DE3883087T2

DE3883087T2 - Aluminiumverbundlegierungen.

Info

Publication number: DE3883087T2
Application number: DE88305050T
Authority: DE
Inventors: Richard Michael Jordan; John White; Treve Courtney Willis
Original assignee: Alcan International Ltd Canada
Current assignee: Rio Tinto Alcan International Ltd
Priority date: 1987-06-09
Filing date: 1988-06-03
Publication date: 1993-12-02
Anticipated expiration: 2008-06-04
Also published as: EP0295008B1; GB8713449D0; NO882531D0; BR8802874A; ES2045117T3; NO882531L; KR890000683A; ZA884051B; AU1754088A; CN1030259A; ATE92970T1; US4973522A; JPS63317653A; AU611444B2; DE3883087D1; EP0295008A1

Description

Diese Erfindung betrifft Aluminiumlegierungsmaterialien, die eine hohe Festigkeit und Steife aufweisen, kombiniert mit einer beträchtlichen Duktilität. Die Materialien sind Verbundmaterialien, die auf Aluminium-Lithium- Legierungen mit Verstärkung basieren, und werden durch Sprühgiessen hergestellt.
Beträchtliche Anstrengungen wurden unternommen, die der Entwicklung von Legierungen auf Aluminiumgrundlage mit hoher Steife gewidmet waren, die hauptsächlich auf Anwendungen in der Luftfahrt abzielten. Ein Weg zu solchen Materialien konzentrierte sich auf die Entwicklung von herkömmlichen Kokillengusstechniken zur Herstellung von Aluminiumlegierungen, die bis zu 3 % Gew. Lithium enthalten. Diese Legierungen erreichen Verbesserungen im Modul von etwa 10 (bis auf etwa 80 GPa) mit einer Abnahme der Dichte von ebenfalls etwa 10 (auf etwa 2540 kg/cm³) . Es ist wohlbekannt, dass Al-Li- Legierungen den Nachteil schlechter Duktilität haben. In der Tat begrenzen Sprödigkeitsprobleme die Menge an Lithium, die in Aluminiumlegierungen, die durch Kokillenmetallurgie hergestellt werden, eingebracht werden kann, auf effektiv etwa 3 %. Alternative Produktionsrouten, beispielsweise durch Pulvermetallurgie, haben relativ wenig Aufmerksamkeit aufgrund der zusätzlich damit verbundenen Verarbeitungskosten erhalten.
Ein zweiter Zugang zur Entwicklung von Werkstoffen mit verbesserten Verhältnissen von Festigkeit/Steife zu Gewicht war der der Metallmatrix- Verbundstoffe. Diese Werkstoffgruppe bietet das Potential für viel grössere Erhöhungen des Moduls (mehr als 150 GPa) im Vergleich zu Al-Li-Legierungen. Die Entwicklung dieser Werkstoffe konzentrierte sich primär auf die Herstellung von verstärkten Legierungen, die entweder Whisker oder Fasern enthalten. Diese erforderten komplexe Verarbeitungsrouten, und dies resultierte in der Kombination mit teuren Ausgangsmaterialien darin, dass wesentliche Kostenopfer gebracht werden mussten, jedoch bei beeindruckenden Verbesserungen im Modul. Die Verwendung von Verstärkungen mit einem hohen Längenverhältnis führt auch zu einer beträchtlichen Anisotropie. In neuerer Zeit richtet sich die Aufmerksamkeit auf besondere verstärkte Metallmatrix- Verbundstoffe, welche, obwohl sie relativ bescheidene Verbesserungen im Modul hervorbrachten, isotrop sind. Dieser Typ von Metallmatrix-Verbundstoffen wurde auf einer Reihe von Wegen hergestellt, wobei der am häufigsten berichtete der des Pulvermischens war. Es ist wohlbekannt, dass die Einfügung von Verstärkungen in Aluminiumlegierungen nicht nur den Modul erhöht, sondern auch die Duktilität herabsetzt. Man kann schätzen, dass der Einbau van 10 Vol.% aus Partikeln bestehenden Verstärkungsmaterialien typischerweise die Duktilität einer Aluminiumlegierung auf etwa 25 % ihres vorherigen Werts herabsetzt. Metallmatrix-Verbundstoffe haben daher im allgemeinen eine niedrige Duktilität und werden nicht in Anwendungsbereichen verwendet, bei denen Duktilität wichtig ist.
