.
Als Metalle eignen sich Metalle, wie Eisen- und Nichteisenmetalle sowie Edelmetalle. Geeignete Eisenmetalle sind Eisen, Kobalt und Nickel, deren Legierungen sowie Stähle. Zu den Nichteisenmetallen können das Aluminium, Magnesium und Titan etc. sowie deren Legierungen aufgezählt werden. Als weitere Beispiele von Metallen können Vanadium, Chrom, Mangan, Kupfer, Zink, Zinn, Tantal oder Wolfram sowie Legierungen davon oder die Legierungen Messing und Bronze, ge- nannt werden. Es können auch Rhodium, Palladium, Platin, Gold und Silber eingesetzt werden. Die genannten Metalle können sortenrein oder in Gemischen untereinander angewendet werden. Aluminium und dessen Legierungen sind bevor- zugt. Neben Reinaluminium sind die Legierungen des Aluminiums bevorzugt. Das Metall wird körnig oder in Granulatoder Pulverform im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt. Typische Korngrößen der Metalle sind von 5 μm bis 1000 μm und zweckmäßig von 15 μm bis 1000 μm.
Als Polymere eignen sich thermoplastische, elastische oder duroplastische Polymere. Beispiele sind Polyolefine, wie Polypropylen oder Polyethylen, Cycloolefin- Copolymere, Po- lyamide, wie die Polyamide 6, 12, 66, 610 oder 612, Polyester, wie Polyethylenterephtalat , Polyacrylnitril, Polystyrole, Polycarbonate, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat , Styrol-Butadien-Copolymere, Acrylnitril-Butadien- Copolymere, Polyurethane, Polyacrylate und Copolymere, Alkydharze, Epoxide, Phenol-Formaldehydharze, Harnstoff- Formaldehydharze usw. Die Polymere werden sortenrein oder im Gemisch untereinander oder im Gemisch mit Metall, jeweils körnig oder in Granulat- oder Pulverform im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt. Typische Korngrößen der Polymere sind von 5 μm bis 1000 μm und zweckmäßig von 15 μm bis 1000 μm.
Als CNT können beispielsweise katalytisch, im Lichtbogen, mittels Laser oder durch Gaszersetzung erzeugte Materialien verwendet werden. Die CNT können einwandig oder mehrwandig, wie zweiwandig, sein. Die CNT können offene oder geschlossene Röhren sein. Die CNT können beispielsweise von 0,4 nm (Nanometer) bis 50 nm Durchmesser und eine Länge von 5 nm bis 501OOO nm aufweisen. Die CNT können auch schwammähnli- che Gebilde, d.h. 2- oder 3-dimensionale Gerüstkörper, aus gegenseitig vernetzten Kohlenstoffnanoröhrchen darstellen. Der Durchmesser der einzelnen Röhrchen bewegt sich dabei im oben angegebenen Bereich von z.B. 0,4 nm bis 50 nm. Die Ausdehnung der Schwammstruktur, d.h. die Seitenlängen eines Gerüstkörpers aus CNT, kann beispielhaft mit 10 nm bis 501OOO nm, vorteilhaft mit I1OOO nm bis 50'0OO nm, in jeder der Dimensionen angegeben werden.
Der Werkstoff nach vorliegender Erfindung kann beispielsweise 0,1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf den Werkstoff, CNT enthalten. Zweckmäßig sind Mengen von 0,3 bis 40 Gew.-%, bevorzugt von 0,5 bis 20 Gew.-% und insbesondere 1 bis 10 Gew.-% CNT im Werkstoff enthalten. Stellt Aluminium oder eine Aluminiumlegierung das Metall des Werkstoffes dar, so kann der Werkstoff zweckmäßig 0,5 bis 20 Gew.-% CNT, bezogen auf den Werkstoff, enthalten, wobei 3 bis 17 Gew.-% CNT bevorzugt und 3 bis 6 Gew.-% CNT besonders bevorzugt wer- den.
Die Werkstoffe können aus den genannten Metallen und den genannten CNT bestehen, sie können aus den genannten Metallen, Polymeren und CNT bestehen oder können aus den genann- ten Polymeren und CNT bestehen oder die vorstehend angeführten Werkstoffe können zusätzliche Beimengungen, beispielsweise funktionelle Beimengungen, enthalten. Funktionelle Beimengungen sind beispielsweise Kohlenstoff, auch in Russ-, Graphit- und Diamantmodifikation, Gläser, Kohlen- stofffasern, Kunststofffasern, anorganische Fasern, Glasfasern, Silikate, keramische Materialien, Carbide oder Nitri¬ de des Aluminiums oder Siliziums, wie Aluminiumcarbid, Aluminiumnitrid, Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid, beispielsweise auch in Faserform, sog. Whiskers.
Der erfindungsgemäße Duplex-Aluminium-Werkstoff ist herstellbar indem durch mechanisches Legieren („mechanical al- loying") der jeweiligen Anteile von Metall, Polymer und CNT für die zweite Werkstoffkomponente zur Verfügung gestellt wird. Mechanisches Legieren ist ausführbar durch wiederholte Deformation, Brechen und Schweißen von pulverigen Partikeln aus dem Metall oder dem Polymer und den CNT. Erfin- dungsgemäß besonders geeignet zum mechanischen Legieren sind Kugelmühlen mit hochenergetischen Kugelkollisionen. Einen geeigneten Energieeintrag wird beispielsweise in Kugelmühlen erreicht, deren Mahlkammer einen zylinderförmigen, vorzugsweise kreiszylinderförmigen, Querschnitt auf- weist und die Mahlkammer, im Regelfalle, in horizontaler Lage angeordnet ist. Das Mahlgut und die Mahlkugeln werden durch die sich um ihre Zylinderachse drehende Mahlkammer bewegt und durch einen sich in Richtung der Zylinderachse in die Mahlkammer erstreckenden, mit einer Mehrzahl von No- cken ausgestatteten angetriebenen Drehkörper zusätzlich weiter beschleunigt werden. Die Geschwindigkeit der Mahlkugeln wird vorteilhaft auf 4 m/s und höher, zweckmäßig auf 5 m/s, insbesondere 11 m/s und höher eingestellt. Vorteilhaft sind Geschwindigkeiten der Mahlkugeln im Bereich von 6 bis 14 m/s, insbesondere 11 bis 14 m/s. Ebenfalls vorteilhaft ist ein Drehkörper, dessen Mehrzahl von Nocken ü- ber die ganze Länge verteilt angeordnet sind. Die Nocken können sich beispielsweise über 1/10 bis 9/10, vorzugsweise 4/10 bis 8/10, des Radius der Mahlkammer erstrecken. Auch vorteilhaft ist ein Drehkörper, der sich über die ganze Ausdehnung der Mahlkammer in der Zylinderachse erstreckt. Der Drehkörper wird, wie auch die Mahlkammer, unabhängig voneinander oder synchron angetrieben, von einem Außenantrieb in Bewegung gesetzt. Die Mahlkammer und der Drehkör- per können gleichläufig oder bevorzugt gegenläufig drehen. Die Mahlkammer kann evakuiert und der Mahlprozess im Vakuum betrieben werden oder die Mahlkammer kann mit einem Schutzoder Inertgas befüllt und betrieben werden. Beispiele von Schutzgasen sind z.B. N2, CO2, von Inertgasen He oder Ar. Die Mahlkammer und damit das Mahlgut kann beheizt oder gekühlt werden. Fallweise kann kryogen gemahlen werden.
Typisch ist eine Mahldauer von 10 Stunden und weniger. Die minimale Mahldauer beträgt zweckmäßig 15 min. Bevorzugt ist eine Mahldauer zwischen 15 min und 5 Stunden. Besonders bevorzugt ist eine Mahldauer von 30 min bis 3 Stunden, insbesondere bis 2 Stunden.
Die Kugelkollisionen sind der hauptsächliche Grund für den Energietransfer. Der Energietransfer lässt sich ausdrücken durch die Formel Ekin = mv2, wobei m die Masse der Kugel ist und v die relative Geschwindigkeit der Kugel bedeutet. Das mechanische Legieren in der Kugelmühle wird in der Regel mit Stahlkugeln, beispielsweise mit einem Durchmesser von 2,5 mm und einem Gewicht von ca. 50 g oder mit Zirkonoxid- kugeln (ZrO2) gleichen Durchmessers mit einem Gewicht von 0,4 g, durchgeführt.
