CH619738A5

CH619738A5 -

Info

Publication number: CH619738A5
Application number: CH279876A
Authority: CH
Inventors: Robert Lewis Bickerdike; Garyth Hughes; William Norman Mair
Original assignee: Secr Defence Brit
Priority date: 1975-03-06
Filing date: 1976-03-05
Publication date: 1980-10-15
Also published as: JPS6030739B2; GB1521293A; US4245823A; NO760744L; ATA169676A; SE7603015L; DE2609180C2; IT1057700B; IE44143L; AT350283B; NO144427B; BE839280A; FR2303084A1; CA1084354A; NL7602366A; NO144427C; FR2303084B1; SE456017B; JPS51145455A; IE44143B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Legierungen durch Ablagerung der Komponenten der Legierung aus einer Dampfphase auf eine Kollektorfläche mit steuerbarer Temperatur sowie ferner eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Verfahren zur Herstellung von Massenlegierungen durch Ablagerung von Komponenten einer Legierung aus einer Dampfphase auf eine Sammelfläche mit steuerbarer Temperatur ist bekannt. Ein solches Verfahren ist in der britischen Patentschrift Nr. 1,206,586 beschrieben.

Durch Dampfphasenablagerungen hergestellte Legierungen haben normalerweise eine Kolonnenstruktur, wobei die Zunahmerichtung zur Dampfquelle hin zunimmt, und eine Porosität aufweist, welche mit der Kolonnenstruktur zusammenhängt, insbesondere dann, wenn die Temperatur der Sammelfläche niedrig ist. Die Anwesenheit der Porosität in diesen Legierungen kann ihre Eigenschaften beeinträchtigen und wird oft dadurch entfernt, dass die erzeugte Legierung gepresst oder gewalzt wird. Zusätzliche Produktionsstufen für eine solche Legierung sind unerwünscht und es wurde festgestellt, dass wenn die Legierung Metalle wie stabile Oxyde, beispielsweise Aluminium oder Magnesium, enthalten, wenn die Legierung vor dem Pressen oder Walzen der Atmosphäre ausgesetzt wird, so kann Sauerstoff aus der Atmosphäre in die Legierung eindringen und einen Oxydfilm auf der Innenfläche der Poren bilden, so dass ein zusätzlicher, in vielen Fällen unerwünschter Bestandteil der Legierung zugeführt wird. Das Pressen und das Walzen einer Legierung mit grosser Porosität kann schwierig sein, weil die Poren als Kerne für Rissbildung dienen können.

Verfahren zur Herabsetzung der Porosität von abgelagerten Legierungen ist bereits bekannt. So ist beispielsweise in der britischen Patentschrift Nr. 1 269 965 die Einführung von dünnen Schichten aus kleineren Legierungsbestandteilen während der Ablagerung beschrieben, um periodisch Oberflächenneubildung zu erwirken, so dass der Kolonnenzuwachs und somit die Porosität begrenzt werden. Dieses Verfahren ist mit potentiellen Nachteilen verbunden, die auf das Einführen von getrennten mikrostrukturellen Bestandteilen zurückzuführen sind, wobei aber die Zunahme des komplexen Aufbaues der Einrichtung und der Grad der erforderlichen Prozessteuerung zunimmt.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Legierung durch Ablagerung der Komponenten der Legierung aus der Dampfphase auf eine Kollektorfläche mit steuerbarer Temperatur zu schaffen, bei welchem die angegebenen Nachteile nicht auftreten. Dieses Ziel wird erfindungs-gemäss dadurch erreicht, dass die Fläche der Legierung während der Ablagerung mechanisch bearbeitet wird.

Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Metalldampfquelle, einer Kollektorfläche mit steuerbarer Temperatur, auf welcher sich aus der Metalldampfquelle verdampftes Metall absetzen kann, ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass sie eine mechanische Bearbeitungsvorrichtung aufweist, um die abgelagerte Legierung im Laufe der Ablagerung mechanisch zu bearbeiten.