Beispielsweise stellte D. Webster (Met. Trans., 13A, S.1511, 1982) Metallmatrix-Verbundstoffe auf der Basis von Al-Li-Legierungen, die mit SiC- Whiskers verstärkt waren, durch Pulvermetallurgietechniken her. Doch es wurde berichtet, dass alle, ausser einem, brüchig waren und versagten, bevor die Zugformänderungsfestigkeit von 0,2 erreicht wurde; die einzige Ausnahme (Duktilität nicht angegeben) basierte auf einer binären Al-Li-Legierung mit niedriger Festigkeit.
EP-A-45 622 betrifft dispersionsverstärkte mechanisch legierte Aluminium-Lithium-Legierungen. Die Dispersoide sind von Submikrometergrösse und werden in situ gebildet.
Von Bradsky G. et al (Journal of Materials Science, 22 (1987) 1469- 1476) beschrieben die Herstellung von schnell verfestigten Pulvern von unter 10 µm Grösse aus einer Al-Li-Legierung durch Gaszerstäubung.
Ein Verfahren zur Herstellung van Metallabscheidungen (z.B. aus Aluminium) durch Sprühguss ist in einer Reihe van Patenten beschrieben, wovon GB-1 379 261 und 1 472 939 Vertreter sind. Die Technik umfasst die Schritte der Zerstäubung eines Stroms aus geschmolzenem Metall unter Bildung eines Sprays aus heissen Metallpartikeln, indem der geschmolzene Metallstrom auf eine hohe Geschwindigkeit gebracht wird, ein relativ kaltes Gas aus den Strahl gerichtet wird, und indem das Partikelspray auf einen Former gerichtet wird, um darauf die gewünschte Abscheidung zu bilden, wobei die Temperatur und Fliessgeschwindigkeit des Gases so bestimmt werden, dass eine kritische und kontrollierte Hitzemenge den zerstäubten Metallpartikeln sowohl während des Flugs wie auch bei der Abscheidung entzogen wird, wodurch die Verfestigung der Anscheidung nicht von der Temperatur und/oder den thermischen Eigenschaften des Formers abhängig ist. Die geschmolzenen Metalltröpfchen haben einen durchschnittlichen Durchmesser von mehr als 10 µ- m, typischerweise 50 bis 200 µm. Dadurch werden Abscheidungen erhalten, welche im wesentlichen nicht-einzelteilchenhaft in ihrer Natur sind, frei von Segregation sind, über 95 % dicht sind und eine im wesentlichen gleichförmig verteilte, geschlossene innere Porenstruktur besitzen.
Die Verwendung der Sprühgusstechnik zur Herstellung von Metallmatrix- Verbundwerkstoffen ist in den britischen Patentbeschreibungen 2 172 825 und 2 172 827 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung beruht auf verschiedenen überraschenden Entdeckungen. Erstens können bekannte Sprühgusstechniken bei Al-Li-Legierungen verwendet werden; man fand, dass die Herstellung des Werkstoffs überraschend einfach ist, und die Legierung resultiert nicht einer Verstopfung der Sprühdüse, wie man hätte erwarten können. Zweitens steigert die Einfügung von Verstärkungen in den Sprühgusswerkstoff nicht nur die Steife, sondern lässt auch eine Abscheidung entstehen, die mechanisch be- und verarbeitet werden kann, so dass sie eine beachtliche und überraschende Duktilität hat. (Typischerweise kann die Einfügung von 10 Vol.% partikelförmiger Verstärkungsmaterialien ein Produkt zur Verfügung stellen, das eine Duktilität hat, die mindestens halb so gross ist wie die der Legierung ohne das Verstärkungsmaterial.) Drittens ist es überraschend, dass Blöcke, die durch Sprühabscheidung hergestellt wurden, keine Anzeichen von Rissbildung aufgrund von Restbeanspruchungen zeigen, da eine solche Rissbildung ein Hauptproblem bei Al-Li-Blöcken ist, welche nach herkömmlichen Verfahren gegossen werden (Journal de Physique, Colloq. C3, Supplement Nr. 9, Band 48, September 1987, Paper von P.E. Bretz auf Seite 26. Siehe auch GB-1 605 035, das darauf hinweist, dass herkömmliche Sprühgussverfahren Restzugbeanspruchungen in den letzten abgeschiedenen Schichten des Metalls entstehen lassen, welche dazu tendieren, eine Rissbildung der Ablagerung oder Verwerfung des Substrats zu verursachen)