Entsprechend dem Energieeintrag in die Kugelmühle können Werkstoffe mit bevorzugter Verteilung der Lagen aus Metall oder Polymer und CNT erzeugt werden. Mit zunehmendem Energieeintrag kann die Dicke der einzelnen Lagen verändert werden. Neben dem Energieeintrag kann durch die Dicke der dem Mahlprozess zugeführten CNT-Struktur die Dicke der CNT- Lagen im gemahlenen Werkstoff gesteuert werden. Mit zunehmendem Energieeintrag kann die Dicke der einzelnen Lagen reduziert und jeweilige Lage bezüglich der Ausdehnung in der Fläche vergrößert werden. Durch die zunehmende Ausdehnung in der Fläche können sich beispielsweise einzelne Lagen aus CNT berühren bis hin zu in zwei Dimensionen durchgehenden CNT-Schichten oder durchgehend in zwei Dimensionen sich berührende CNT-Lagen durch ein Partikel hindurch. Damit gelingt es die hervorragenden Eigenschaften der CNT, beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit der CNT, einerseits und die Duktilität des Metalls oder die Elastizität des Polymers andererseits, in der zweiten Werkstoffkomponente im Wesentlichen beizubehalten.
Eine weitere Steuerung der Eigenschaften der zweiten Werk- stoffkomponente kann durch Mischen von zwei oder mehreren Werkstoffen unterschiedlichen Ausgangsmaterials und/oder Energieeintrags bei deren Erzeugung erzielt werden. Es können auch Materialien, wie Metall oder Kunststoff, frei von CNT, und ein oder mehrere CNT enthaltende Werkstoffe ge- mischt oder mechanisch legiert, d.h. gemahlen werden. Die unterschiedlichen Werkstoffe, fallweise mit den Materialien, können gemischt oder einer zweiten Mahlung oder mehreren Mahlungen unterzogen werden. Die zweite Mahlung oder darauffolgende Mahlungen können beispielsweise eine Mahl- dauer von 10 Stunden und weniger dauern. Die minimale Zeitdauer der zweiten Mahlung beträgt zweckmäßig min. Bevorzugt ist eine zweite Mahldauer zwischen 10 min und 5 Stunden. Besonders bevorzugt ist eine zweite Mahldauer von 15 min bis 3 Stunden, insbesondere bis 2 Stunden.
Beispielsweise kann eine zweit Werkstoffkomponente hohen CNT-Gehaltes und ein Werkstoff geringeren CNT-Gehaltes oder Werkstoffe unterschiedlichen Energieeintrages, in einem zweiten Mahlvorgang verarbeitet werden. Auch kann ein CNT enthaltender Werkstoff, wie ein CNT-haltiges Metall, z.B. Aluminium, mit einem CNT-freien Metall, z.B. ebenfalls Aluminium, in einem zweiten Mahlvorgang verarbeitet werden. Der zweite oder Mahlvorgang oder mehrere Mahlvorgänge, resp. das mechanische Legieren, wird dabei nur soweit geführt, dass der resultierende Werkstoff nicht vollständig homogenisiert wird, sondern die jedem Werkstoff oder Material innewohnenden Eigenschaften erhalten bleiben und sich die Wirkungen im endgültigen Werkstoff ergänzen.
Mit dem beschriebenen Verfahren können die den CNT innewohnenden Eigenschaften, die an sich eine gezielte Verarbeitung verunmöglichen, wie ein geringeres spezifisches Ge- wicht gegenüber dem spezifischen Gewicht von Metallen und die schlechte Benetzbarkeit der CNT durch Metalle, überwunden werden. So können als Beispiel für die unterschiedliche Dichte für Aluminium 2,7 g/cm3 und für die CNT 1,3 g/cm3 angegeben werden.
Die zweite Werkstoffkomponente findet z.B. Verwendung in Formkörpern, einschließlich Halbzeuge und Schichten, die durch Sprühkompaktieren, thermische Spritzverfahren, Plasmasprühen, Extrusionsverfahren, Sinterverfahren, druckge- steuerte Infiltrationsverfahren oder Pressgießen hergestellt sind.
Vorliegende zweite Werkstoffkomponente ist demnach beispielsweise durch Sprühkompaktieren zu Formkörpern verar- beitbar. Beim Sprühkompaktieren wird eine Metallschmelze, Schmelze aus beispielsweise eine Stahl, Magnesium oder bevorzugt Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, über einen beheizten Tiegel einem Sprühkopf zugeführt, dort zu feinen Tröpfchen zerstäubt und auf ein Substrat oder Unterlage ge- sprüht. Die zunächst noch schmelzflüssigen Tröpfchen kühlen sich während des Fluges von der Zerstäubungseinrichtung bis zum tiefer gelegenen Substrat ab. Der Partikelstrom trifft dort mit hoher Geschwindigkeit auf, um zu dem so genannten Deposit aufzuwachsen und dabei gänzlich zu erstarren und weiter abzukühlen. Beim Sprühkompaktieren nutzt man für den Formgebungsprozeß den besonderen, als Zustand kaum exakt zu definierenden Phasenübergang „flüssig zu fest" von kleinen, zu einem geschlossenen Materialverbund zusammenwachsenden, Schmelzepartikeln. In vorliegendem Fall wird die zweite Werkstoffkomponente, enthaltend die CNT, in Pulverform der Zerstäubungseinrichtung zugeführt und feinen Metalltröpfchen aus dem Verdüsungsprozess der Metallschmelze ver- sprüht. Die Prozessführung ist derart, dass die CNT enthaltenden Werkstoffe nicht oder nur an der Oberfläche angeschmolzen werden und eine Entmischung nicht erfolgt. Der Partikelstrom aus Werkstoff und Metalltröpfchen trifft auf dem Substrat mit hoher Geschwindigkeit auf und wächst zum Deposit auf. Entsprechend dem Substrat, wie Drehteller, Drehstab oder Tisch, können als Formkörper Vollkörper, wie Bolzen, Hohlkörper, wie Rohre oder Materialstreifen, wie Bleche oder Profile, gefertigt werden. Das Deposit ist ein inniges und homogenes Gemisch von Metall mit eingelagerten CNT mit der gewünschten gleichförmigen Anordnung der Bestandteile in der Struktur. Beispielsweise kann das Deposit in Form eines Bolzens (sog. Billet) anfallen. In nachfolgenden Behandlungsschritten, wie einer Extrusion eines Bolzens können hochkompakte und Fehlstellen freie Halbzeuge (Rohre, Bleche etc.) oder Formkörper mit einer Lamellenstruktur erzeugt werden. Die Halbzeuge und Formkörper weisen z.B. eine mehr oder weniger ausgeprägte Anisotropie in der Struktur und mechanischen und physikalischen Eigenschaften, wie elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähig- keit, Festigkeit und Duktilität auf. Weitere Anwendungen der erfindungsgemäßen Duplex-Aluminium-Werkstoffe liegen im Bereich der Neutronenfänger, der Strahlenmoderierung oder der Erzeugung von Schichten zum Strahlenschutz. Die vorliegende zweite Werkstoffkomponente lässt in anderer
Weise die Verwendung als Formkörper oder Schicht zu, wobei die Formkörper durch thermische Spritzverfahren wie dem Plasmaspritzen (Plasmaspraying) oder dem Kaltgasspritzen
(CoId Gas Spraying) erzeugt werden. Bei den thermischen
Spritzverfahren werden pulverförmige Werkstoffe in eine
Energiequelle injiziert und dort je nach Verfahrensvariante nur erwärmt, angeschmolzen oder vollständig aufgeschmolzen und auf hohe Geschwindigkeiten (je nach Verfahren und Parameterwahl von einigen m/s bis hin zu 1500 m/s) in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche beschleunigt, wo sich die auftreffenden Partikel als Schicht niederschlagen. Treffen die idealerweise erwärmten bzw. nur an der Oberfläche ange- schmolzenen Partikel auf dem Substrat mit sehr hoher kinetischer Energie auf, legen sich die CNT vorzugsweise in die Tröpfchenebene, d.h. quer zur Strahl- und Aufprallrichtung. Dies führt zu einer kontrollierten Anisotropie der Materialeigenschaften, wie der Zugfestigkeit.
