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Plattieren von Aluminium mit Uran Das Einkleiden von Uran mit Aluminium
ist an sich bekannt. Uran neigt jedoch unter den Gebrauchsbedingungen dazu, sich
mit der äußeren Aluminiumhülle zu legieren oder durch diese hindurchzudiffundieren.
Dies kann zu einer Verunreinigung der unmittelbaren Umgebung durch das Uran führen,
welches nach außen durch das Aluminium hindurchdiffundieren kann.
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Die Erfindung bezweckt die Hemmung bzw. Verhinderung der Bildung von
Legierungszonen zwischen Uran und Aluminium und die Schaffung der Möglichkeit, Aluminium
sicher an Uran zu binden bzw. Uran mit Aluminium zu überziehen, wobei die Gefahr
einer Diffusion des Urans nach außen praktisch ausgeschaltet ist.
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Gemäß der Erfindung wird zum Plattieren von Aluminium mit Uran das
Verfahren zum Plattieren von Aluminium mit anderen Metallen unter Druck und bei
Temperaturen unterhalb der Schmelzpunkte der Plattierungswerkstoffe und unter Verwendung
einer Nickel-Zwischenschicht angewendet, wobei der Verbundkörper auf eine Temperatur
zwischen 535 und 625° C, vorzugsweise 550° C, erhitzt und unter einem Druck von
1732 bis 3937 kg/cm=, vorzugsweise 2362 kg/cm!, während einer Zeitdauer von etwa
6 Minuten, vorzugsweise in einer Schutzgasatmosphäre, zusammengepreßt wird.
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Die Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, daß die Anwendung des
bekannten Verfahrens zum Schweißen im festen Zustand für das Plattieren von Uran
mit Aluminium unter Zwischenschaltung einer dünnen Nickelschicht zu besonderen Vorteilen
führt. Bei Anwendung der Erfindung verhindert die dünne Zwischenschicht aus Nickel
eine Diffusion des Urans durch das Aluminium und schafft außerdem eine verbesserte
Bindung zwischen Uran und Aluminium.
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Ferner ist bereits ein Verfahren zum Verbinden von Aluminium und Nickel
durch Schweißen im festen Zustand, d. h. Vereinigen der Metalle bei Temperaturen
unterhalb der Schmelzpunkte dieser Metalle unter Druck beschrieben und die Bindung
von Aluminium auf Nickel im festen Zustand in Abhängigkeit von der Temperatur, dem
Druck und der Druckeinwirkungszeit untersucht worden. Dieses Verfahren gab jedoch
keinen Hinweis auf die Lösung des Problems der Bindung zwischen Aluminium und Uran
bzw. dessen Plattierung mit Aluminium.
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Bei der Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann im allgemeinen
die folgende Arbeitsweise bei der Plattierung von Aluminium mit Uran befolgt werden.
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Es erfolgt vorzugsweise zunächst eine derartige Oberflächenvorbereitung,
daß die Oberflächen in den zu verbindenden Bereichen genau übereinstimmen. Hieran
schließt sich zweckmäßig eine Entfettungsbehandlung, z. B. mit Aceton oder Trichloräthylen,
und eine Reduzierung etwa vorhandener Oxyde auf den Metalloberflächen an.
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Die vorbereiteten Metallstücke werden dann in die gewünschte Lage
zum Erhitzen und Zusammenpressen gebracht. Es kann eine inerte Atmosphäre oder ein
Vakuum zur Anwendung gelangen, um das Metall während des Erhitzungsvorgangs zu schützen.
Für die Erhitzung kann irgendeine geeignete Art, wie Induktions- oder Leitungserhitzung,
angewendet werden, um die zu vereinigenden Oberflächen auf die gewünschte Temperatur
zu bringen. Es ist lediglich erforderlich, die zu verwendenden Oberflächen auf die
gewünschte Temperatur zu bringen. Wenn z. B. die Enden von Stangen verbunden werden
sollen, braucht nicht die ganze Stangenlänge auf die gleiche Temperatur erhitzt
zu werden.
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Nachdem die Stücke die gewünschte Temperatur erreicht haben, werden
sie unter einem Druck und während einer Zeit innerhalb der angegebenen Bereiche
zusammengefügt, welche für den jeweiligen Fall sich als besonders geeignet erwiesen
haben.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nachstehend an Hand eines Beispieles
näher erläutert. Beispiel Muster oder Stücke von Uran und Aluminium wurden zum Verbinden
gemäß der Erfindung, wie folgt, vorbereitet:
Das Uran wurde auf
seinen ebenen Oberflächen mit einem mit Siliciumcarbid überzogenen Papier abgerieben,
um saubere glatte Oberflächen zu erzeugen.