Die vorliegende Erfindung stellt einen Metallmatrix-Verbundstoff zur Verfügung, der durch Sprühguss hergestellt wird, umfassend eine Matrix aus einer Legierung, bestehend aus Aluminium und Lithium, worin der Lithiumgehalt 10 Gew.% nicht übersteigt, und wobei die Legierung wahlweise aus einem oder mehreren folgenden Bestandteilen besteht:
Kupfer bis zu 5,0 %
Magnesium bis zu 10,0 %
Zirkonium bis zu 0,20%
Eisen bis zu 0,5 %
Silicium bis zu 0,5 %
Zink bis zu 5,0 %
Titan bis zu 0,5 %
Mangan bis zu 0,5 %
Chrom bis zu 0,5 %
andere jeweils bis zu 0,5 %
andere insgesamt bis zu 1,0 %
wobei dieser Verbundwerkstoff weiterhin 1 bis 50 Vol.% eines Verstärkungsmaterials umfasst und die folgenden Eigenschaften in einem extrudierten und ausgehärteten Zustand hat:
0,2 % Zugdehnfestigkeit (proof strength) mindestens 400 MPa
Zugfestigkeit mindestens 440 MPa
Dehnung mindestens 2,0 %
Elastizitätsmodul mindestens 85 GPa
Dichte Maximum 2750 kg/m³
Die Erfindung deckt Verbundstoffe im Zustand, "wie gegossen", ab, welche in einem gewissen Ausmass porös sein können, und deckt ebenfalls alle Produktformen, die daraus hergestellt werden, ab, einschliesslich Schmiedestücken, fliessgepressten Stücken, Giessstücken, gewalzten Produkten (Feinbleche und Platten) und Rohre. Die oben angegebenen Eigenschaften treffen auf das Material im extrudierten und gehärteten Zustand zu. Es wird verständlich sein, dass die Erfindung auch Produkte abdeckt, welche nicht notwendigerweise diese Eigenschaften haben, doch bei welchen diese Eigenschaften durch Extrusion und Härtung erzeugt werden können.
Der Metallmatrix-Verbundstoff kann 1 bis 50 Vol.%, typischerweise 5 bis 30 Vol. % und vorzugsweise 10 bis 15 Vol.% keramisches Verstärkungsmaterial umfassen. Wenn der Verstärkungsmaterialgehalt zu niedrig ist, könnte der Verbundstoff nicht den geforderten Elastizitätsmodul haben. Wenn der Verstärkungsmaterialgehalt zu hoch ist, könnte der Verbundstoff nicht die geforderte Duktilität haben.
Das Verstärkungsmaterial liegt vorzugsweise in Partikelform mit einem Längenverhältnis von nicht mehr als 5:1 vor. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser kann im Bereich von 1 bis 100 µm, typischerweise 5 bis 40 µ- m, vorzugsweise 5 bis 15 µm sein. Alternativ dazu kann das Verstärkungsmaterial in der Form von kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Fasern oder Whiskern oder Krampen mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser, von vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 500 µm, gewöhnlich von 1 bis 50 µm, vorliegen. Verstärkungsmaterialien in Partikelform werden aber bevorzugt, da Partikel wesentlich billiger sind als die anderen Formen, und isotrope Verbundstoffe mit ausgezeichneten Eigenschaften entstehen lassen können.
Das Verstärkungsmaterial wird so gewählt, dass es einen höheren Modul hat als die Legierung, in welche es eingebracht wird. Es kann typischerweise ein Carbid, Oxid, Borid oder Nitrid von hohem Modul sein, wie beispielsweise Siliciumcarbid, Aluminiumoxid oder Borcarbid. Solche keramischen Verstärkungsmaterialien für Metallmatrix-Verbundstoffe sind im Stand der Technik wohlbekannt.
Die Metallmatrix enthält Li in einer Konzentration von bis zu 10 %, typischerweise von 1,0 bis 3,0 Gew.%. Obwohl Li die Festigkeit der Legierung erhöht, ist seine Hauptfunktion die Dichteverringerung. Genügend Li muss in Anbetracht der anderen Legierungsbestandteile und des keramischen Verstärkungsstoffs vorhanden sein, um die Dichte des (vollständig kompakten) Verbundstoffs unter 2750 kg/m³ zu halten. Wenn hohe Li-Gehalte verwendet werden, kann Sorgfalt bei der Formulierung des Verbundstoffs angebracht sein, um die gewünschte Duktilität zu erzielen.