Die CNT-haltige zweite Werkstoffkomponente kann alternativ oder zusätzlich auch durch Extrusionsverfahren, Sinterverfahren oder Druckgießverfahren zu Formkörpern weiterverarbeitet werden. Beim Press- oder Druckgießen wird eine lang- same, insbesondere laminare, kontinuierliche Formfüllung bei hohen Metalldrücken angestrebt. Es können beispielsweise Verbundwerkstoffe durch Infiltration poröser Faser- oder Partikelformkörper durch ein verflüssigtes Metall erzeugt werden .
In Press- oder Druckgießverfahren wird zweckmäßig die zweite Werkstoffkomponente, aus dem die CNT enthaltenden Metalle in einer Gießform als pulverförmiger Matrixwerkstoff vorgelegt. Es wird ein Metall, dessen Schmelzpunkt unter demjenigen des Werkstoffes liegt, beispielsweise bei alumi- niumhaltigen Werkstoffen ein Metall mit einer Schmelzetemperatur von unter 7500C, langsam in die beheizte Gießform eingepresst. Das flüssige Metall durchdringt den pulverför- migen Matrixwerkstoff unter dem angelegten Druck. Danach kann die Gießform gekühlt und der Formkörper entformt werden. Das Verfahren kann auch kontinuierlich durchgeführt werden. In einer Ausführungsvariante kann das Metall, z.B. Aluminium zu thixotropes Verhalten zeigenden Vorprodukten verarbeitet und die CNT inkorporiert werden. Anstelle verflüssigten Metalls kann ein vorerhitztes im Zustand thi- xotropen (teils flüssig/teils fest) Verhaltens befindliches Metall, enthaltend die CNT, in der Gießform eingepresst werden. Es ist auch möglich, den Werkstoff in Partikeloder Granulatform, wobei in den einzelnen Partikeln das Metall in Lagen abwechslungsweise mit Lagen aus CNT geschichtet ist, als Haufwerk in die Gießform einzufüllen, die Gießform zu beheizen und unter Druck eine vollständige Formfüllung ohne Poren und Lunker im entstehenden Formkörper zu erreichen. Schließlich können grob gemischtes Metallpulver, z.B. Aluminiumpulver oder thixotrope Eigenschaften aufweisendes Aluminium, und CNT, die CNT in Schwammform oder als Cluster mit einem Durchmesser von bei- spielsweise bis zu 0,5 mm, grob gemischt und in der Gießform unter Wärmeeinwirkung zum Schmelzen des Metalls ver- presst werden. Mit den Pressgießverfahren können günstig Formkörper, beispielsweise stabförmige Formkörper, diskontinuierlich oder kontinuierlich, erzeugt werden. Aluminium mit thixotropen Eigenschaften ist beispielsweise erhältlich durch Schmelzen von Aluminium oder Aluminiumlegierungen und rasches Abkühlen unter stetem Rühren bis zur Erstarrung. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung kann der zwei¬ te Strahl ein mit dem ersten Strahl identischer Strahl sein - mit anderen Worten kann die erste Komponente und die zweite Komponente bei Bedarf gemeinsam beispielsweise einer Sprühdüse zur Darstellung eines einzigen Sprühstrahls beim Sprühkompaktieren zugeführt werden. Darüber hinaus hat sich jedoch vor allem eine Variante als vorteilhaft erwiesen, bei dem ein zweiter vom ersten separat gebildeter Strahl genutzt wird, um die zweite Werkstoffkomponente dem ersten Strahl zuzuführen. Je nach Bedarf können beide oder einer der Strahl als Sprühstrahl gebildet sein. Darüber hinaus kann je nach Maßgabe der erste und der zweite Strahl kollinear gebildet sein oder je nach Bedarf im gewissen Winkel zueinander vorgesehen sein.
Wie oben bereits teilweise erläutert, hat es sich als besonderes vorteilhaft erwiesen, dass die erste Werkstoffkomponente in geschmolzenem Zustand in den ersten Strahl eingebracht ist. Dazu kann die erste Werkstoffkomponente, bei- spielsweise durch Versprühen durch eine Düse als flüssige Tröpfchen in den ersten Strahl eingebracht werden.
Die zweite Werkstoffkomponente kann in bevorzugter Weise im pulverförmigen Zustand in den zweiten Strahl eingebracht werden. Dazu eignet sich insbesondere ein partikelförmiger Zustand der zweiten Werkstoffkomponente, vorzugsweise als Nanopartikel . Solche und ähnliche Partikel lassen sich in besonders bevorzugter Weise gemäß einem der oben beschriebenen Mahlverfahren darstellen. Die gemäß dieser Weiterbil- düng vorgesehene Anordnung eines ersten und eines davon separaten zweiten Strahls gewährleistet vor allem die Einbringung der zweiten Komponente, ohne dass eine Entmischung von beispielsweise Nanopartikeln mit einer Aluminium- Matrix, erfolgen kann. Die eingesprühten Partikel werden in der heißen Wolke aus beispielsweise flüssigen Tröpfchen der ersten Werkstoffkomponente kurzzeitig aufgeschmolzen, homogen durchmischt und nach vergleichsweise kurzer Flugzeit gemeinsam auf einem Substrat abgeschieden, wo das Material in Form des Duplex-Aluminium-Werkstoffs sofort erstarrt.
In anderen ebenfalls geeigneten Weiterbildungen ist es darüber hinaus möglich, dass die erste Werkstoffkomponente im pulverförmigen Zustand im zweiten Strahl und die zweite Werkstoffkomponente in geschmolzenem Zustand in den ersten Strahl eingebracht ist.
Insgesamt zeigen die Aluminium-Duplex-Werkstoffe und Form- körper daraus eine gute Temperaturleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit. Das Temperaturverhalten von Formkörpern aus den erfindungsgemäßen Werkstoffen ist hervorragend. Die thermische Expansion ist gering. Die Kriechdehnung verbessert sich. Durch den Zusatz der CNT zu den Me- tallen, wie Aluminium, kann eine wesentliche Verfeinerung der Kornstruktur auf beispielsweise 0,6 - 0,7 Fm beobachtet werden. Die Zugabe der CNT zu den Metallen kann eine Rekristallisation des Metalls beeinflussen, resp. verhindern. Auch eine Rissausbreitung kann durch die CNT im Metall re- duziert oder verhindert werden. Ein erfindungsgemäßer Werkstoff zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Wärmfestigkeit aus.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen be- treffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kom- bination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der ge- nannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein.
