DE1121428B

DE1121428B - Process for joining sheets of aluminum or aluminum alloys with lead

Info

Publication number: DE1121428B
Application number: DEK35851A
Authority: DE
Inventors: Victor E Knapp; Neil F Ritchey
Original assignee: Knapp Mills Inc
Current assignee: Knapp Mills Inc
Priority date: 1957-09-30
Filing date: 1958-09-26
Publication date: 1962-01-04

Description

Verfahren zum Verbinden von Blechen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit Blei Die Erfindung betrifft die Verbindung von Aluminiumblechen mit Bleiblechen.Process for joining sheets made of aluminum or aluminum alloys with lead The invention relates to the connection of aluminum sheets with lead sheets.

Leichte, bleiplattierte Gegenstände werden von zunehmender Bedeutung für Strahlungsschutzzwecke. Bisher war jedoch kein zufriedenstellendes Verfahren bekannt, nach welchem man zwischen diesen beiden Metallen eine ausreichende metallurgische Verbindung erzielen konnte. Es wurde zwar bereits in der britischen Patentschrift 491175 die Verwendung einer Silberzwischenschicht vorgeschlagen, welche jedoch keine ausreichend feste Verbindung ergab.Lightweight, lead-plated objects are of increasing importance for radiation protection purposes. So far, however, no satisfactory method has been known by which one could achieve a sufficient metallurgical bond between these two metals. Although the use of a silver intermediate layer has already been proposed in British patent specification 491 175 , this did not result in a sufficiently strong bond.

Die Erfindung offenbart ein Verfahren zur Erzielung einer festen metallurgischen Verbindung zwischen Blei- und Aluminiumblechen, wobei das Blei und das Aluminium so fest miteinander verbunden sind, daß die Bleche oder Platten gebogen, gestanzt, geformt und anderweitig behandelt werden können, ohne daß sich die beiden Metalle voneinander trennen. Gemäß der Erfindung geht man so vor, daß auf das Aluminiumblech zunächst eine Nickel- und dann eine eutektische Zinn-Blei-Legierungsschicht, auf das Bleiblech ebenfalls eine eutektische Zinn-Blei-Legierungsschicht aufgebracht wird und beide Bleche mit den mindestens zum Teil geschmolzenen eutektischen Zinn-Blei-Schichten zusammengepreßt und unter Druck abgekühlt werden.The invention discloses a method for achieving a solid metallurgical Connection between lead and aluminum sheets, whereby the lead and the aluminum are so firmly connected that the sheets or plates are bent, punched, can be shaped and otherwise treated without the two metals separate from each other. According to the invention one proceeds so that on the aluminum sheet first a nickel and then a eutectic tin-lead alloy layer A eutectic tin-lead alloy layer is also applied to the lead sheet and both sheets with the at least partially melted eutectic tin-lead layers compressed and cooled under pressure.

Das Überziehen des Aluminiums mit dem Nickel kann auf bekannte Weise, z. B. durch galvanische Abscheidung oder auf chemischem Wege erfolgen. Ein bevorzugtes chemisches überzugsverfahren, das eine gute Verbindung zwischen dem Nickel und dem Aluminium ergibt, besteht in einer steuerbaren katalytischen Reduktion eines Nickelsalzes in einer wäßrigen Lösung. Die Aluminiumgegenstände werden in eine ein chemisches Reduktionsmittel, z. B. Natriumhypophosphit, und eine gepufferte Lösung eines Nickelsalzes, z. B. Nickelchlorid, enthaltende heiße Lösung eingetaucht. Geeignete Lösungen für eine solche chemische Plattierung von Nickel sind auch in den USA.-Patentschriften 2658841, 2658842, 2 694 017 und 2 694 019 beschrieben.The coating of the aluminum with the nickel can be carried out in a known manner, e.g. B. by electrodeposition or by chemical means. A preferred chemical plating process that will provide a good bond between the nickel and the aluminum is a controllable catalytic reduction of a nickel salt in an aqueous solution. The aluminum articles are placed in a chemical reducing agent, e.g. B. sodium hypophosphite, and a buffered solution of a nickel salt, e.g. B. nickel chloride, containing hot solution immersed. Suitable solutions for such chemical plating of nickel are also described in U.S. Patents 2,658,841, 2,658,842, 2,694,017 and 2,694,019 .

