Sprengplattierter Metallkörper Die vorliegende Erfindung betrifft einen sprengplat- tierten Metallkörper und ein Verfahren zu seiner Her stellung.
Die durch Plattierung, z.B. Elektroplattierung oder Walzplattierung erhältlichen Verbundwerkstoffe haben sich in den letzten Jahren für viele Anwendungsgebiete eingeführt. Sie bestehen im allgemeinen aus einem ver- hältnismässig billigen Grundmaterial, auf dem eine Schicht eines anderen Materials aufgebracht ist. Auf diese Weise lassen sich z.B. Bauteile für die verschiedensten Industriezweige aus relativ billigem Material der ent sprechenden Festigkeit herstellen, die jedoch nicht ent sprechen würden wegen zu geringer Korrosions- oder Zunderfestigkeit. Für diese Fälle wird das Grundmaterial mit entsprechend beständigen Überzugen versehen.
Nach den bekannten Verfahren war die Herstellung von derar tigen Plattierungen schwierig, nicht immer möglich und meist sehr aufwendig.
Die bekannten Elektroplattierungen arbeiten entwe der mit elektrochemischer oder elektrolytischer Abschei dung des Plattierungsmaterials auf das Grundmaterial und sind wegen der dabei ablaufenden Reaktionen auf eine bestimmte Anzahl von Metallen und auf eine ganz enge Auswahl von Metallkombinationen beschränkt. Die elektrochemisch erzeugten Schichten sind meist auch nicht ausreichend dicht oder es kann bei der Abscheidung so wohl bei der Elektrolyse als auch bei der elektrochemi schen Plattierung zu einer Versprödung des Grundma terials infolge von Wasserstoffentwicklung an der Me tallelektrode und damit Aufnahme von Wasserstoff durch das Metall des Grundmaterials kommen.
Ein anderes Verfahren arbeitet mit der sogenannten Gasphasenplattierung oder Aufdampfung. Das aufzubrin gende Metall wird entweder verdampft oder thermisch zersetzt aus den entsprechenden Metallverbindungen und auf dem Grundmaterial abgeschieden. Die Gasphasen- plattierung ist infolge der hierfür erforderlichen Appa raturen sehr aufwendig, auf kleinere Gegenstände, ein- fachere Form und in erträglichen Temperaturgrenzen verdampfbare bzw. pyrolysierbare Metalle beschränkt. Die Aufbringung von dickeren Schichten nach diesem Verfahren würde jedoch zu einer ungebührlichen Ver teuerung des plattierten Gegenstandes führen.
Das gebräuchlichste Verfahren zur Plattierung, insbe sondere zur Herstellung von plattierten Blechen jeder Stärke, ist das sogenannte Aufwalzen. Dabei werden zwei Bleche der verschiedenen Qualitäten warm aufein ander gewalzt und miteinander verschweisst. Die Bin dung ist für manche Zwecke ausreichend, für hohe An forderungen - sowohl was Dichtigkeit, Biegefestigkeit, Warmfestigkeit und eventuell auch Vibrationsfestigkeit anbelangt - meistens unzulänglich.
Beim Biegen trennen sich die Schichten infolge der unterschiedlichen Dehn barkeit der plattierten Metalle, bei hohen Arbeitstempe raturen erfolgt ein Abschälen und Trennen der Einzel bleche infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnung, in korrodierender Atmosphäre können sich an den Ver bindungszonen in manchen Fällen schwere Korrosionen ausbreiten, so dass durch chemische Reaktion die Ab hebung der Schichten erfolgt. Dies sind nur einige der Nachteile des Plattierungsverfahrens. durch Warmwalzen, ganz abgesehen davon, dass man damit natürlich nur miteinander verträgliche Metalle und nur Bleche ent sprechender Dicke, vor allem nur Materialien, die warm walzbar sind und den Walzbedingungen ohne Gefüge änderung widerstehen, anwenden kann.
Es gibt jedoch eine ganze Reihe von Metallkombina tionen, die im Hinblick auf die neuesten Verwendungs zwecke mit höchsten Anforderungen an Warmfestigkeit, Zunderfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und dgl. inter essant wären, die sich jedoch nach den bisher bekann ten Verfahren nicht durch Plattierung vereinigen lassen und zwar gilt dies sowohl für die Walzplattierung als auch für die elektrochemische, elektrolytische und Dampfphasenplattierung. Der Grund für die mangelnde Plattierbarkeit verschiedener Metallsysteme ist unter an- derem in der Bildung von intermetallischen Verbindun gen zu erblicken, die meistens sehr spröde sind und da mit die Festigkeit des Verbundkörpers nachteilig beein flussen.