Die mechanische Bearbeitung kann vorzugsweise mittels einer Einrichtung erfolgen, die in der Lage ist, die Oberfläche durch eine Schlagwirkung zu behandeln, wobei beispielsweise mechanisch angetriebene Hämmer verwendet werden. Ferner kann die mechanische Bearbeitung beispielsweise mittels Walzen durchgeführt werden.

Da eine kontinuierliche, mechanische Bearbeitung der Oberfläche der Legierung während der Ablagerung sich als unpraktisch erwiesen hat, und die zur mechanischen Bearbeitung erforderliche Einrichtung den Zugang des Dampfes zur Oberfläche verhindert, ist es von Vorteil, wenn die mechanische Bearbeitung periodisch während der Ablagerung erfolgt

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oder die Oberfläche abwechselnd der Ablagerung und der mechanischen Bearbeitung ausgesetzt wird.

Es wurde festgestellt, dass durch Aussetzen der mechanischen Bearbeitung der Oberfläche der Legierung die Porosität während der Ablagerung in der erzeugten Legierung bedeutend herabgesetzt wird. Es ist von Vorteil, wenn die Stärke der mechanischen Bearbeitung ausreicht, um die Ungleichmässigkeiten auszugleichen, die während der Ablagerung entstehen, jedoch nicht ausreicht, um zusätzliche Stufen und Ungleichmässigkeiten herzustellen. Die Stärke der mechanischen Bearbeitung sollte so bemessen sein, dass die Porosität an der Oberfläche der Legierung beseitigt werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform können die Metalldampfquelle und die mechanische Bearbeitungsvorrichtung innerhalb der Einrichtung fest angeordnet werden, wobei die Kollektorfläche innerhalb der Einrichtung bewegbar ist, und so ausgebildet werden kann, dass sie wieder angeordnet werden kann, um sie abwechselnd einer Ablagerung und einer mechanischen Bearbeitung auszusetzen.

Es ist von Vorteil, wenn die mechanische Bearbeitungsvorrichtung einen Satz von Hämmern aufweist, deren Köpfe in einer Linie angeordnet sind, wobei die Kollektorfläche über die Linie der Hammerköpfe bewegbar ist, und dass eine Antriebsvorrichtung vorgesehen ist, um die Köpfe der Hämmer gegen die Oberfläche der Ablagerung zu schlagen, und wenn die Hämmer und die Kollektorfläche seitlich in kleinen Schritten bei jedem Durchgang versetzt sind, um die Oberfläche der Ablagerung einer gleichmässigen, mechanischen Bearbeitung auszusetzen.

Dadurch kann die Bildung von Rillen vermieden und eine gleichmässigere Ablagerung der Legierung erhalten werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Ablagerung von Legierungen aus einer Dampfphase;

Fig. 2 eine Teildarstellung einer Vorrichtung, welche in der Einrichtung nach Fig. 1 zur mechanischen Bearbeitung der Oberfläche der während der Ablagerung erzeugten Legierung dient; und

Fig. 3 eine Seitenansicht des in der Vorrichtung nach Fig. 2 verwendeten Schlagwerkzeuges.

In Fig. 1 ist eine Einrichtung zur Ablagerung einer Legierung aus der Dampfphase, mit einer Vakuumkammer 1 dargestellt, die durch eine normale Vakuum Vorrichtung 2 evakuiert werden kann. Innerhalb der Vakuumkammer 1 ist eine Verdampfungsquelle 3 angeordnet, die mit einer Metallzufuhrvorrichtung 4, einem beweglichen Kollektor 5, einer Vorrichtung 6 zur mechanischen Bearbeitung der Oberfläche der Legierung, welche auf der Unterseite des beweglichen Kollektors 5 angeordnet ist, sowie einer bewegbaren Schliessvorrichtung 7 versehen ist.

Die Verdampfungsquelle 3 ist mit einem Metallschmelzabteil 9 und einem Verdampfungsabteil 8 versehen, wobei die beiden Abteile durch einen Kanal 10 verbunden sind. Die Abteile 8 und 9 werden jeweils durch Elektronenbestrahlungsvorrichtungen 11 bzw. 12 erwärmt und im Betrieb sind die Abteile 8 und 9 sowie der Kanal 10 mit geschmolzenem Metall gefüllt.