Die Metallmatrix kann andere Bestandteile, wie sie in Al-Li-Legierungen herkömmlich sind, wie folgt enthalten (in Gew.%):
Kupfer bis zu 5,0, vorzugsweise 1,0 bis 2,2 %
Magnesium bis zu 10,0, vorzugsweise 0,5 bis 1,3 %
Zirkonium bis zu 0,20, vorzugsweise 0,04 bis 0,16 %
Eisen bis zu 0,5 %
Silicium bis zu 0,5 %
Zink bis zu 5,0 %
Titan bis zu 0,5 %
Mangan bis zu 0,5 %
Chrom bis zu 0,5 %
andere jeweils bis zu 0,5 %
andere insgesamt bis zu 1,0
Die Einarbeitung von mindestens einem Metall aus Cu, Mg und Zr, vorzugsweise aller drei, ist wahrscheinlich notwendig, um die gewünschten Festigkeitseigenschaften zu erzielen.
Die Metallmatrix-Verbundstoffe dieser Erfindung können durch Sprühguss unter Verwendung der Technik der britischen Patentbeschreibungen 2 172 825 und 2 172 827 hergestellt werden. In allgemeinen Begriffen umfasst diese Technik die Schritte der Zerstäubung eines Stroms der geschmolzenen Al-Li- Legierung unter Bildung eines Sprays aus heissen Metallpartikeln, indem der Strom einem relativ kalten Gas, das auf den Strom gerichtet ist, ausgesetzt wird, auf den Strom oder das Spray feine feste Partikel des Verstärkungsmaterials appliziert werden und das Metall mit den darin aufgenommenen Feinpartikeln abgeschieden wird. In der Praxis kann der Verstärkungsstoff bei Raumtemperatur oder bei Temperaturen bis zur Oberhitze des versprühten Metall injiziert werden und kann zum geschmolzenen Metall an einer Reihe von Stellen zugeführt werden. Jedoch wird bevorzugt, den Verstärkungsstoff in der sogenannten "Zerstäubungszone" einzuführen, entweder direkt bevor oder unmittelbar nachdem das geschmolzene Metall anfängt, in ein Spray aufzubrechen. Das Zerstäubergas kann Argon oder Stickstoff sein, normalerweise bei Raumtemperatur, doch immer bei einer Temperatur von weniger als dem Schmelzpunkt der versprühten Al-Li-Legierung. Falls gewünscht, kann das Verstärkungsmaterial injiziert werden mit und getragen werden vom Zerstäubergas, oder getragen werden von einem separaten Gasstrom, oder durch Schwerkraft oder durch Vibration in die Zerstäubungszone eingeführt werden.
Der resultierende abgeschiedene Metallmatrix-Verbundstoff kann Standardtechniken der Metallformung unterworfen werden, wie spanender oder spanabhebender Formgebung, Schmieden, Extrudieren, Walzen und Giessen; und kann erhitzt und verarbeitet werden, wie es erforderlich ist, um gewünschte Eigenschaften zu entwickeln. Im extrudierten und gehärteten Zustand ist der Verbundstoff dadurch gekennzeichnet, dass er die folgenden Eigenschaften hat:
(a) 0,2 Zugdehnfestigkeit von mindestens 400 MPa, vorzugsweise mindestens 440 MPa, und eine schlussendliche Zugfestigkeit von mindestens 440 MPa, vorzugsweise mindestens 480 MPa. Diese Eigenschaften werden hauptsächlich durch Kontrolle der Konzentration von Li und anderen Legierungsbestandteilen der Metallmatrix auf eine in diesem Gebiet gut verstandene Weise erreicht.
(b) Ein Elastizitätsmodul von mindestens 85 GPa, vorzugsweise mindestens 93 GPa. Diese Eigenschaft wird hauptsächlich durch die Wahl der Art, Form und Konzentration des Verstärkungsmaterials auf eine in diesem Bereich wohlbekannte Weise erreicht.
(c) Eine Dichte von nicht mehr als 2750 kg/m³, vorzugsweise nicht mehr als 2700 kg/m³. Diese Eigenschaft wird durch Kontrolle des Lithiumgehalts der Legierung erreicht.
(d) Eine Längendehnung bei Bruch von mindestens 2,0 %, vorzugsweise mindestens 2,3 %. Diese Eigenschaft kommt überraschenderweise als Ergebnis der Sprühgusstecnnik zustande, welche zur Bildung des Verbundstoffs verwendet wird.