Auch kann es bei den Plattierungsverfahren zur Aufnahme von Stoffen aus der Umgebung kommen, die ihrerseits wieder zur Bildung von spröden oder den Zu sammenhalt des Gefüges störenden Stoffen führen. Es sei nur z.B. an die Gefährlichkeit der Wasserstoffauf nahme von Titanlegierungen und die oberflächliche Oxy dation verschiedener Metalle erinnert, wodurch infolge der Oxydhaut eine Verbindung unmöglich gemacht oder wesentlich erschwert wird und ein Arbeiten unter Schutz gas oder im Vakuum erforderlich würde.
Es ist bereits bekannt, eine Rohrverbindung mit Hilfe einer Muffe unter Anwendung einer im Rohr angeord neten Ringladung aus einem brisanten Sprengstoff zur Aufbringung der für die mechanische Verteilung erfor derlichen Energie zu erreichen. Dabei werden die der Ringladung gegenüberliegenden Materialbereiche pla stisch verformt und die Muffe mit Rohrenden aufge weitet.
Die Erfindung bringt nun ein Verfahren, welches die Herstellung von mehrschichtigen Metallkörper der ver schiedensten Materialien in den verschiedensten Kombi nationen gestattet, wobei die Verbindung untrennbar ist, d.h. es löst sich die Verbindungszone zwischen den zwei Metallschichten nicht, auch beim Biegen nicht oder auch unter den höchsten Beanspruchungen, so dass alle Ge fahren, die mit einem Abheben oder Abschälen der Plat- tierung verbunden sind, bei dem erfindungsgemässen Verbundkörper gar nicht auftreten.
Die Verbindung der beiden Metallschichten nach dem erfindungsgemässen Verfahren ist homogen, beträgt also gleichmässige Fe stigkeit über den ganzen Flächenbereich, weist keine Feh ler durch Einschlüsse, sei es metallischer, oxydischer oder gasförmiger Natur auf, führt zu keiner Versprödung der umliegenden Bereiche und gestattet die Aufrechter haltung der mechanischen Eigenschaften des Grundma terials, insbesondere auch was seine Flexibilität anbe langt.
Der sprengplattierte Metallkörper gemäss der Erfin dung aus mindestens zwei miteinander verbundenen Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung ist ge kennzeichnet durch benachbarte Schichten, die im Be reich ihrer gesamten Berührungsfläche miteinander ver bunden sind, und durch eine Verbindung, die einen in- bezug auf alle Komponenten unsteten Übergang zwischen benachbarten Schichten bildet, und deren Zugfestigkeit grösser als die Zugfestigkeit der schwächeren Schicht ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Her stellung eines solchen sprengplattierten Metallkörpers aus im Abstand voneinander angeordneten Metallschichten mit Hilfe eines detonierenden Sprengmittels. Dieses Ver fahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Metallschichten, im folgenden auch als Partner bezeichnet, mindestens 0,025 mm beträgt und die Detonationsgeschwindigkeit mindestens 1200 m/sec, je doch weniger als 120% der Schallgeschwindigkeit in der Metallschicht mit der höchsten Schallgeschwindigkeit ist und dass sich das Sprengmittel über den zu verbinden den Bereich erstreckt und auf einem der Metallschichten entweder unmittelbar oder unter Anbringung einer Puf ferschicht aufliegt und dass die Detonation des Spreng mittels in einer Richtung parallel zu den Metallschichten fortschreitet.
Eines der Merkmale des erfindungsgemäs-. sen Verfahrens liegt darin, dass man die zu verbinden den Metalle für die Plattierung mit Hilfe von Spreng- kraft in einem gewissen Minimalabstand voneinander hält. Dies kann geschehen, entweder indem man zwischen den beiden zu verbindenden Schichten Abstandhalter oder dgl. anordnet, die eine oder beide Metallschichten mit als Abstandhalter wirkenden, kleinen Erhebungen, Nasen und dgl. versieht oder auf die untere Platte eine Schicht eines Pulvers, Granulats oder von Körperchen aufstreut, insbesondere Eisenpulver entsprechender Korn- grösse. Dadurch wird die auf diese Schicht aufgelegte zweite Metallplatte von der ersten in dem der Korngrösse des Pulvers und dgl. entsprechenden Abstand gehalten.
Bei allen Abstandhaltern ist jedoch darauf zu achten, dass sie den Verbindungsvorgang nicht schädlich beein flussen, also keine grösseren Flächenbereiche abdecken und in die Verbindungszone keine Verunreinigungen oder Fremdmetalle einbringen, welche der Anlass für eine Zwischenphase oder Inhomogenität sein könnten.