Der Kollektor 5 enthält ein nicht gezeigtes Wasserzirkulationssystem sowie nicht gezeigte, elektrische Heizvorrichtungen, die zur Regulierung der Temperatur an der unteren Oberfläche dienen. Die Ausführung des Kollektors ähnelt demjenigen, welcher in der britischen Patentschrift Nr. 1 521 293 beschrieben ist. Der Kollektor 5 wird von einem Arm 13 abgestützt, der an einer Schwenkvorrichtung 14 befestigt ist,

deren Ende aus der Vakuumkammer 1 herausragt, damit der Kollektor 5 in der horizontalen Ebene bewegbar ist, und oberhalb der Vorrichtung 6 zur mechanischen Bearbeitung der Legierungsoberfläche und der Verdampfungskammer 8, wenn erforderlich, angeordnet ist. Die bewegliche Abschlussvorrichtung 7 ist so ausgebildet, dass sie zwischen dem Kollektor 5 und dem Verdampfungsabteil 8 angeordnet ist, oder, wenn erforderlich, von dieser Stellung entfernt werden kann.

Eine weitere AbschlussVorrichtung 15 ist dauernd zwischen der Schmelzkammer 9 und dem Kollektor 5 angeordnet, um den Kollektor gegen Metalldämpfe abzuschirmen, welche beim Betrieb der Einrichtung aus diesem Abteil eintreten.

Die Vorrichtung 6 zur mechanischen Bearbeitung der Oberfläche der Legierung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher beschrieben, welche eine nicht drehende Welle 21 zeigt, die an jedem Ende an der Vakuumkammer 1 befestigt ist, wobei die Befestigung nicht dargestellt ist. Eine Hülse 22 ist mittels Kugellagern 32 und 33 sowie einer Scheibe 34 aus Polytetrafluorethylen an der Welle 21 montiert. Vier in gleichen Abständen voneinander angeordnete Stangen 26 sind zwischen den Flanschen 23 und 24 mittels Bolzen 27 montiert, wobei ihre Achsen parallel zu und in gleichen Abständen von der Achse der Welle 21 angeordnet sind. Die Schlagkörper 28 sind durch Scheiben 29 getrennt, welche an den Stangen 26 montiert sind. Die Scheiben 29 bestimmen die seitliche Stellung der Schlagkörper 28, wobei sie eine ausreichende Drehfreiheit rund um die Stange 26 haben. Die Hülse 22 wird mittels eines Kettenrades 30, welches an einem Flansch 25 befestigt ist, über eine Kette 31 und einem zweiten Kettenrad von einem elektrischen Motor angetrieben, der nicht dargestellt ist.

Wenn die Einrichtung in einer heissen, evakuierten Umgebung betrieben wird, wird eine innere Wasserkühlung vorgesehen, in dem die Spindel aus zwei Rohren 35 und 36 gebildet wird, die durch einen Verbindungskörper 37 miteinander verbunden sind, der zwischen den Kugellagern 32 und 33 angeordnet ist. In den Rohren 35 und 36 sind Löcher 38 und 39 für die Wasserzirkulation vorgesehen. Im Betrieb strömt Wasser durch das Loch 38 aus dem Rohr 35 in den von den Lagern 32 und 33 begrenzten Raum zwischen der Hülse 22 und der Welle 1 und wird über das Loch 39 in das Rohr 36 abgeleitet, aus dem es die Einrichtung verlässt. Damit das Wasser nicht abfliesst, sind Gacodichtungen 40 vorgesehen, wobei weitere Gacodichtungen 41 als Sicherheit dienen, sofern die ersten Gacodichtungen 40 kaputt gehen sollten. Zusätzlich sollen die Gacodichtungen 41 ein Eindringen der Metalldämpfe in die Lager 32 und 33 verhindern.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Hülse 22 aus mehreren Abschnitten besteht, um deren Herstellung und Service zu erleichtern. Im Betrieb wird der Kollektor 5 über den Verdampfungsabteil 8 angeordnet, während die Absteilvorrichtung 7 über dem Abteil angeordnet ist. Dann wird die Kammer 1 evakuiert und das Metall in den Abteilen 8 und 9 durch die Elektronenstrahlvorrichtungen 11 und 12 auf die Betriebstemperatur erwärmt und diese Temperatur aufrechterhalten. Wenn die Abteile ihre Betriebstemperatur erreicht haben,