BEISPIEL 1

Die Sprühgussausrüstung wurde von Osprey Metals, Neath gekauft und in den Banbury Laboratories von Alcan International Limited weiterentwickelt. Die Ausrüstung umfasst eine Düse aus feuerfestem Oxid mit 4,5 mm innerem Durchmesser zum schwerkraftgetriebenen Durchlass eines Stroms von geschmolzenem Metall. Rund um die Düse befindet sich eine Primärgasdüse mit Öffnungen, um einen primären Supportgasstrom parallel zu und um den Metallstrom herum zu richten, so dass das geschmolzene Metall umhüllt und zusammengehalten wird. Um die Primärgasdüse herum befindet sich eine Sekundärgasdüse, welche mit Strahldüsen ausgestattet ist, die einen Gasstrom aus sekundärem Zerstäubergas auf den geschmolzenen Metallstrom richten. Der sekundäre Gasstrom trifft auf den geschmolzenen Metallstrom in einem Abstand (h) stromabwärts der Düse und zerstäubt ihn in ein Spray aus Metallpartikeln.
Der sekundäre Zerstäubergasstrom definiert einen Kegel der Höhe (h) und eines Radius, der gleich der Entfernung der Strahldüsen vom Metallstrom ist. Verstärkungsmaterialpartikel, die in einem Trägergas enthalten sind, werden in diesen Kegel durch ein Rohr eingeführt.
Das versprühte geschmolzene Metall hatte die folgende Zusammensetzung in Gew.%. Li: 2,3; Cu: 1,08; Mg: 0,50; Zr: 0,12; Fe: 0,08; Si: 0,04; Al: auf 100. Diese Zusammensetzung liegt am unteren Ende des spezifizierten Zusammensetzungsbereichs der Legierung 8090 im Aluminum Association Inc. Register. Der verwendete keramische Verstärkungsstoff war ein Siliciumcarbidstaub (F600, Grade 3 von Sika) mit einem mittleren Durchmesser von 13 um. Die Schmelzsprühtemperatur betrug 700 bis 705ºC. Das verwendete Zerstäubergas war Stickstoff mit einem Primärgasdruck von 0,3 MPa und einem Sekundärgasdruck von 0,6 MPa. Ein Sprühabscheideexperiment, das etwa 80 Sekunden dauerte, liess eine Abscheidung mit einem Gewicht von 8,3 kg entstehen.
Die Abscheidung wurde zu einem Extrusionsbarren von 80 mm Durchmesser und 228 mm Länge verarbeitet. Eine Homogenisierung wurde erzielt, indem der Barren langsam auf bis zu 540ºC erhitzt wurde und bei dieser Temperatur 24 Stunden gehalten wurde. Die Extrusion wurde in einem Extrusionsverhältnis von etwa 20:1 ausgeführt, was einen runden Stab von 18 mm Durchmesser ergab Der extrudierte Stab wurde in einem Luftofen 15 Minuten bei 535ºC lösungsgeglüht und abgeschreckt in kaltem Wasser. Vor der Alterung wurde der Stab 2 % gestreckt. Die Alterung wurde bei 150ºC 40 Stunden ausgeführt, eine Behandlung, welche näherungsweise Spitzeneigenschaften hervorrief.