Die Anordnung der beiden zu verbindenden Metall partner geschieht vorzugsweise parallel zueinander im Abstand, wie oben angedeutet. Der jeweils anzuwendende Abstand zwischen den zu verbindenden Metallteilen hängt von vielen Faktoren ab. Er kann bei hoher Ladung und bei Evakuierung des Raumes zwischen den beiden Schich ten beträchtlich höher sein.
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, die zu verbin denden Metallteile oberflächlich zu reinigen. Es genügt ein leichtes Abreiben und anschliessendes Spülen. Eine so aufwendige Reinigung und Glättung der Oberfläche, wie sie für die anderen Plattierungsverfahren erforderlich ist, kann bei dem erfindungsgemässen Verfahren entfal len. Es ist vorteilhaft oberflächlich haftenden Schmutz, Zunder und leicht haftende Fremdkörper zu entfernen, weil dadurch Einschlüsse in der Verbindungszone ver mieden werden können.
Für die Durchführbarkeit des erfindungsgemässen Verfahrens ist es nicht erforderlich, es hat sich jedoch als zweckmässig erwiesen, den unten liegenden Partner gut und fest zu lagern, um ein Verziehen auszuschliessen.- Diese Lagerung geschieht z.B. auf einer Sperrholzplatte, auf einem Gipssockel oder dgl.
Ein weiteres wesentliches Merkmal des erfindungs- gemässen Verfahrens ist das zu verwendende Sprengmit tel. Es muss eine Detonationsgeschwindigkeit von min destens 1200 m/sec, jedoch weniger als 120% der Schall geschwindigkeit in dem Metall besitzen, welches die höchste Schallgeschwindigkeit aufweist. Das Sprengmittel muss sich über den zu verbindenden Bereich erstrecken.
Die anzuwendende Menge an Sprengstoff lässt sich in üblicher Weise ermitteln. Es ist dabei z,B. die Spreng kraft, die Dicke der Metallschicht und dgl. zu berück sichtigen. Daraus ergibt sich das für den speziellen An wendungszweck erfoderliche Flächengewicht, also die Ladung je Flächeneinheit in Gramm. Übermässige Sprengmittehnengen sind nicht zweckmässig, da sie unter Umständen zu einer nicht gewünschten Deformation führen können. Überhöhte Mengen an Sprengmitteln sind daher tunlichst zu vermeiden.
Die Anordnung des Sprengstoffs auf den zu verbin denden und im Abstand angeordneten Metallteilen ge schieht im allgemeinen auf der einen freien Fläche des Metallgegenstandes. Theoretisch kann man zwar auch an beiden freien Flächen der zwei Partner eine Spreng stoffschicht vorsehen, jedoch ist das in der Praxis nicht einfach, da die Zündung synchron erfolgen müsste.
Andererseits ist es aber möglich, mit einer einzigen Sprengstoffschicht zwei Plattierungen vorzunehmen, d.h. über und unter bzw. rechts oder links einer Sprengstoff- schicht je eine Anordnung aus mindestens zwei Partnern, die im Abstand voneinander angeordnet sind, vorzusehen. Bei der Zündung einer so zentrisch liegenden Spreng stoffschicht erreicht man mit einer Zündung, also mit praktisch der halben Sprengstoffmenge, die Plattierung von zwei Gegenständen.
Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung von ab brennenden, also nicht detonierenden Sprengstoffen mit einer Detonationsgeschwindigkeit unterhalb der erfin- dungsgemässen Grenze, also 1200 m/sec, man trotz Ein haltung aller anderen Forderungen des erfindungsge- mässen Verfahrens keine einwandfreie Bindung der Part ner erhält.
Es hat sich gezeigt, dass es in vielen Fällen zweck mässig ist, vor Aufbringung der Sprengstoffschicht auf die eine Metallschicht eine Zwischenlage vorzusehen, die sozusagen als Puffer dient, um eine Beschädigung der Oberfläche des Metallpartners durch das Sprengmittel und die bei der Detonation entstehenden Produkte und Kräfte zu vermeiden. Als Pufferschicht kann man im einfachsten Fall Wasser verwenden, aber auch Kunst stoffe, wie Polyester-Schaumstoffe, und Klebestreifen.