Die in diesen Patentschriften beschriebenen Vernickelungslösungen können nach den ausführlicher in den USA.-Patentschriften 2 658 839, 2 717 218, 762 723 und 2 766 138 beschriebenen Methoden aufgebracht werden. Die genannten Patentschriften beinhalten Verfahren zu Aufbringung von Nickel auf Aluminium- oder Aluminiumlegierungsoberflächen. Die bei diesen Verfahren gebildeten Überzüge bestehen nicht aus reinem Nickel, sondern können z. B. Phosphide enthalten. Die Anwesenheit dieser zusätzlichen Elemente in den Überzügen hat sich als ohne ungünstigen Einfluß auf das erfindungsgemäße Verfahren erwiesen, und im Falle der Phosphide ergibt deren Anwesenheit in den Nickelüberzügen sogar eine verbesserte Haftfestigkeit zwischen dem Blei und dem Aluminium. Die Gründe hierfür sind noch nicht klar.The nickel plating solutions described in these patents can be applied by the methods described more fully in U.S. Patents 2,658,839, 2,717,218, 762,723, and 2,766,138. The patents cited include methods of applying nickel to aluminum or aluminum alloy surfaces. The coatings formed in this process do not consist of pure nickel, but can, for. B. contain phosphides. The presence of these additional elements in the coatings has been found to have no adverse effect on the process of the invention and, in the case of the phosphides, their presence in the nickel coatings even results in an improved bond strength between the lead and the aluminum. The reasons for this are not yet clear.

Der Nickelüberzug ist zweckmäßig dicker als 0,0013 cm. Ein 0,0025 cm starker überzug hat eine befriedigende Verbindung ergeben.The nickel coating is suitably thicker than 0.0013 cm. A 0.0025 cm thick coating gave a satisfactory connection.

Nach der Vernickelung des Aluminiums wird das Nickel mit einer etwa eutektischen Zinn-Blei-Legierung verzinnt. Eine bevorzugte Verzinnungslegierung enthält etwa 41% Blei und 59% Zinn und besitzt einen Schmelzpunkt von etwa 180° C. Die Legierung wird geschmolzen, so daß man die vernickelte Oberfläche hineintauchen kann. Die Zinn-Blei-Legierung kann jedoch auch auf beliebige andere Weise auf die vernickelte Aluminiumoberfläche aufgebracht werden. Das Aluminium wird zweckmäßig vor der Verzinnung mit einem der üblichen Flußmittel für Zinn-Aluminium-Verbindungen behandelt. Die mit dem Aluminium zu verbindende Oberfläche des Bleis wird zur Entfernung von Bleioxyd durch Abschaben oder anderweitig gereinigt und ebenfalls verzinnt. Da das Blei zur Erzielung der Verbindung mit dem Aluminium erhitzt werden muß, geschieht dies zweckmäßig vor seiner Verzinnung. Die Verbindungstemperaturen liegen etwas über dem Schmelzpunkt von 180° C der zur Verzinnung sowohl des Bleis als auch des Aluminiums verwendeten eutektischen Zinn-Blei-Legierung. Das Blei wird daher etwa 50 bis 70° C über diesen Schmelzpunkt erhitzt, vorzugsweise mit einem Sauerstoff-Wasserstoff-Handgebläse, und dann verzinnt.After the aluminum has been nickel-plated, the nickel is coated with an approx Tin-plated eutectic tin-lead alloy. A preferred tinning alloy contains about 41% lead and 59% tin and has a melting point of about 180 ° C. The alloy is melted so that the nickel-plated surface is dipped into it can. However, the tin-lead alloy can be used in any other way on the nickel-plated aluminum surface can be applied. The aluminum becomes useful before tinning with one of the usual fluxes for tin-aluminum compounds treated. The surface of the lead to be bonded to the aluminum is cleaned and cleaned to remove lead oxide by scraping or otherwise also tinned. Because the lead is heated to achieve a connection with the aluminum must be done, this is expediently done before it is tinned. The connection temperatures are slightly above the melting point of 180 ° C for the tinning of both the lead and aluminum, the eutectic tin-lead alloy used. The lead will therefore heated to about 50 to 70 ° C above this melting point, preferably with a Oxygen-hydrogen hand blower, and then tinned.