In der Abscheidung, wie versprüht, war das Siliciumcarbid gleichförmig verteilt. Die frisch hergestellten Phasen waren gleichmässig über die Matrix verteilt und nicht signifikant mit der Grenzfläche zwischen Matrix und Siliciumcarbid verbunden. Die Phasenverteilung war im Vergleich zu herkömmlich vergossener 8090-Legierung beträchtlich verfeinert. Die Verfeinerung der Mikrostruktur wurde auch bei der feinen Korngrösse, wie frisch hergestellt, beobachtet, welche etwa 50 µm betrug.
Die Homogenisierungsbehandlung war erfolgreich, was in der Auflösung von anscheinend allen frisch hergestellten Phasen mit Ausnahme von Eisen, das intermetallische Verbindungen enthielt, resultierte. Der Gesamtvolumenbruch des Siliciumcarbids betrug 11,8 % des Verbundstoffs.
Im extrudierten Stab war das Siliciumcarbid gleichförmig verteilt. Das Extrusionsverfahren resultierte jedoch in der Ausrichtung der partikel in Extrusionsrichtung. Die im ursprünglichen Barren beobachtete Porosität schloss sich während der Extrusion. Eine zusätzliche Niederschlagsbildung welche während der Extrusion auftrat, wurde bei der Lösungsglühbehandlung schnell aufgelöst.
Man fand, dass der extrudierte Stab nach der Lösungsglühbehandlung, dem Abschrecken in kaltem Wasser, Dehnung und Alterung bei 150ºC während 40 Stunden die folgenden mechanischen Eigenschaften bei Teststücken mit einer 40 mm Testlänge hat:
0,2 % Zugdehnfestigkeit 486 MPa
Zugfestigkeit 529 MPa
Längendehnung 2,6 %
Elastizitätsmodul 100,1 GPa
Dichte 2620 kg/m³
Trotz der vorläufigen Natur des untersuchten Materials vergleichen sich die allgemeinen Eigenschaften des Verbundstoffs günstig gegenüber denen von herkömmlich vergossener und extrudierter (unverstärkter) 8090-Legierung. Der Hauptunterschied ist der signifikante Anstieg beim Elastizitätsmodul. Dieser entspricht einem Anstieg von mehr als 30 % im Modul im Vergleich zu herkömmlichen Aluminiumlegierungen und einem etwa 50 %-igen Anstieg im Steife-zu-Dichte-Verhältnis. Dies wurde erreicht ohne einen übermässigen Duktilitätsverlust. Eine Verstärkung von Al-Li-Legierungen unter Verwendung von Siliciumcarbidwhiskern und Aluminiumoxid führte zu Produkten mit hohen Elastizitätsmoduli, doch sehr schlechter Duktilität und Bruchzähigkeit.
Man darf erwarten, dass die Zugabe eines höheren Anteils von Siliciumcarbid (oder anderen Verstärkungsmaterialien) zur oben beschriebenen Al-Li- Legierung zu einer weiteren Verbesserung beim Elastizitätsmodul führen wird, jedoch auf Kosten einer gewissen Verringerung der Duktilität.