Bei der Durchführung des erfindungsgemässen Ver fahrens ist darauf zu achten, dass die Detonation parallel zu den zu verbindenden Partnern fortschreitet. Wird diese Forderung nicht eingehalten und trifft die Detonations front, z.B. durch Aufschlag, auf die zu verbindenden Metallteile, so erreicht man keine einfandfreie Verbin dung und nicht die Ausbildung einer Verbindungszone, wie das nach dem erfindungsgemässen Verfahren gelingt.
Zur Zündung des Sprengstoffs verwendet man üb liche Zünder, Zündkapseln, Zündschnüre und dgl. Grund sätzlich ist es ohne Belang, von welcher Stelle aus die Zündung erfolgt, vorausgesetzt, dass die Detonation par allel zu den zu verbindenden Metallteilen fortschreitet. Als sehr zweckmässig erwies sich die Anbringung des Zünders an einer Ecke. Es ist aber auch möglich, einen Zünder in der Mitte einer Kante auzuordnen oder auch mehrere Zünder entlang einer Kante und schliesslich einen sogenannten Linienwellen-Generator zu verwen den, der eine gleichzeitige Zündung entlang einer Linie bewirkt, so dass sich eine Wellenfront ungefähr linear vorbewegt.
Als zu verbindenden Metallteil oder Partner kann man eine Platte, ein Blech oder einen sonstigen Form körper aus einem einzigen Metall, aus einer Legierung aber auch bereits einen Verbundkörper von zwei und mehreren Schichten, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren in einer vorherigen Stufe oder nach einem an deren Verfahren bereits erhalten wurden, verwenden. Es ist auch möglich, auf ein Bauteil durch entsprechende Anordnung einen Überzug oder in einem Behälter eine Auskleidung nach dem erfindungsgemässen Verfahren aufzubringen.
Daraus ergibt sich, dass nicht nur die Plat- tierung von zwei ebenen Körpern, wie sie zwei Platten darstellen, möglich ist, sondern auch die Aufbringung eines Blechs auf einen Stab oder einen Gegenstand irre gulärer Kontur gelingt.
Es hat sich gezeigt, dass die Festigkeit der Verbin dungszone und damit die Bindung besser ist als die Streckgrenze des weicheren Metalls. Die Duktilität des Verbundkörpers entspricht der der nicht verbundenen Partner und lässt sich oft durch eine milde Wärmebe handlung verbessern.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich grund sätzlich auf alle Metalle und Legierungen anwenden, ins besondere auch auf solche Systeme, welche sich nach be- kannten Verfahren nicht oder nur sehr unzufriedenstel lend verbinden liessen. Als Beispiele seien aufgeführt: Aluminium, Stahl, Eisen, Titan, Niob, Chrom, Kobalt; Nickel, Beryllium, Magnesium, Molybdän, Wolfram, Tantal, Vanadium, Zirkonium, Silber, Platin, Kupfer und Gold. Es gelingt also mit dem erfindungsgemässen Ver fahren erstmal in wirtschaftlicher Weise die Plattierung von warmfesten und korrosionsbeständigen Metallen und Metallegierungen auf bewährten Baumaterialien wie wei cher Stahl und Aluminium.
Von besonderer wirtschaft licher Bedeutung sind auch Verbundkörper von weichem Stahl und korrosionsbeständigem Stahl Plattierungen in Form von Nickel, Kupfer, Titan, Aluminium, Tantal, Magnesium und Silber auf weichem Stahl, korrosions beständiger Stahl plattiert mit Molybdän, die Systeme Nickel-Kupfer, Titan-Kupfer, Titan-Aluminium, Kupfer- Tantal und die verschiedensten Kombinationen mit den Legierungen mit zwei oder mehr Komponenten ja bis zu Sandwichkörpern, die eine grosse Anzahl von Schichten aufweisen. Diese Sandwichkörper lassen sich in einem Arbeitsgang direkt herstellen oder auch Vorkörper aus wenigen Schichten machen, die dann wieder zu den fer tigen Sandwichkörpern vereinigt werden.
Es ergibt sich also durch das erfindungsgemässe Verfahren eine un geheure Variationsbreite hinsichtlich der Auswahl der Metallpartner und hinsichtlich der Auswahl der Formen.
Beispiele der erfindungsgemässen Sprengplattierung werden anhand beiliegender Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Figuren 1 und 2 Anordnungen zur Herstellung von zweischichtigen, dreischichtigen oder n-schichtigen sprengplattierten Metallkörpern und Fig.3 eine schematische Darstellung eines Spreng- plattierungsvorganges.
In der Darstellung von Fig. 1 ist die eine Schicht in einem Block 5 aus Hartgips eingelassen. Die aufzubrin gende Schicht wird mit Hilfe der Vorsprünge 4 in einem Abstand 6 gehalten. Auf dem Teil 2 befindet sich die Sprengstoffschicht 3, an deren Kante ein Zünder 7 be festigt ist, der über die Drähte 8 mit Strom versorgt wer den kann.