Im Einzelnen ergeben sich Fig. 1 bis Fig. 9 der Zeichnung wie folgt:
Fig. 1: zeigt ein veranschaulichendes Schema, welches die Möglichkeit einer massiven Erhöhung der Zugfestigkeit eines aluminiumbasierten Komposits mit CNT im Vergleich zu Reinaluminium verdeutlicht;
Fig. 2. zeigt eine schematische Darstellung einer Sprüh- kompaktiervorrichtung zur Aufbringung eines Duplex-Aluminium-Werkstoffs gemäß dem Konzept der Erfindung;
Fig. 3: zeigt eine schematisch erläuternde Darstellung der Flugphase der ersten Werkstoffkomponente in
Form von reinem Aluminium und der zweiten Werkstoffkomponente in Form eines Aluminium/CNT- Komposits;
Fig. 4: zeigt ein beispielhaftes Schliffbild eines Duplex-Aluminium-Gefüges in einem Partikel einer zweiten Werkstoffkomponente in Form einer Al/CNT- Komposits mit deutlich zu erkennenden CNT-Phasen innerhalb der Aluminium-Matrix;
Fig. 5 bis
Fig. 9: zeigen die Ausgangsprodukte und fertige Werkstoffkomponenten durch ein Mikroskop gesehen, jeweils in starker Vergrößerung;
Fig. 5: zeigt eine Mischung von Aluminiumpartikeln und CNT-Agglomeraten vor dem mechanischen Legieren zur Bildung einer bevorzugten zweiten Werkstoffkomponente in Vergrößerung. Die hellen Aluminium- Partikel sind mit (1) bezeichnet. Die dunklen
CNT-Agglomerate sind mit (2) bezeichnet;
Fig. 6: zeigt in Vergrößerung eine bevorzugte zweite Werkstoffkomponente in Pulver oder Partikelform nach dem mechanischen Legieren. Es sind keine freien CNT sichtbar. Alle CNT sind in den Aluminiumpartikeln, die vielfach deformiert, gebrochen und verschweißt worden sind, aufgenommen; Fig. 7: zeigt den Schnitt durch ein Partikel einer bevorzugten zweiten Werkstoffkomponente in Form eines Al/CNT-Komposits. Innerhalb des Partikels des Werkstoffes ist eine Schichtstruktur, resp. es sind Lagen, erkennbar. Es sind dies die Schichten oder Lagen von wechselweise im Bild grau getöntem Aluminiummetall und hell/dunklen linienförmigen Einlagerungen von CNT sichtbar;
Fig. 8: zeigt den Schnitt durch ein anderes Partikel einer bevorzugten zweiten Werkstoffkomponente in Form eines Al/CNT-Komposits. Innerhalb eines Partikels des Werkstoffes ist eine Schichtstruktur, resp. es sind Lagen, erkennbar. Es sind dies die
Schichten oder Lagen von wechselweise Aluminiummetall (3), als helle Struktur und CNT (4) als dunkle linienförmige Einlagerungen im Aluminium sichtbar. Gegenüber dem Werkstoff gemäß Fig. 7 weist der Werkstoff in Fig. 9 geringere Anteile an CNT auf, die durch dickere Lagen von Aluminium getrennt sind. Die grauen Flächen (5), welche die Partikel umgeben, bilden das Harz ab, in welches der Werkstoff zur mikroskopischen Aufnahme einge- bettet ist;
Fig. 9: zeigt eine Schwammstruktur aus CNT, wie sie beispielsweise zur Herstellung vorliegend erfindungsgemäßer Werkstoffe eingesetzt werden kann, in einer Elektronenmikroskopie-Aufnahme. Auch eingesetzt werden kann eine derartige Schwammstruktur z.B. im Pressgießverfahren; Fig. 10: illustriert schematisch die beim mechanischen Legieren auftretenden grundsätzlichen Prozesse von Brechen, Stapeln und Schweißen, was bei hochfrequenter vielmaliger Wiederholung im Rahmen eines Hochenergie-Mahlverfahrens zu einer so genannten
„Severe Pastic Deformation" der beteiligten Materialien führt - im Ergebnis zu Materialien der zweiten Werkstoffkomponente wie sie in Fig. 6 bis Fig. 8 beispielhaft dargestellt ist;
Fig. 11: zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Sprühkompaktiervorrich- tung zur Aufbringung eines Duplex-Aluminium- Werkstoffs gemäß dem Konzept der Erfindung;
Fig. 12: zeigt einen Volumenanteilseffekt von harter und weicher Komponente bezüglich der Zugfestigkeit und Elongation in Abhängigkeit vom Volumenanteil des harten Materials in Prozent des fertigen Duplex-Aluminium-Werkstoffs;
Fig. 13: zeigt die CNT-Gehaltsabhängigkeit von Zugfestigkeit und Elongation in Abhängigkeit des CNT- Gehalts in Gew-% von einem Aluminiumwerkstoff wie er insbesondere für eine härtere zweite Werkstoffkomponente gemäß dem Konzept der Erfindung verwendet werden kann;
Fig. 14: zeigt die Elektronenmikroskopieaufnahme eines Schliffbildes eines bevorzugten Duplex-Aluminium-
Werkstoffs wie er unter Nutzung eines vorteilhaften Sprühkompaktierverfahrens gemäß dem Konzept der Erfindung erhalten wurde; Fig. 15: zeigt ein typisches Rissbild aus einer elektro¬ nenmikroskopischen Aufnahme bei einer Zugprobe eines aus dem erfindungsgemäßen Duplex-Aluminium- Werkstoff hergestellten Zugstabes.
Beispiele :
Durch mechanisches Legieren eines Pulvers aus reinem Aluminium und CNT durch hochenergetisches mahlen in einer Kugelmühle, wobei eine Kugelgeschwindigkeit von über 11 m/s erreicht wird, werden durch verschiedene Mahldauer verschiedene Werkstoffe hergestellt. Die Werkstoffe werden in einem Pulverextrusionsverfahren weiterverarbeitet und es wird eine Reihe von stabförmigen Probekörpern hergestellt. Die Probekörper werden den in der Tabelle aufgeführten Prüfungen unterzogen. Die Temperaturangabe in der Tabelle bedeutet die Verarbeitungstemperatur während dem Extrusionsver- fahren. Die Probekörper enthalten 6 Gew.-% CNT. Die Zeitangaben 30, 60 und 120 min geben die Mahldauer beim mechanischen Legieren zur Herstellung der Werkstoffe an. Beispiel 1 ist ein Vergleichsversuch mit reinem Aluminium, ohne CNT.
Beispiel Nr. Stoff/ Zugfestigkeit Härte Elast. -
Mahldauer N/mm2 Brinell Modul*
KN/mm2
Literatur, reines Al 70-100 35,9 70
(bulk)
Bsp. 1, reines Al, 138-142 40,1 71-81
Bsp. 2, 30min, 222-231 66,4 98-101
Bsp. 3, 60min, 236-241 71,1 71-78
Bsp. 4, 120min, 427-471 160,2 114-125
*Elastizitätsmodul
Es ist aus der Tabelle ersichtlich, dass sich die Zugfestigkeit und Härte jeweils um ca. 400% erhöht. Die Werte können durch den Gehalt an CNT im Werkstoff und den Mahl- prozess, wie die Mahldauer, zur Herstellung des Werkstoffes gesteuert werden. Der Elastizitätsmodul kann sich um 80% erhöhen. Der Elastizitätsmodul kann durch die Mahldauer während des mechanischen Legierens bei der Herstellung des Werkstoffes und durch die Verarbeitungstemperatur beim Extrusionsverfahren beeinflussen.
Fig. 1 zeigt eine Reihe von Zugfestigkeits- /Duktilitätskurven betreffend eine zweite Werkstoffkompo- nente in Form einer innigen Mischung eines Al/CNT-Komposits im Vergleich zu Reinaluminium (Al + 0 % CNT) . Die Zugfestigkeit darstellenden höchsten Punkte solcher Kurven sind vorliegend als „stress/strain limit" bezeichnet und zeigen, dass - beispielsweise im Fall eines aluminiumbasierten Kom- posits mit 8% CNT (Al + 8% CNT) - die Zugfestigkeit eines solchen Komposits um nahezu den Faktor 5 oberhalb der Zugfestigkeit von Reinaluminium liegt. Darunter sind Zugfes- tigkeitswerte mit geringeren CNT-Anteilen erzielbar (z.B. Al +6% CNT oder Al + 4% CNT) bei welchen Komposits auch gewährleistet ist, dass die Duktilität dennoch vergleichsweise hoch ist. Aluminiumbasierende Komposits mit geringerem CNT-Anteil haben auch den Vorteil, dass eine Extrusionstem- peratur vergleichsweise gering ist.
Fig. 2 zeigt das Schema einer Sprühkompaktiervorrichtung 11, bei der beispielsweise in einem Tiegel 12 als Schmelze 13 vorliegendes Reinaluminium einer Gießwanne 14 zugeführt werden kann, um anschließend in einer die Flüssigkeit ato- misierenden Sprühdüse 15 in feinstverteilte Tröpfchen einem ersten Strahl 16 mit zweckmäßig gewähltem Sprühkegel zugeführt zu werden. Ein vorliegend nicht dargestellter - in der Regel kollinear oder winklig leicht abweichender - se- parater Strahl sprüht Pulverpartikel der zweiten Werkstoffkomponente, vorliegend in Form eines Reinaluminium/CNT- Komposits in den Sprühkegel des ersten Sprühstrahls 6. Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Wolke aus flüssigen Reinaluminiumtröpfchen 17 und dem Komposit von Al/CNT- Teilchen 18 in teilweise aufgeschmolzenem Zustand 19 erreichen mit einer geeigneten Aufprallgeschwindigkeit 20 das Substrat 21 und erstarren dort sofort zu einem Probenkörper 22.