Die Aluminium- und Bleibleche oder -platten werden in einer geeigneten Presse unter Druck miteinander verbunden. Zweckmäßig werden auch die Preßplatten, zwischen denen das Blei und das Aluminium zusammengepreßt werden, auf die Verbindungstemperatur erhitzt, so daß diese während der erforderlichen Preßdauer aufrechterhalten bleibt. Die Preßplatten werden somit vor Einbringen des Bleis und Aluminiums auf etwa 205° C erhitzt.The aluminum and lead sheets or plates are in a suitable Press connected together under pressure. The press plates are also useful, between which the lead and aluminum are pressed together to the joint temperature heated so that this is maintained during the required pressing time. The press plates are thus to about 205 ° before the lead and aluminum are introduced C heated.

Nach der Verzinnung des Bleis wird dieses gegebenenfalls erneut auf etwa 205° C erhitzt, und die nickelüberzogene und verzinnte Seite des Aluminiums wird gegen die verzinnte Bleioberfläche gelegt. Das Aluminium und das Blei werden dann zwischen den Preßplatten zusammengepreßt. Der Druck muß zur Gewährleistung eines engen Kontakts der beiden verzinnten Oberflächen ausreichen. Ein Druck von etwa 1 kgicm2 hat sich als ausreichend erwiesen. Der Druck wird bis zur sicheren Erzielung der Verbindung aufrechterhalten. Bei Anwendung des bevorzugten Preßdrucks von 1 kgicm2 empfiehlt sich eine Preßdauer von 2 Minuten. Nach Ablauf dieser Zeit werden das Blei und das Aluminium noch unter Druck bis zur Erstarrung der Zwischenfläche abgekühlt. Dies kann durch Aufsprühen von Wasser bewirkt werden. Danach wird die Presse zur Entnahme der miteinander verbundenen Metalle geöffnet.After the lead has been tinned, it is re-applied if necessary heated about 205 ° C, and the nickel-plated and tin-plated side of the aluminum is placed against the tinned lead surface. The aluminum and the lead become then pressed together between the press plates. The pressure must be assured close contact between the two tinned surfaces is sufficient. Impression of about 1 kgicm2 has proven to be sufficient. The pressure is up to the safe Maintaining the connection. Using the preferred pressure of 1 kgicm2, a pressing time of 2 minutes is recommended. After this time has elapsed the lead and aluminum are still under pressure until the interface solidifies cooled down. This can be done by spraying water. After that, the Press opened to remove the interconnected metals.

Wenn ein vergütetes oder anderweitig zur Erzielung einer größeren Festigkeit behandeltes Aluminium mit Blei verbunden werden soll, muß die Erhitzung des Aluminiums während der Verbindung in Grenzen gehalten werden, so daß keine Überalterung des wärmebehandelten Aluminiums eintritt. Es ist bekannt, daß bei der Wärmebehandlung von vergütbaren Aluminiumlegierungen ein Punkt erreicht wird, an welchem die Festigkeit der Aluminiumlegierungen abzunehmen beginnt. Dieser Vorgang ist als überalterung bekannt. Die Gesamtdauer des Verbindungsvorgangs soll daher für Aluminiumlegierungen unterhalb dieses überalterungsbereichs gehalten werden. Das Aluminium oder die Aluminiumlegierung wird zweimal bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren auf eine Temperatur von etwa 205° C erhitzt. Die erste Erhitzung erfolgt in dem Verzinnungsbad und die zweite Erhitzung während der Verbindung mit dem Blei in der Presse. Die Gesamterhitzungsdauer für beide Vorgänge soll unterhalb des überalterungsbereichs gehalten werden. Wenn das Aluminium 1 Minute in das Verzinnungsbad getaucht wird und der Druck 2 Minuten zur Anwendung kommt, ergibt sich eine Gesamterhitzungsdauer von 3 Minuten.If a remunerated or otherwise to achieve a greater If strength-treated aluminum is to be bonded with lead, heating must take place of aluminum can be kept within limits during the connection so that there is no overaging of the heat-treated aluminum. It is known that in the heat treatment of heat treatable aluminum alloys a point is reached at which the strength of aluminum alloys begins to decrease. This process is called obsolescence known. The total duration of the joining process is therefore intended for aluminum alloys be kept below this aging range. The aluminum or aluminum alloy is twice in the process described above to a temperature of heated to about 205 ° C. The first heating takes place in the tinning bath and the second Heating during contact with the lead in the press. The total heating time Both processes should be kept below the aging range. if the aluminum is immersed in the tinning bath for 1 minute and the pressure for 2 minutes is used, the total heating time is 3 minutes.