In der Darstellung von Fig. 2 ruht die eine Metall schicht 10 auf der Sperrholzunterlage 13. Über der Platte 10 sind im Abstand angeordnet die Plattierungsbleche 11 und 12. Der Abstand zwischen den Partnern wird durch die Metallteilchen 14 gehalten. Auf der oberen Fläche der Platte 12 befindet sich als Puffer eine Schicht 15 in Form von Polystyrolschaumstoff und auf dieser die Spreng stoffschicht 16. Der über die Leitungen 18 betätigbare Zünder 17 ist an einer Ecke der Sprengstoffschicht 16 angeordnet. Zweckmässigerweise besitzt die Sprengstoff schicht 16 einen geringen Vorsprung für die Befestigung des Zünders 17. Dadurch ist auch gewährleistet, dass die Detonationsfront die Plattenanordnung bereits mit ihrer vollen Geschwindigkeit erreicht.
Das Eindringen von Wasser in die übereinander an geordneten Metallteile und in die Sprengstoffschicht ist in manchen Fällen zu vermeiden. Hierzu eignet sich ein wasserdichter Klebestreifen, der um die Kanten der An ordnung gelegt wird.
Zur Erläuterung der Wirkungskreise des erfindungs- gemässen Verfahrens dient die Fig. 3.
Die Fig. 3 zeigt den einen zu verbindenden Metall teil A, die aufzuplattierende Schicht B und die Spreng stoffschicht D. Nach Zünden der Sprengstoffschicht D breiten sich die Verbrennungsprodukte fächerförmig in entgegengesetzter Richtung zur Fortpflanzung der Deto- nation aus. Diese fächerförmig nach hinten gerichteten Verbrennungsprodukte sind mit D' bezeichnet. Unter der Einwirkung der Detonationsfront wird aus dem Ma terial der beiden zu verbindenden und im Abstand von einander angeordneten Metallteilen ein Strahl E gebildet und zwar besteht dieser aus geschmolzenem Oberflächen material der beiden zu verbindenden Teile. Der Strahl E trifft auf die Unterseite der Schicht B gerade vor dem Kollisionspunkt C.
F bezeichnet die Verbindungszone, bestehend aus dem aus den.Oberflächenbereichen der bei den zu verbindenden Partner in flüssigem Zustand abge strahlten Metalls.
Trotzdem die Theorie über das Auftreten eines Strahls>> für das erfindungsgemässe Verfahren keine es sentielle Bedeutung hat, erscheint es doch zweckmässig, die theoretischen Grundlagen bei dem erfindungsgemäs- sen Verfahren kurz zu diskutieren: Nach Zündung des Sprengstoffs pflanzt sich die De tonation mit der Detonationsgeschwindigkeit des ange wandten Sprengmittels über die ganze Schicht fort. Der bei der Detonation erzeugte Druck wirkt somit progres siv auf die Stellen der zu verbindenden Metallagen und treibt diese gegeneinander.
Bei parallel zu der Ober fläche des zu plattierenden Metalls angeordnetem Plat- tierungsblech wird der Teil, der am nächsten von der Zündstelle liegt, die plattierende Fläche bereits berühren, während die anderen Teile entweder stehen bleiben oder sich eben gegen diese Fläche bewegen. Es bildet sich also aus dem oberflächlich abgetragenen, geschmolzenen Ma terial ein Strahl, der in den noch leeren Raum zwischen den zu verbindenden Partnern gerichtet ist. Das abge strahlte Material wird umgelenkt und damit gut ge mischt. Diese Abhebung des Oberflächenmetalls und die Durchmischung unter dem hohen, herrschenden Druck führt zu der einwandfreien Verbindung.
Die Ausbildung eines solchen Strahls ist jedoch nicht möglich, wenn die ganze Plattierungsschicht gleichzeitig, im wesentlichen senkrecht auf die mit der Schicht zu ver- sehenden Oberfläche aufschlägt. Ein Aufschlagen der Plattierungsfolie erfolgt, wenn die Detonation in der Sprengstoffschicht nicht parallel zu den zu verbindenden Partnern fortschreitet, sondern diese beispielsweise gleich zeitig über die gesamte Fläche gezündet wird. Für das erfindungsgemässe Verfahren ist daher kein Generator zur Erzeugung von ebenen Wellen geeignet.