Ein Schliffbild eines Partikels einer zweiten Werkstoffkorn- ponente in Form eines Al/CNT-Komposits zur Herstellung eines solchen Probenkörpers ist in Fig. 4 gezeigt. Darin ist deutlich an den hellen Stellen die erhaltenen Gefügestruk- turen der CNT-Teile innerhalb der Aluminiumplättchen zu erkennen. Solche hochfesten Gefügebestandteile mit integriertem CNT sind von dunkel zu erkennenden Teilen einer weichen Gefügestruktur aus Reinaluminium umgeben. Insgesamt wird dadurch ein Aluminium-Duplex-Werkstoff zur Verfügung gestellt, der eine erste Werkstoffkomponente mit vergleichs¬ weise hoher Duktilität und niedriger Zugfestigkeit mit einer zweiten Werkstoffkomponente mit vergleichsweise niedriger Duktilität und hoher Zugfestigkeit als Phasengemisch kombiniert .
Fig. 10 veranschaulicht die wesentlichen bei einem Hochenergie-Mahlverfahren zum mechanischen Legieren auftretenden Prozesse - nämlich Schweißen, Brechen und Stapeln - welche letztendlich zu einer starken plastischen Deformation der beteiligten Materialien führen (severe plastic de- formation) . Bei Anwendung des Hochenergie-Mahlverfahrens auf ein Gemisch aus bevorzugt härterer Aluminiumlegierung mit CNT-Material führt dies im Ergebnis zu einer sehr star- ken Verfestigung der beteiligten Materialien durch Mahlen und im Ergebnis zu einer besonders bevorzugten zweiten (härteren) Werkstoffkomponente gemäß dem Konzept der Erfindung. Die Verfestigung erfolgt dabei im Wesentlichen gemäß der bekannten HALL-PETCH-Beziehung. Diese besagt, dass je kleiner der Durchmesser der beteiligten Partikel ist, desto größer ist auch die maximal erreichbare Zugfestigkeit. Konkret soll gemäß der HALL-PETCH-Beziehung die maximal erreichbare Zugfestigkeit P umgekehrt proportional zur Wurzel der beteiligten Partikeldurchmesser sein, wobei die Gültig- keit der Beziehung jedenfalls für Partikeldurchmesser unterhalb von 1 μm beginnt. Das Hochenergie-Mahlen von Aluminiumwerkstoffen wie beispielsweise Reinaluminium oder eine Aluminiumlegierung vergleichsweise hoher Härte mit CNT hat nicht nur den an Fig. 10 verdeutlichten Vorteil, dass der CNT-Anteil innig in das Aluminiummaterial eingearbeitet wird, sondern zusätzlich tritt der Vorteil auf, dass CNT als Mahlhilfsmittel dient. Gemäß einer besonders bevorzug- ten Ausfϋhrungsform kann dadurch der Anteil von bisher üblichen Mahlhilfsmitteln wir Stearin-Säure o.dgl. verringert werden oder ganz entfallen.
Fig. 11 zeigt - in Abwandlung eines in Fig. 2 schematisch dargestellten Verfahrens zur Herstellung eines Duplex- Aluminium-Werkstoffs - schematisch ein Herstellungsverfahren, bei dem zwei nicht kollineare Sprühstrahlen 31, 32 zur Aufbringung der ersten und zweiten Werkstoffkomponente zum Einsatz kommen. Übrige gleiche Teile oder Teile mit glei- eher Funktion der Fig. 11 und Fig. 2 und Fig. 3 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Vorliegend kommen zwei Pulverinjektoren 41, 42 zur pulverförmigen Einbringung der zweiten Werkstoffkomponente in einen Trägerstrahl 31, 32 aus flüssigen Aluminiumtröpfchen 17 zum Einsatz. Dabei kann der Winkel zwischen dem ersten Sprühstrahl 31 und 32 - vorliegend durch Verstellung des zweiten Sprühstrahls 32 - verändert werden. Ebenso kann vorliegend die Pulvermenge zur Einbringung in den ersten und zweiten Sprühstrahl 31, 32 je nach Bedarf eingestellt werden. Gegebenenfalls kann in einer Abwandlung der erste Sprühstrahl 31 frei von einer Pulvereinbringung sein, d.h. lediglich aus Aluminiummaterial, wie beispielsweise Reinaluminium oder legierten Aluminium, gespeist sein.
Durch solche und andere Anordnungen kann ein vorteilhafter Billet eines Aluminium-Duplex-Werkstoffs hergestellt werden. Zum einen wird nämlich erkannt, dass unter Verwendung lediglich von pulverförmigem CNT kein Billet entstehen wür- de. Zum anderen wurde erkannt, dass bei einer starken Er¬ hitzung von CNT, insbesondere oberhalb von 6000C, Alumini¬ um-Karbid entstehen würde. Letzteres würde dazu führen, dass ein hergestellter Werkstoff stark anfällig gegenüber einem Splittervorgang sein würde. Durch Einbringen dieser pulverförmigen CNT-haltigen zweiten Werkstoffkomponente in eine flüssige Phase eines Sprühstrahls mit flüssigen Aluminiumtröpfchen 17, vorzugsweise aus Reinaluminium oder einer härteren Aluminiumlegierung, wird dies unterbunden. Die kurze Flugzeit verhindert außerdem gegenläufige chemische Reaktionen. Dabei hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, dass zwei Sprühdüsen bzw. zwei Sprühstrahlen zur Bildung des Duplex-Aluminiumkörpers verwendet werden.
In einem vorteilhaften anschließenden Herstellungsschritt kann eine weitere Verdichtung durch beispielsweise einen Extrusionsvorgang o.dgl. am Billet erfolgen.
Fig. 13 zeigt, beispielhaft, das Zugfestigkeits- und Elon- gationsverhalten einer zu bevorzugenden Aluminium- Werkstoffkomponente in Abhängigkeit vom CNT-Gehalt zur Bildung der (härteren) zweiten Werkstoffkomponente gemäß dem Konzept der Erfindung. Als Ausgangslegierung kann beispielsweise eine Aluminiumlegierung der 7000er-Serie dienen deren Elongation bei niedrigem CNT-Gehalt maximal ist. Es hat sich ein CNT-Gehalt bei der zweiten Werkstoffkomponente als besonders vorteilhaft erwiesen derart, dass eine Abnahme der Elongation im Bereich zwischen 10 % bis 30 % vorliegt. Die Zugfestigkeit liegt dabei vorteilhaft ebenfalls im oberen Zugfestigkeitsbereich, insbesondere zwischen dem maximalen Zugfestigkeitswert und dem Kreuzungspunkt mit der Elongationskurve. Es hat sich herausgestellt, dass sich ein CNT-Gehalt im Bereich des Kreuzungsbereichs zwischen Zugfestigkeitskurve und Elongationskurve vorteilhaft ist.
Fig. 12 zeigt, beispielhaft, die Entwicklung der Zugfestig- keit und Elongation bei einem fertigen Duplex- Aluminiumwerkstoff mit zunehmendem Anteil der (härteren) zweiten Werkstoffkomponente in Prozent des fertigen Duplex- Aluminiumwerkstoffs . Dadurch wird verdeutlicht, dass praktisch jeder beliebige vorteilhafte hohe Wert einer Zugfes- tigkeit bei dennoch hoher maximaler Elongation durch Variieren des Volumenanteils des harten Materials in Form der zweiten härteren Werkstoffkomponente eingestellt werden kann.
Fig. 14 verdeutlicht die feine, inhomogene, gleichwohl gleichmäßige Verteilung von härterer zweiter Werkstoffkomponente und weicherer erster Werkstoffkomponente in einem fertigen Duplex-Aluminiumwerkstoff . Die harte Phase des Duplex-Aluminiumwerkstoffs ist in den hellen Bereichen zu erkennen. Die weiche Phase des Duplex-Aluminiumwerkstoffes ist in den dunklen Bereichen zu erkennen.
Fig. 15 zeigt im unteren vergrößerten Bereich ein typisches Rissbild eines im oberen Teil der Fig. 15 gezeigten Zugsta- bes. Mit Hinweis auf die Markierung CNT-I und CNT-2 sind deutlich im Aluminiummaterial eingebettete CNTs unterschiedlicher Länge zu erkennen.