wird die Abstellvorrichtung verschoben, so dass aus dem Verdampfungsabteil 8 austretende Metalldämpfe auf der unteren Fläche des Kollektors 5 abgelagert werden können. Nach einer kurzen Weile wird der Kollektor 5 langsam über die mechanische Bearbeitungsvorrichtung 6 bewegt, so dass die Ablagerung auf ihrer unteren Fläche einer mechanischen Bearbeitung unterworfen wird. Der Kollektor 5 wird dann nochmals über die Verdampfungskammer angeordnet und das Verfahren solange wiederholt, bis die Ablagerung der Legierung an der unteren Fläche des Kollektors 5 die erforderliche Dicke erreicht hat.

Die Zusammensetzung der abgelagerten Legierung wird von

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der Zusammensetzung des Metalldampfes aus der Verdampfungskammer 8 bestimmt, der wiederum von der Zusammensetzung und der Betriebstemperatin- der Kammer abhängt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Zusammensetzung des Metalls in der Kammer 8 von derjenigen auf den Kollektor 5 abgelagerten Legierung, infolge der unterschiedlichen Verdampfungsfähigkeit der Komponenten der Legierung bei der Betriebstemperatur der Kammer 8 stark variieren kann. Die Betriebstemperatur und die Zusammensetzung des Metalls in der Kammer 8 können so gewählt werden, dass die abgelagerte Legierung die gewünschte Zusammensetzung aufweist.

Die Zusammensetzung des Metalls im Schmelzabteil 9 wird so gewählt, dass sie derjenigen des Dampfes entspricht, welcher aus dem Abteil 8 ausströmt, wobei Verluste aus den Kammern 8 und 9 durch Zufuhr von Metall in Barrenform von der Metallzufuhrvorrichtung 4 ersetzt wird, welche die gleiche Zusammensetzung aufweist, wie diejenige des Metalls im Abteil 9.

Wenn der aus der Verdampfungskammer 8 ausströmende Metalldampf durch Metall mit der gleichen Zusammensetzung über einen Kanal 10 ersetzt wird, bleibt die Zusammensetzung der abgelagerten Legierung während des Ablagerungsvorganges praktisch konstant.

Die Menge des an der Oberfläche des Kollektors 5 abgelagerten Metalls in jeder Verfahrensstufe wird im allgemeinen durch den Grad der zulässigen Porosität bestimmt. Falls die Dicke der Legierung, welche in jeder Stufe abgelagert wird, zu gross ist, kann die Legierung eine Porosität aufweisen, die nicht durch mechanische Bearbeitung beseitigt werden kann. Ist andererseits die Ablagerung der Legierung zu dünn, ist dieses Verfahren zu aufwendig, obschon eine Legierung mit geringer s Porosität erhalten wird. Ein Ausgleich zwischen den beiden ist infolgedessen erforderlich. Im allgemeinen sollte die Anzahl der Bearbeitungsvorgänge und der Umfang der mechanischen Bearbeitung so gewählt werden, dass die Porosität der Legierung auf ein annehmbares Mass begrenzt wird. Die durch die Schlagkörper auf die Oberfläche der Legierung ausgeübte Kraft wird von der Schlagkraft der Schlagkörper bestimmt, welche ihrerseits von der Drehzahl der Hülse 22 abhängen. Sowohl die Drehzahl der Hülse als auch die Ausbildung der Schlagkörper sollten so gewählt werden, dass eine mechanische Bearbeitung erreicht wird, welche die Eigenschaften der abgelagerten Legierung berücksichtigt.