Wenn die Sprengstoffschicht auch in einem wesentlichen Abstand von dem Plattierungsblech, z.B. mehr als 10 cm, ange ordnet ist und der Druck durch ein verhältnismässig dichtes Medium übertragen wird, führt dies auch eher zu einem Aufschlagen des Plattierungsmaterials und nicht zu einem parallelen Fortschreiten der Detonation über die zu verbindenden Partner. Dieser grosse Abstand zwi schen Sprengstoffschicht und Plattierungsblech wirkt ähnlich wie eine gleichzeitige Zündung über die gesamte Oberfläche. Aus diesem Grund ist es wesentlich, dass entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren der Sprengstoff so gezündet wird, dass die Detonation par allel zu den zu verbindenden Metallen fortgepflanzt wird. Selbstverständlich ist die Ausdehnung des Sprengstoffs angepasst an die Dimensionen des zu plattierenden Be reichs.
Der Sprengstoff muss natürlich nicht zwangs läufig, wie oben beschrieben, in Form einer selbsttragen den biegsamen Schicht oder Folie angewandt werden. Grundsätzlich spielt die Form des Sprengstoffs keine Rolle und es eignet sich jede, die eine gleichmässige Ein haltung einer bestimmten Flächenladung gestattet. Man kann beispielsweise auch auf der Metallfläche einen Rah- men vorsehen, in welchen lockere Sprengmittelmischung gefüllt ist.
Wie oben bereits ausgeführt, ist ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens die Anwen dung eines Sprengstoffs mit einer Detonationsgeschwin digkeit von weniger als 1200/o der Geschwindigkeit des Schalls in dem Metall des Systems, welches die höchste Schallgeschwindigkeit besitzt.
In diesem Fall wird auch unter Metall - wie oben bereits ausgeführt - ein rei nes Metall, eine Legierung oder abwechselnde Schichten von bereits plattierten Materialien verstanden. Überschrei tet die Detonationsgeschwindigkeit die erfindungsgemäss festgestellte Grenze, so kann dies zu schräg auftreffenden Schockwellen führen, es kommt zu keiner Strahlungs bildung und damit zu keiner guten Verbindung der bei den Metalle. Wenn jedoch unter derartigen Bedingungen doch ein Strahl sich bildet, so treten starke Nebeneffekte auf und führen zu einer Zerstörung der Platten und Reis sen der Verbindungszone.
Unter Bezeichnung Schallgeschwindigkeit bei Me tallen wird üblicherweise die Geschwindigkeit von pla stischen Schockwellen in den Metallen verstanden, die auftreten, wenn bei einer plötzlich angelegten Spannung oder Belastung die Elastizitätsgrenze für eindimensionale Kompression des in Rede stehenden Metalls oder Me tallsystems überschritten wird. Sie ergibt sich durch be kannte Berechnungen aufgrund von in der Literatur vor liegender Werte für die Geschwindigkeit von plastischen Schockwellen bzw. bei Durchführung von Messungen über die Schockwellen, wie sie beispielsweise in dem Aufsatz von R.G. McQuenn und S.P. Marsh in Jour nal of Applied Physics 31, (7) 1253 (1960) beschrieben sind.
Die in den dortigen Berechnungen eingehenden Ge schwindigkeiten der elastischen Wellen lassen sich in be kannter Weise bestimmen. In folgender Tabelle sind die Schallgeschwindigkeiten von gebräuchlichen Metallen zu sammengestellt.
EMI0004.0026
Metall <SEP> Schallgeschwindigkeit
<tb> in <SEP> m/sec
<tb> Zink <SEP> <B>3000</B>
<tb> Kupfer <SEP> 4000
<tb> Magnesium <SEP> 4500
<tb> Niob <SEP> 4500
<tb> austenitischer <SEP> korrosionsbeständiger <SEP> Stahl <SEP> 4500
<tb> Nickel <SEP> 4700
<tb> Titan <SEP> 4800
<tb> Eisen <SEP> 4800
<tb> Molybdän <SEP> <B>5200</B>
<tb> Aluminium <SEP> <B><I>5500</I></B> Die Erfindung wird anhand folgender Beispiele näher erläutert: Der in den Beispielen im allgemeinen angewandte Sprengstoff bestand aus einer dünnen, biegsamen, homo genen Schicht folgender Zusammensetzung:
EMI0004.0027
a) <SEP> 20% <SEP> sehr <SEP> feines <SEP> Pentaerythrittetranitrat
<tb> b) <SEP> 70 <SEP> % <SEP> Bleimennige
<tb> c) <SEP> 10 <SEP> % <SEP> einer <SEP> Mischung <SEP> (1 <SEP> : <SEP> 1) <SEP> von <SEP> Butylkautschuk
<tb> und <SEP> einem <SEP> thermoplastischen <SEP> Terpenharz
<tb> (Mischung <SEP> von <SEP> Polymeren <SEP> des <SEP> B-Pinens <SEP> der
<tb> Formel <SEP> (CIoHs)") <SEP> als <SEP> Bindemittel. Die Masse lässt sich leicht zu Platten oder Folien aus walzen und detoniert mit einer Detonationsgeschwindig keit von etwa 4100 m/sec.