Zusammenfassend sieht die Erfindung die Verarbeitung eines Komposits-Werkstoffs in Partikel- oder Pulverform vor, enthaltend Kohlenstoffnanoröhrchen (CNT) , wobei im Werkstoff beispielsweise ein Metall in Lagen in einer Dicke von 10 nm bis 5001OOO nm abwechslungsweise mit Lagen aus CNT in einer Dicke von 10 nm bis 1001OOO nm geschichtet ist. Der Werkstoff wird durch mechanisches Legieren, d.h. durch wiederholte Deformation, Brechen und Schweißen von Metallpartikeln und CNT-Partikeln, vorzugsweise durch Mahlen in einer Kugelmühle, enthaltend eine Mahlkammer und Mahlkugeln als Mahlkörper sowie einen Drehkörper zur Erzeugung hochenergetischer Kugelkollisionen, hergestellt. Zur Herstellung von Duplex-Aluminium wird eine Methode beschrieben, bei der ein Material des Composits-Werkstoffs und einer Aluminiumlegie- rung mit unterschiedlichen Eigenschaften in einms Ospray- Prozess legiert werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Duplex-Aluminium-Werkstoff auf Basis von Aluminium mit einer ersten Phase und einer zweiten Phase,- der in einem Sprühkompaktierverfahren hergestellt ist, mit einer wenigstens über einen ersten Strahl eingebrachten ersten Werkstoffkomponente in Form einer Alumini- um-basierten Legierung zur Bildung der ersten Phase und einer wenigstens über einen zweiten Strahl eingebrachten zweiten Werkstoffkomponente zur Bildung der zweiten Phase dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Werkstoffkomponente in Form eines Alumini- um-basierten Kompositwerkstoffs, aufweisend Aluminium und/oder eine Aluminium-basierte Legierung einerseits und einen ein Nichtmetall enthaltenden Werkstoff andererseits, gebildet ist, wobei die erste Werkstoffkomponente im Vergleich zur zweiten Werkstoffkomponente, jeweils als separater Werkstoff, eine höhere Elongation (Duktilität) und/oder niedrigere Zugfestigkeit aufweist.
2. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Werkstoffkomponente im Vergleich zur ersten Werkstoffkomponente, jeweils als separater Werkstoff, eine niedrigere Elongation (Duktilität) und/oder höhe- re Zugfestigkeit aufweist.
3. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, da¬ durch gekennzeichnet, dass die erste Werkstoffkomponente, als separater Werk¬ stoff, eine Zugfestigkeit (Stress) von weniger als 100MPa, insbesondere weniger als 70MPa, und/oder eine maximale Elongation (Duktilität, Strain) von mehr als 15%, insbesondere mehr als 20%, aufweist.
4. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Werkstoffkomponente, als separater Werkstoff, eine Zugfestigkeit von mehr als 500 MPa, insbesondere mehr als 1000 MPa, und/oder eine maximale Elongation (Duktilität) von weniger als 3%, insbesondere weniger als 1%, aufweist.
5. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Werkstoffkomponente in Form von reinem AIu- minium mit unvermeidlichen Verunreinigungen und/oder Zusätzen gebildet ist.
6. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Werkstoffkomponente in Form einer Aluminium- Legierung mit unvermeidlichen Verunreinigungen und/oder Zusätzen gebildet ist.
7. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Werkstoffkomponente in Form eines, insbesondere innigen, Gemisches, vorzugsweise in Form eines durch mechanisches Legieren gebildeten Gemisches aus reinem Aluminium und/oder einer Aluminumbasierten Le- gierung einerseits und CNT andererseits gebildet ist.
8. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Werkstoffkomponente wei- ter einen Kunststoff und/oder Polymer und/oder einen hochhitzbeständigen Bestandteil, insbesondere einen Graphit- und/oder Silizium-Bestandteil aufweist.
9. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strahl ein mit dem ersten Strahl identischer, kollinearer oder vorzugsweise separater Strahl ist, insbesondere ein Sprühstrahl ist.
10. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Werkstoffkomponente in geschmolzenem Zustand in den ersten Strahl eingebracht ist, insbesondere als flüssige Tröpfchen, vorzugsweise durch eine Düse versprüht in den ersten Strahl eingebracht ist.
11. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Werkstoffkomponente in pulverförmigem Zustand, vorzugsweise als Partikel, insbesondere als Na- nopartikel, in den zweiten Strahl eingebracht ist, insbesondere ohne Entmischung der Aluminium und/oder der Aluminium-basierten Legierung einerseits und des ein Nichtmetall enthaltenden Werkstoffs, vorzugsweise CNT, andererseits eingebracht ist.
12. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Werkstoffkomponente in pulverförmigem Zu- stand in den zweiten Strahl und/oder die zweite Werkstoffkomponente in geschmolzenem Zustand in den ersten Strahl eingebracht ist.
13. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 12 , dadurch gekennzeichnet, dass im Werkstoff wenigstens ein Metall und/oder wenigstens ein Kunststoff in Lagen abwechslungsweise mit Lagen aus CNT geschichtet ist.
14. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass, eine Partikelgröße der zweiten Werkstoffkomponente von 0,5 nm bis 2000 nm, vorteilhaft von 1 μm bis 1000 μm, beträgt .
15. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Lagen eines Metalls oder Kunststoffes eine Dicke von 10 nm bis 50O1OOO nm, vorteilhaft von 20 nm bis 200'0OO nm, aufweisen.
16. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Dicken von CNT enthaltenen Lagen von 10 nm bis 1001OOO nm, vorteilhaft von 20 nm bis 50*000 nm, betragen.
17. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Partikel des Werkstoffes wenigstens ein Metall oder Kunststoff in Lagen abwechslungsweise mit Lagen aus CNT in gleichmäßig angeordneter Lagendicke geschichtet sind.
18. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Partikel des Werkstoffes wenigstens ein Metall oder Kunststoff in Lagen abwechslungsweise mit Lagen aus CNT geschichtet sind, wobei innerhalb des Partikels Bereiche mit hoher Konzentration an CNT- Lagen und niedriger Konzentration an Metall- oder Kunststofflagen vorhanden sind.
19. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Partikel des Werkstoffes hindurch mehrere CNT-Lagen in Teilbereichen sich berühren und durch den Partikel hindurch ununterbrochen CNT-Durchdringungen ausbilden.
20. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Metalle, zusätzlich zu Aluminium oder dessen Le- gierungen, Eisen- und Nichteisenmetalle, Edelmetalle, zweckmäßig Eisenmetalle aus der Reihe des Eisens, Kobalts und Nickels, deren Legierungen sowie Stähle, Nichteisenmetallen, zweckmäßig Aluminium, Magnesium und Titan sowie deren Legierungen, Metalle aus der Reihe Vanadium, Chrom, Mangan, Kupfer, Zink, Zinn, Tantal oder Wolfram und Legierungen davon oder die Legierungen aus der Reihe von Messing und Bronze oder Metalle aus der Reihe Rhodium, Palladium, Platin, Gold und Silber, sortenrein oder in Mischung untereinander, enthalten sind.
21. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymere thermoplastische, elastische oder duroplastische Polymere, vorzugsweise Polyolefine, Cyc- loolefin-Copolymere, Polyamide, Polyester, Polyacryl- nitril, Polystyrole, Polycarbonate, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Styrol-Butadien-Copolymere, Acryl- nitril-Butadien-Copolymere, Polyurethane, Polyacrylate und Copolymere, Alkydharze, Epoxide, Phenol- Formaldehydharze, Harnstoff-Formaldehydharze, sortenrein oder im Gemisch untereinander enthalten sind.
22. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die CNT einen Durchmesser von 0,4 nm bis 50 nm und eine Länge von 5 nm bis 5O1OOO nm aufweisen.
23. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die CNT 2- oder 3-dimensionale Gerüstkörper, aus Kohlenstoffnanoröhrchen darstellen, vorzugsweise Gerüstkörper mit Seitenlängen von 10 nm bis 50O00 nm.
24. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff Mengen an CNT von 0,1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf den Werkstoff, zweckmäßig Mengen an CNT von 0,3 bis 40 Gew.-%, bevorzugt Mengen an CNT von 0,5 bis 20 Gew.-% und insbesondere Mengen an CNT von 1 bis 6 Gew.-% enthält.
25. Duplex-Aluminium-Werkstoff nach einem der Ansprüche
1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass
Aluminium oder eine Aluminiumlegierung das Metall des Werkstoffes darstellt und der Werkstoff 0,5 bis 10 Gew.% CNT, bevorzugt 3 bis 6 Gew.-%, CNT enthält.