Die nachstehende Tabelle gibt Auszüge aus regulären überalterungstabellen wieder. Wie man sieht, sind die 3 Minuten ausreichend, um für jede der angegebenen Aluminiumlegierungen eine Überalterung zu vermeiden. Die Gesamterhitzungszeit für jede der nachstehend angegebenen Aluminiumlegierungen soll nicht überschritten werden. Tempe- Maximale Zeit Aluminiumlegierung ratur bis zur ° C überalterung Cu 4,5%, Mn 0,601/o, Mg 1,500/0, Rest A1 372 15 Sekunden d 315 30 Sekunden 260 31Vfmuten Cu 0,25%, Si 0,60%, 205 10 Minuten Mg 1,00%, Cr 0,25 %, 150 20 Stunden Rest Al 372 15 Sekunden Cu 1,60%, Mn 0,20%, 321 30 Sekunden Mg 2,50%, Zn 5,60%, 260 2 Minuten Cr 0,30%, Rest A1 205 5 Minuten 150 30 Minuten Die Erfindung schafft somit ein verbessertes Verfahren zur metallurgischen Verbindung von Bleiblechen oder -platten mit Aluminium- oder Aluminiumlegierungsblechen oder -platten. Man erhält gemäß der Erfindung ein verbessertes, bleiüberzogenes Aluminium mit einer äußerst festen Verbindung zwischen dem Aluminium und dem Blei. Die fertigen verbundenen Bleche können dann ohne Beschädigung der Verbindung weiterverarbeitet werden; z: B. gestanzt, verformt usw. Das Verfahren ist verhältnismäßig einfach und sehr zuverlässig, so daß es sich zur Durchführung im großtechnischen Maßstab für die Herstellung bleiplattierter Aluminiumprodukte eignet, für welche ein steigendes Bedürfnis besteht. Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäß erhaltene, mit Blei überzogene Aluminium in vielen Fällen eine größere Zugfestigkeit besitzt, als sie aus der Summe der Festigkeiten von Blei und Aluminium zu erwarten wäre.The table below shows excerpts from regular aging tables. As you can see, the 3 minutes are sufficient to avoid overaging for each of the specified aluminum alloys. The total heating time for any of the aluminum alloys listed below should not be exceeded. Tempe- Maximum time Aluminum alloy rature up to ° C aging Cu 4.5%, Mn 0.601 / o, Mg 1.500 / 0, balance A1 372 15 seconds d 315 30 seconds 260 31Vfmuten Cu 0.25%, Si 0.60%, 205 10 minutes Mg 1.00%, Cr 0.25%, 150 20 hours Remainder Al 372 15 seconds Cu 1.60%, Mn 0.20%, 321 30 seconds Mg 2.50%, Zn 5.60%, 260 2 minutes Cr 0.30%, remainder A1 205 5 minutes 150 30 minutes The invention thus provides an improved method for the metallurgical joining of lead sheets or plates with aluminum or aluminum alloy sheets or plates. According to the invention, an improved, lead-coated aluminum is obtained with an extremely strong bond between the aluminum and the lead. The finished connected sheets can then be processed further without damaging the connection; z: punched example, deformed, etc. The method is relatively simple and very reliable, so that it is suitable for carrying out on a large industrial scale for the manufacture bleiplattierter aluminum products, for which there is an increasing need. It has been found that the lead-coated aluminum obtained according to the invention in many cases has a greater tensile strength than would be expected from the sum of the strengths of lead and aluminum.

Claims

CLAIMS: 1. A method of joining sheets of aluminum or aluminum alloys with lead sheets by applying an intermediate layer on the aluminum sheet, characterized in that to the aluminum sheet, first a nickel and then a eutectic tin-lead alloy layer of the lead sheet also a eutectic Tin-lead alloy layer is applied and both sheets are pressed together with the at least partially melted eutectic tin-lead layers and cooled under pressure.

2. The method according to claim 1, characterized in that the nickel layer on the aluminum sheet in a thickness at least 0.0013 cm.

3. The method according to claim 1, characterized in that the eutectic tin-lead alloy layer on the lead sheet is heated to about 205 ° C before it is combined with the aluminum sheet.

4. The method according to claim 1, characterized in that the sheets about 2 minutes be compressed under a pressure of about 1 kg / cm2.

5. Procedure according to claim 1, characterized in that the nickel layer is chemically is applied in a bath containing a reducing agent and a nickel salt.

6. The method according to claim 5, characterized in that nickel chloride is used as the nickel salt and sodium hypophosphite is used as the reducing agent. References considered: British Patent No. 491 175.