Alle nach den folgenden Beispielen 1-l0 erhaltenen sprengplattierten Metallkörper besitzen mindestens zwei miteinander verbundene Schichten unterschiedlicher Zu sammensetzung und weisen benachbarte Schichten auf, die über ihre gesamte Berührungsfläche eine Verbindung be sitzen, die in bezug auf alle Komponenten unstetigen Übergang zwischen den benachbarten Schichten darstellt und eine grössere Zugfestigkeit aufweist, als die schwä chere der Schichten. <I>Beispiel 1</I> Eine Platte aus weichem Stahl oder Flusseisen (15,2 X 22,9 X 1,27 cm) wurde auf eine Sperrholzunter lage gelegt und darauf eine 2. Platte aus rostfreiem Stahl (15,2 X 22,9 X 0,32 cm) angeordnet, die durch recht winklige Abstandhalter aus Stahl an den Ecken in einem Abstand von 0,32 cm von der 1. Platte gehalten wurde. Zum Schutz der äusseren Oberfläche der 2.
Platte wurde diese mit einem Deckstreifen abgedeckt. Nunmehr wurde eine entsprechend zugeschnittene Schicht der oben be schriebenen Sprengstoffmasse (Flächengewicht: 2,32 g/ cmê) auf den Deckstreifen gelegt, ein handelsüblicher Li nienwellen-Generator an der einen Seite der rechtecki gen Sprengstoffschicht angebracht und gezündet.
Nach der Detonation waren die beiden Platten fest und gleichmässig miteinander verbunden. Die mikroskopische Prüfung bestätigte die ausgezeichnete Verbindung. Die Prüfung aus Scherfestigkeit (ASTM-A-263-44-T) ergab durchschnittlich 5145 kg/cmê. Als untere Grenze der nach dieser Methode ermittelten Scherfestigkeit wird ein Wert von 1400 kg/cmê angesehen. Handelsübliche Produkte zeigen im allgemeinen Scherfestigkeiten von 2100 2450 kg/cmê. Das plattierte Blech liess sich ohne zu reis sen 180 um einen Dorn mit einem Durchmesser ent sprechend der Blechstärke biegen.
<I>Beispiel 2</I> Auf eine Flusseisenplatte (25,4 mm) wurde ein Nickel blech (6,35 mm) plattiert, indem die Flusseisenplatte (15,24 X 22,86 cm) auf eine Sperrholzunterlage gelegt, Eisenpulver mit einer Korngrösse < 147 U, in einer Höhe von 0,15 mm auf die Platte aufgetragen und die Nickel platte aufgelegt; die obere Fläche des Nickelbleches war zum Schutz gegen geringfügige Deformationen oder Oberflächenrauhigkeiten durch den Sprengdruck mit Deckstreifen abgedeckt. Auf die so maskierte Nickel fläche wurde oben beschriebene Sprengstoffschicht (Flä chengewicht: 4,65 g/cmê) aufgelegt, an einer Ecke der Sprengstoffschicht eine Zündkapsel Nr. 6 angebracht und gezündet. Die nickelplattierte Flüsseisenplatte war aus gezeichnet gebunden.
<I>Beispiel 3</I> Für die Plattierung von Titanblech (1,27 mm) auf ein Blech (1,27 cm) aus weichem Stahl (7,62 X 15,24 cm) wurde das Titanblech mit einer Polystyrolschaumstoff platte (2,54 cm) belegt und darauf die oben beschriebene Sprengstoffschicht aufgelegt (Flächengewicht: 2,32 g/ cmê), die Kanten dieser Anordnung mit wasserdichtem Streifen beklebt und das ganze mit der freien Metallfläche auf die auf der Stahlfläche aufgebrachte Lage aus Eisen pulver als Abstandhalter gegeben (Korngrösse 44 , Ab stand 44 [,). Der Verbundkörper war fest und einheitlich gebunden. <I>Beispiel 4</I> Entsprechend Beispiel 3 wurde ein 3,18 mm Alumi niumblech auf ein 12,7 mm Blech aus weichem Stahl aufgebracht.