26. Verfahren zur Herstellung eines Duplex-Aluminium- Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 25, aufweisend die Schritte - Verarbeiten von Anteilen von Aluminium und/oder einer Aluminium-basierten Legierung und ein Nichtmetall, insbesondere CNT, jeweils in Form von Granulaten, Partikeln, Fasern und/oder Pulvern durch mecha- nisches Legieren, um die zweite Werkstoffkomponente in Form eines Aluminium-basierten Kompositwerkstoffs, aufweisend Aluminium und/oder eine AIu- minium-basierte Legierung einerseits und einen ein Nichtmetall enthaltenden Werkstoff andererseits zur Verfügung zu stellen,
Sprühkompaktieren des Duplex-Aluminium-Werkstoffs auf Basis von Aluminium mit einer ersten Phase und einer zweiten Phase, insbesondere im Rahmen eines OSPRAY-Prozesses, durch
Einbringen einer ersten Werkstoffkomponente in Form einer Aluminium-basierten Legierung zur Bildung der ersten Phase in wenigstens einem ersten Strahl
Einbringen der zweiten Werkstoffkomponente zur Bildung der zweiten Phase in wenigstens einem zweiten Strahl, wobei
die erste Werkstoffkomponente im Vergleich zur zweiten Werkstoffkomponente, jeweils als separater Werkstoff, eine höhere Duktilität und/oder niedrigere Zugfestigkeit aufweist.
27. Verfahren zur Herstellung eines Duplex-Aluminium- Werkstoffs nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein mechanisches Legieren durch wiederholte Deforma- tion, Brechen und Schweißen der Partikel aus Metall oder Kunststoff und Partikel aus CNT, vorzugsweise durch mechanisches Legieren in einer Kugelmühle enthaltend eine Mahlkammer und Mahlkugeln als Mahlkόr- per durch hochenergetische Kugelkollisionen, ausgeführt wird.
28. Verfahren zur Herstellung eines Duplex-Aluminium- Werkstoff nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kugelmühle eine Mahlkaminer mit einem zylinderförmigen, vorzugsweise kreiszylinderförmigen, Querschnitt aufweist und die Mahlkugeln durch die sich um ihre Zylinderachse drehende Mahlkammer bewegt und durch einen sich in Richtung der Zylinderachse in die Mahlkammer erstreckenden, mit einer Mehrzahl von Nocken ausgestatteten, angetriebenen Drehkörper beschleunigt werden.
29. Verfahren zur Herstellung eines Duplex-Aluminium- Werkstoff nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Mahlkugeln wenigstens 6 m/s, insbesondere 11 m/s, beträgt und vorteilhaft die Geschwindigkeit der Mahlkugeln im Bereich von 6 bis 14 m/s, insbesondere 11 m/s bis 14 m/s, beträgt.
30. Verfahren zur Herstellung eines Duplex-Aluminium- Werkstoff nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahldauer 10 Stunden und weniger und die minimale Mahldauer 5 min beträgt und bevorzugt die Mahldauer zwischen 15 min und 5 Stunden, besonders be- vorzugt von 30 min bis 3 Stunden und insbesondere bis 2 Stunden beträgt.
31. Verfahren zur Herstellung eines Duplex-Aluminium- Werkstoffes nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkörper, eine Mehrzahl von Nocken über die ganze Länge verteilt aufweist und sich vorteilhaft über die ganze Ausdehnung der Mahlkämmer in Zylinderachse erstreckt.
32. Verfahren zur Herstellung eines Duplex-Aluminium- Werkstoffes nach einem Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehreren unterschiedliche Werkstoffe gleichen oder verschiedenen Ausgangsmaterials und/oder Energieeintrags gemischt oder einer zweiten Mahlung oder mehreren Mahlungen unterzogen werden.
33. Verfahren zur Herstellung eines Duplex-Aluminium- Werkstoffes nach einem der Ansprüche 26 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass ein CNT-freies Metall oder Kunststoff und ein Werkstoff oder mehrere unterschiedliche Werkstoffe gleichen oder verschiedenen Ausgangsmaterials und/oder Energieeintrags, gemischt oder einer zweiten Mahlung oder mehreren Mahlungen unterzogen werden.
34. Verwendung des Duplex-Aluminium-Werkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 33 für durch Sprühkompaktie- ren, thermische Spritzverfahren, Plasmasprühen, Extrusionsverfahren, Sinterverfahren, druckgesteuer- te Infiltrationsverfahren oder Pressgießen hergestellte Formkörper.
EP08784863A 2007-07-18 2008-07-18 Duplex-aluminium-werkstoff auf basis von aluminium mit einer ersten phase und einer zweiten phase und verfahren zur herstellung des duplex-aluminium-werkstoffs Withdrawn EP2178664A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP08784863A EP2178664A1 (de) 2007-07-18 2008-07-18 Duplex-aluminium-werkstoff auf basis von aluminium mit einer ersten phase und einer zweiten phase und verfahren zur herstellung des duplex-aluminium-werkstoffs

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP07014024 2007-07-18
EP08784863A EP2178664A1 (de) 2007-07-18 2008-07-18 Duplex-aluminium-werkstoff auf basis von aluminium mit einer ersten phase und einer zweiten phase und verfahren zur herstellung des duplex-aluminium-werkstoffs
PCT/EP2008/005883 WO2009010297A1 (de) 2007-07-18 2008-07-18 Duplex-aluminium-werkstoff auf basis von aluminium mit einer ersten phase und einer zweiten phase und verfahren zur herstellung des duplex-aluminium-werkstoffs

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2178664A1 true EP2178664A1 (de) 2010-04-28

Family

ID=39884479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP08784863A Withdrawn EP2178664A1 (de) 2007-07-18 2008-07-18 Duplex-aluminium-werkstoff auf basis von aluminium mit einer ersten phase und einer zweiten phase und verfahren zur herstellung des duplex-aluminium-werkstoffs

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20100189995A1 (de)
EP (1) EP2178664A1 (de)
JP (1) JP2010533786A (de)
CN (1) CN101754826A (de)
BR (1) BRPI0813517A2 (de)
CA (1) CA2692959A1 (de)
WO (1) WO2009010297A1 (de)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010091704A1 (en) * 2009-02-16 2010-08-19 Bayer International Sa A compound material comprising a metal and nano particles and a method for producing the same
EP2419231B1 (de) * 2009-04-17 2021-05-05 Michael Dvorak Verfahren zum pulverbesschichten bzw. zur herstellung von verbundwerkstoffen, vorzugsweise bei der verarbeitung von kunststoffen oder beim sprühkompaktieren von metallen
JP2012523972A (ja) * 2009-04-17 2012-10-11 バイエル・インターナショナル・ソシエテ・アノニム 複合材料を形成するために、カーボンナノチューブ（ｃｎｔ）を流体に供給する方法およびシステム
DE102009018762B4 (de) * 2009-04-27 2011-06-22 EADS Deutschland GmbH, 85521 Verfahren zum Herstellen eines metallischen Verbundwerkstoffs mit Kohlenstoffnanoröhren sowie eines endformnahen Bauteils aus diesem Verbundwerkstoff
US8287772B2 (en) * 2009-05-14 2012-10-16 3M Innovative Properties Company Low energy milling method, low crystallinity alloy, and negative electrode composition
US8257864B2 (en) 2009-06-29 2012-09-04 3M Innovative Properties Company Method of making tin-based alloys for negative electrode compositions
WO2011032791A1 (en) 2009-09-17 2011-03-24 Bayer International Sa, Ftb A compound material comprising a metal and nanoparticles