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Das Aluminium wurde chemisch gereinigt, und zwar durch Entfetten in-
Aceton, Abwaschen mit destilliertem Wasser, Eintauchen während 3 Minuten in 5o/oige
NaOH bei 70 bis 80° C, erneutes Abwaschen mit destilliertem Wasser, Eintauchen während
2 Minuten in 50°/oige HN03 Lösung bei Raumtemperatur, nochmaliges Abwaschen in destilliertem
Wasser und Trocknen in einem Strom von Druckluft.
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Stücke von Uran und Aluminium wurden sodann zum Verbinden unter Zwischenschaltung
einer dünnen Schicht von Nickel zu einem Schichtkörper zusammengesetzt und in eine
Weichaluminiumhülse eingeschoben.
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Der Metallschichtkörper und die Hülse wurden in einer mit einer kolloidalen
Suspension von Graphit geschmierten Werkzeugstahlmatrize, die aus demselben Material
hergestellt war, angeordnet. Die Hülse verhinderte, daß das Schmiermittel zwischen
die zu vereinigenden Oberflächen gelangte. Die Matrizenanordnung wurde dann in einen
zylindrischen Heizofen gebracht, dessen Temperatur durch einen Transformator geregelt
wurde.
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Die Matrize und der Ofen wurden ihrerseits in der Mitte eines wassergekühlten,
aus rostfreiem Stahl bestehenden, evakuierbaren Gefäßes angeordnet. Auf diesem Gefäß
wurde mittels Bolzen ein Deckel befestigt, der in der Mitte einen Abschluß mit einem
Preßstempel enthielt, welcher durch den Deckel hindurchging und sich mit der mittig
angeordneten Matrize in Ausrichtung befand.
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Nach dem Verschließen wurde das Gefäß mit Hilfe einer Vorpumpe und
einer Diffusionspumpe evakuiert. Nachdem der Druck auf 5 bis 15 [, Quecksilber herabgesetzt
worden war, wurde der Ofen aufgeheizt, wobei der Druck infolge des Gasaustritts
vorübergehend anstieg, um sich dann wieder auf den ursprünglichen Wert einzustellen.
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Nachdem auf diese Weise die gewünschten Temperatur- und Vakuumbedingungen
hergestellt worden waren, wurde an die Muster während einer vorbestimmten Zeit Druck
angelegt. Schließlich wurde der Druck aufgehoben, der Heizstrom abgeschaltet und
die Anordnung abkühlen gelassen. Nach Abkühlen wurde die Matrize aus dem Gefäß herausgenommen,
und die Aluminiumhülse wurde entfernt.
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Die plattierten Körper wurden auf Bindefestigkeit und mikrophotographisch
untersucht. Brüche traten nur an der Trennfläche auf. Versuche zeigten, daß ein
Temperaturbereich unter dem Schmelzpunkt, zwischen 535 und 625° C, und Drücke in
dem Bereich von 1732 bis 3937 kg/cm2 die besten Bindungen ergaben, wenn eine optimale
Zeit unter Druck von 8 Minuten angewendet wurde. Die Bindungen, die bei einer Temperatur
unter 535° C gebildet wurden, hatten keine merkliche Zugfestigkeit. Eine Prüfung
von Mustern zeigte, daß sich eine größere Bindung bei einem besonderen Temperaturwert
ergab, wenn höhere Drücke angelegt wurden, und daß diese größere Bindung bei erhöhtem
Druck bei einer Anzahl von einzelnen Temperaturwerten erzielt werden konnte.
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Es ist ersichtlich, daß die Erfindung ein ungewöhnlich wirksames Verfahren
zur Vereinigung von Aluminium und Uran schafft.
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Die Erfindung macht es möglich, diese Metalle, die gewöhnlich nicht
zur Bildung von guten Bindungen zugänglich sind, miteinander zu verbinden. Obwohl
die Anwendung von Wärme und Druck während der gemäß dem Verfahren nach der Erfindung
vorgeschriebenen Zeit die Bildung von Zwischenmetallzonen zwischen Aluminium und
Uran erhöht, anstatt sie zu hemmen, kann eine einwandfreie Bindung erhalten werden,
wenn nach dem Verfahren gemäß der Erfindung eine dünne Schicht von Nickel zwischen
die beiden Metalle zwischengefügt wird. Ein bevorzugter Bereich für die Bildung
einer solchen Bindung ist ein Druck von etwa 2362 kg/cm2, eine Temperatur von 550
bis 575° C und eine Zeit unter Druck von 6 Minuten. ' Der gleiche Vorteil kann auch
bei dem Vereinigen von Metallegierungsstücken an Stelle von reinen Metallen, wie
sie vorstehend beschrieben wurde, erhalten werden, insbesondere mit Bezug auf Legierungen,
die einen hohen Gehalt an einem der Metalle haben, die erfindungsgemäß aneinandergebunden
werden.