Grösse der Bleche: 7,62 X 15,24 cm, Flä chengewicht der Sprengstoffschicht: 2,32 g/cmê; Abstand zwischen den Blechen: 151 [,. Nach der Detonation war das Aluminiumblech fest mit dem Stahlblech verbunden. <I>Beispiel 5</I> Entsprechend Beispiel 3 wurde ein Verbundkörper (7,62 X 15,24 cm) aus Tantal und Kupfer hergestellt. Tantalblech 0,254 mm: Kupferblech 1,59 mm: Flächen gewicht der Sprengstoffschicht 1,55 g/cmê: Abstand zwi schen den Blechen: 151 <I>Beispiel 6</I> Entsprechend Beispiel 3 wurde ein Edelstahlblech (121,92 X 243,84 cm) auf weichem Stahl plattiert. Es wurde eine etwas andere Sprengstoffzusammensetzung angewandt, und zwar mit 72 % Mennige, 8 % Bindemit tel und 20% Pentaerythrittetranitrat (Detonationsge schwindigkeit ca. 4000 m/see).
Flächengewicht 1,94 g/ cm', Abstand 250 lt" Blechstärken: Edelstahl 0,794 mm, weicher Stahl 1,91 mm.
<I>Beispiel 7</I> Eine Folie (76 ) aus einer 90Ti 6A1 4V-Legierung (2,54 X 2,54 cm) wurde zur Plattierung eines in einem Block aus Hartgips eingebetteten Wolframblech (1,27 mm) gleicher Grösse herangezogen. Abstand: 0,076 mm, Sprengstoffzusammensetzung: 35 % Pentaerythrittetrani- trat, 50 % Mennige, 15 % Bindemittel nach Beispiel 1. Detonationsgeschwindigkeit: ca. 5000 m/sec, Flächen gewicht 0,465 g/cmê. Zünder No. 6 an einer Kante.
<I>Beispiel 8</I> Auf eine tragende Stahlplatte wurde ein Molybdän blech (2,54 mm X 2,54 cm X 10,16 cm) und unmittel bar darüber ein Blech aus weichem Stahl (2,54 cm X <B>10,16</B> cm X 0,13 mm) gelegt. Die Ecken des Stahlble ches waren so aufgebogen, dass sie als Abstandhalter dienten, Abstand: 0,64 mm, dann wurde eine Spreng stoffschicht (Flächengewicht 0,31 g/cmê, 2,54 cm X 10,16 cm) auf die Fläche des Stahlblechs geklebt. Die Zündung des Sprengstoffes erfolgte an einer Kante. Der Verbundkörper war fest gebunden und zeigte keine Risse. <I>Beispiel 9</I> Herstellung eines 16-schichtigen Sandwich-Körper: Es wurden abwechselnde Schichten (15,24 cm X 15,24 cm) von Blechen 0,13 mm aus weichem Stahl und austenitischem, korrosionsbeständigem Stahl verbunden.
Sprengstoff-Flächengewicht 1,55 g/cmê, Abstand zwischen allen Schichten: 0,15 mm. Zwischen Sprengstoffschicht und oberstem Metallblech befand sich Wasser in einer Höhe von 2,54 cm. Das oberste Blech war bedeckt mit einer Folie aus einem Polyäthylen-Terephthalat-Kunst- stoff (254 #t). Das Eindringen von Wasser zwischen die Schichten wurde mit Hilfe eines Klebestreifens über die Kanten der Anordnung verhindert. Der erhaltene Ver bundkörper zeigte keine Fehler oder Unzulänglichkeiten. <I>Beispiel 10</I> In einer Versuchsreihe wurden 26 Plattierungen Nik- kel auf Kupfer hergestellt.
Sprengstoff nach Beispiel 1, Flächengewicht: 0,775 g/cm2. Der Abstand zwischen den Blechen (10,16 X 10,16 X 0,053 cm) wurde variiert zwi- sehen 43 t, und 4,07 mm. Die Sprengstoffschicht wurde in einem Abstand von 6,37 mm angeordnet und der Zwi schenraum mit Wasser gefüllt.
Die röntgenographische Untersuchung der Verbin dungszone ergab, dass in allen Fällen ein identisches ku bisch-flächenzentriertes Gitter vorlag. Unabhängig vom Abstand und der Probenahme aus der Verbindungszone betrug der Gitterabstand 3,575 -t- 0,003 A. Eine Kupfer- Nickel-Verbindung mit einem Gitterabstand von 3,575 A besteht aus 33 % Nickel und 67 % Kupfer.