Ein Profil der Schlagkörper 28 ist in Fig. 3 dargestellt. Der Schlagkörper ist aus einem Metallblech hergestellt und kann mittels eines Lochers 42 auf eine der Stangen 26 aufgezogen werden. Die Vorderkanten 43 der Schlagkörper, welche gegen die Oberfläche des Metalls schlagen, sind abgerundet, so dass, wenn der Schlagkörper die Legierungsfläche berührt, ein bootförmiger Eindruck entsteht.

Die mechanische Bearbeitung sollte so ausgelegt sein, dass das Profil weniger Unebenheiten aufweist, und keine grosse Verschiebung der Oberfläche entsteht, so dass Risse oder scharfe Höcker entstehen.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Herstellung einer Legierung durch Ablagerung der Komponenten der Legierung aus einer Dampfphase auf eine Kollektorfläche mit steuerbarer Temperatur, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Legierung während der Ablagerung mechanisch bearbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die mechanische Bearbeitung in Form von Hämmern erfolgt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Legierung abwechselnd einer Ablagerung und einer mechanischen Bearbeitung ausgesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Bearbeitung periodisch während der Ablagerung durchgeführt wird.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Metalldampfquelle, einer Kollektorfläche mit steuerbarer Temperatur, auf welcher sich aus der Metalldampfquelle verdampftes Metall absetzen kann, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine mechanische Bearbeitungsvorrichtung aufweist, um die abgelagerte Legierung im Laufe der Ablagerung mechanisch zu bearbeiten.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalldampfquelle und die mechanische Bearbeitungsvorrichtung fest angeordnet sind, wobei die Kollektorfläche innerhalb der Einrichtung bewegbar ist, und derart ausgebildet ist, dass sie in ihre Ausgangsstellung wieder eingestellt werden kann, um sie abwechselnd einer Ablagerung und einer mechanischen Bearbeitung auszusetzen.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Bearbeitungsvorrichtung einen Satz von Hämmern aufweist, deren Köpfe in einer Linie angeordnet sind, wobei die Kollektorfläche über die Linie der Hammerköpfe bewegbar ist, und dass eine Antriebsvorrichtung vorgesehen ist, um die Köpfe der Hämmer gegen die Oberfläche der Ablagerung zu schlagen.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hämmer und die Kollektorfläche seitlich in kleinen Schritten bei jedem Durchgang versetzt sind, um die Oberfläche der Ablagerung einer gleichmässigen, mechanischen Bearbeitung auszusetzen.

9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Bearbeitungsvorrichtung eine Welle einschliesst, an welcher eine Hülse drehbar angeordnet ist, wobei eine Vielzahl von Metallstangen rund um den Umfang der Hülse befestigt sind, deren Achsen parallel zur Achse der Welle verlaufen, dass eine Vielzahl von Schlagkörpern auf die Stangen aufgezogen sind und in einer festen, seitlichen Stellung daran angeordnet sind, jedoch frei daran drehbar sind, und dass eine Antriebsvorrichtung vorgesehen ist, um die Hülse zu drehen, und dass die mechanische Bearbeitungsvorrichtung innerhalb der Einrichtung derart angeordnet ist, dass die Kollektorfläche über die Achse bewegt werden kann, und dass die Hülse innerhalb der Strecke der Schlagkörper angeordnet ist, wenn sich die Hülse dreht.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Stellung der Schlagkörper an den Stangen durch Abstandhalter bestimmt ist, welche auf die Stangen aufgezogen sind, und dass die Stellung der Schlagkörper an den betreffenden Stangen versetzt ist; wobei die Kanten der Schlagkörper, welche gegen die Oberfläche der Ablagerung schlägt, eine leicht gebogene Oberfläche aufweist, und mit abgerundeten Kanten versehen ist, so dass ein bootförmiger Eindruck entsteht, wenn ein Schlagkörper gegen die Ablagerung schlägt.