US20110286876A1 (en) * 2010-05-24 2011-11-24 Applied Nanotech Holdings, Inc. Thermal management composite materials
DE102010052555A1 (de) * 2010-11-25 2012-05-31 Mtu Aero Engines Gmbh Herstellung von Spritzpulvern zum Kaltgasspritzen
CN102409339B (zh) * 2011-11-18 2014-06-25 江苏大学 光纤激光器熔覆制备类金刚石涂层的方法和装置
CN104312094B (zh) * 2014-08-28 2017-01-11 青岛海力威新材料科技股份有限公司 一种连接件制作用复合材料
JP6630047B2 (ja) * 2015-02-27 2020-01-15 日立造船株式会社 溶射材料の製造方法、および、溶射方法
CN107587006A (zh) * 2017-10-31 2018-01-16 桂林加宏汽车修理有限公司 一种高弹性模量铝合金
CN109967749B (zh) * 2018-11-28 2022-03-29 陕西理工大学 一种制动盘用先进金属基复合材料的制备方法
RU2751401C2 (ru) * 2019-12-17 2021-07-13 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) Способ получения наноструктурного композиционного материала на основе алюминия
CN112111665B (zh) * 2020-08-17 2021-09-10 丽水正阳电力建设有限公司 一种真空压力浸渗法制备碳改性铝合金复合材料的方法
CN112111700B (zh) * 2020-09-02 2022-03-04 上海交通大学 一种纳米碳增强铝合金复合材料挤压型材的在线淬火热处理方法
CN114147204B (zh) * 2021-11-29 2023-05-05 江苏豪然新材料有限公司 铝合金加工用喷射冷却设备

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3723165A (en) * 1971-10-04 1973-03-27 Metco Inc Mixed metal and high-temperature plastic flame spray powder and method of flame spraying same
US4683368A (en) * 1985-06-10 1987-07-28 The Boeing Company Weld rod
JPH07116541B2 (ja) * 1985-11-29 1995-12-13 日産自動車株式会社 アルミニウム系軸受合金およびその製造方法
JPS6365045A (ja) * 1986-09-04 1988-03-23 Showa Alum Corp 粒子分散形Ａｌ基複合材
US4722754A (en) * 1986-09-10 1988-02-02 Rockwell International Corporation Superplastically formable aluminum alloy and composite material
JPS63286535A (ja) * 1987-05-19 1988-11-24 Nisshin Steel Co Ltd 難加工性合金の加工品の製造法
US5022455A (en) * 1989-07-31 1991-06-11 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Method of producing aluminum base alloy containing silicon
JPH04210408A (ja) * 1990-12-12 1992-07-31 Honda Motor Co Ltd 高強度、高剛性構造部材の製造方法
JP3112961B2 (ja) * 1991-03-06 2000-11-27 富士重工業株式会社 繊維強化傾斜機能材料の製造方法
US5304032A (en) * 1991-07-22 1994-04-19 Bosna Alexander A Abradable non-metallic seal for rotating turbine engines
DE4308612C2 (de) * 1993-03-18 1999-01-07 Erbsloeh Ag Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs mit hoher Warmfestigkeit aus einer Legierung auf Aluminium-Basis und Verwendung des so hergestellten Werkstoffs
JPH06271967A (ja) * 1993-03-22 1994-09-27 Kubota Corp 高温高強度複合アルミニウム合金材
US6531089B1 (en) * 1997-08-30 2003-03-11 Honsel Gmbh & Co. Kg Alloy and method for producing objects therefrom
JPH11264061A (ja) * 1998-03-16 1999-09-28 Suzuki Motor Corp Ａｌ系材料とＦｅ系材料との混合粉末溶射方法
DE19929952C1 (de) * 1999-06-29 2000-10-26 Daimler Chrysler Ag Ölpumpenzahnrad aus Aluminiumpulver
KR100408313B1 (ko) * 1999-07-09 2003-12-01 다이호 고교 가부시키가이샤 용사 동·알루미늄 복합재료 및 그 제조방법
JP2002188663A (ja) * 2000-12-21 2002-07-05 Taiheiyo Cement Corp ブレーキ部品
JP2002309323A (ja) * 2001-04-12 2002-10-23 Toyama Prefecture 低融点金属及び酸化物系セラミックスの傾斜機能材料及びその製造方法
DE10306919B4 (de) * 2003-02-19 2006-08-17 Daimlerchrysler Ag Verbundwerkstoff aus intermetallischen Phasen und Keramik, Herstellungsverfahren und Verwendung
JPWO2005040066A1 (ja) * 2003-10-29 2007-03-01 住友精密工業株式会社 カーボンナノチューブ分散複合材料とその製造方法並びにその適用物
WO2005040067A1 (ja) * 2003-10-29 2005-05-06 Sumitomo Precision Products Co., Ltd. カーボンナノチューブ分散複合材料とその製造方法並びにその適用物
JP2006302917A (ja) * 2004-03-24 2006-11-02 Showa Denko Kk コンデンサ用電極シート及びその製造方法並びに電解コンデンサ
EP1730756A4 (de) * 2004-03-24 2010-03-24 Showa Denko Kk Elektrodenfolie für kondensatoren, verfahren zu deren herstellung und elektrolytischer kondensator
US8349396B2 (en) * 2005-04-14 2013-01-08 United Technologies Corporation Method and system for creating functionally graded materials using cold spray
JP2006328454A (ja) * 2005-05-24 2006-12-07 Nissei Plastics Ind Co 金属粉末とカーボンナノ材料の混合方法、カーボンナノ複合金属材料の製造方法及びカーボンナノ複合金属材料
US20070098912A1 (en) * 2005-10-27 2007-05-03 Honeywell International, Inc. Method for producing functionally graded coatings using cold gas-dynamic spraying
EP1918249B1 (de) * 2006-10-31 2009-05-27 Alcan Technology & Management Ltd. Werkstoffe enthaltend Kohlenstoffnanoröhrchen, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung der Werkstoffe
US20090041609A1 (en) * 2007-08-07 2009-02-12 Duz Volodymyr A High-strength discontinuously-reinforced titanium matrix composites and method for manufacturing the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2009010297A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101754826A (zh) 2010-06-23
CA2692959A1 (en) 2009-01-22
WO2009010297A1 (de) 2009-01-22
BRPI0813517A2 (pt) 2015-01-06
US20100189995A1 (en) 2010-07-29
JP2010533786A (ja) 2010-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2178664A1 (de) Duplex-aluminium-werkstoff auf basis von aluminium mit einer ersten phase und einer zweiten phase und verfahren zur herstellung des duplex-aluminium-werkstoffs
EP1918249B1 (de) Werkstoffe enthaltend Kohlenstoffnanoröhrchen, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung der Werkstoffe
EP3691815B1 (de) Additiv gefertigtes bauteil und herstellungsverfahren davon
DE10331785B4 (de) Verfahren zur Herstellung feiner Metall-, Legierungs-und Verbundpulver
DE60130027T2 (de) Verfahren zur herstellung nanokristalliner strukturen
CN111151746B (zh) 自生内嵌超细网状结构增强体的钛基复合材料增材制造方法
DE102020108781A1 (de) Mittels additiver Fertigung verarbeitbare hochfeste Aluminiumlegierungen für Strukturanwendungen
WO2009141100A1 (de) Verfahren zur herstellung eines bautells aus einem kompositwerkstoff
DE102018133579A1 (de) Aluminiumlegierungspulver für additive Herstellung und Verfahren zur Herstellung eines Teils durch Herstellung aus diesem Pulver
EP3166741A1 (de) Verfahren zur herstellung eines bauteils
US20200232071A1 (en) Aluminum alloys
DE102013005008A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus einem Kohlenstoffnanoröhren enthaltenden Werkstoff
DE102011121292A1 (de) Bremsscheibe aus einer Aluminium-Matrix-Verbundlegierung mit Siliziumcarbid-Partikeln und Herstellungsverfahren hierfür
EP2347020A2 (de) Verbundkörper aus kupfer oder einer kupferlegierung mit eingelagertem carbon nanotubes und verfahren zur herstellung eines solchen körpers sowie verwendung des verbundkörpers
DE102011120540B4 (de) Herstellung eines Sinterpulvers und Sinterkörper
AT16307U2 (de) Additiv gefertigtes Refraktärmetallbauteil, additives Fertigungsverfahren und Pulver
EP3083108B1 (de) Verfahren zur herstellung einer chrom enthaltender schicht
KR100734433B1 (ko) 고강도, 고연성을 가지는 철기 벌크 나노공정 합금
DE102020106517A1 (de) Isotropes, rissfreies Stahldesign mittels Additiver Fertigungsverfahren
DE102020117761A1 (de) Aluminium-Werkstoff und Verfahren zum Herstellen eines Aluminium-Werkstoffes
DE102023135181A1 (de) Hartmetall
CN115770878A (zh) 一种降低增材制造高强钛合金力学性能各向异性的方法
DE102009015156A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Dispersionswerkstoffes

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20100218

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA MK RS

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: 3A TECHNOLOGY & MANAGEMENT AG

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20120201