BEISPIEL 2

Weitere mechanische Eigenschaften wurden bei einem Extrudat, das auf eine ähnliche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt wurde, erhalten. Diese betreffen eine Erhöhung der Streckung vor der Alterung und deren Effekt auf die Eigenschaften. Ausmass der Streckung Dehnung (%) E-Modul (GPa)
Diese Eigenschaften zeigen eine Verbesserung der Festigkeit im Vergleich zu den Originaldaten ebenso wie höhere Duktilitäten.
Die Zusammensetzung der Legierung war:
2,43 Li
1,12 Cu
0,61 Mg
0,036 Ti
0,06 Fe
0,06 Si
Rest Al

BEISPIEL 3

Borcarbid, B&sub4;C, kann als potentiell besseres Verstärkungsmaterial im Vergleich zu SiC für Al-Li-Legierungen angesehen werden. Es wurde daher von vorneherein erwartet, dass die Einarbeitung von B&sub4;C anstelle von SiC in Al-Li-Legierungen zu ähnlichen Elastizitätsmoduli und mechanischen Eigenschaften führen würde, jedoch die Dichte des fertigen Verbundstoffs auf etwa 2520 kg/m³ als Resultat der niedrigeren Dichte des Verstärkungsmaterials (2500 kg/m³ für B&sub4;C im Vergleich zu 3200 kg/m³ für SiC) verringern würde.
B&sub4;C wurde in eine Al-Li-Legierung einer Zusammensetzung innerhalb der 8090-Spezifikation eingebracht. Das Verstärkungsmaterial, das von ESK in Deutschland gekauft wurde, bestand aus Partikeln der F600-Klasse und zeigte eine äquiaxialere Struktur im Vergleich zu den in den vorherigen Beispielen verwendeten SiC.
Das B&sub4;C wurde bei 190ºC 24 Stunden vor dem Einarbeiten getrocknet. Die verwendete Sprühtemperatur der Schmelze betrug 748ºC. Das Zerstäubungsgas war N&sub2; mit einem Primärdruck von 0,17 MPa und einem Sekundärdruck von 6,09 MPa. Die Abscheidung erforderte etwa 115 Sekunden Sprühzeit und wog 7,8 kg. Die ungefähren Ausmasse der Abscheidung waren 140 mm Durchmesser und 200 mm Länge. Der B&sub4;C-Gehalt betrug 6,7 Vol.%.

Claims

1. Metallmatrix-Verbundstoff, hergestellt durch Sprühgiessen, umfassend eine Matrix aus einer Legierung, die aus Aluminium und Lithium besteht, worin der Lithiumgehalt 10 Gew.% nicht übersteigt, und wobei die Legierung wahlweise besteht aus einem oder mehreren Elementen aus:

Kupfer bis zu 5,0 %

Magnesium bis zu 10,0 %

Zirkonium bis zu 0,20%

Eisen bis zu 0,5 %

Silicium bis zu 0,5

Zink bis zu 5,0 %

Titan bis zu 0,5 %

Mangan bis zu 0,5 %

Chrom bis zu 0,5 %

andere jeweils bis zu 0,5 %

andere insgesamt bis zu 1,0 %

wobei dieser Verbundstoff weiterhin 1 bis 50 Vol. % eines Verstärkungsmaterials umfasst und die folgenden Eigenschaften in einem extrudierten und gehärteten Zustand hat:

0,2 % Zugdehnfestigkeit mindestens 400 MPa

Zugfestigkeit mindestens 440 MPa

Längendehnung mindestens 2,0 %

Elastizitätsmodul mindestens 85 GPa

Dichte Maximum 2750 kg/m³

2. Verbundstoff gemäss Anspruch 1, der 5 bis 30 Vol.% Verstärkungsmaterial enthält.

3. Verbundstoff gemäss Anspruch 1 oder 2, worin das Verstärkungsmaterial in Form von Partikeln mit einem mittleren Durchmesser im Bereich von 5 bis 40 µm vorliegt.

4. Verbundstoff gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Verstärkungsmaterial Siliciumcarbid ist.

5. Verbundstoff gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Verstärkungsmaterial Borcarbid ist.

6. Verbundstoff gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Lithiumgehalt der Metallmatrix von 1 % bis 3 Gew.% beträgt.

7. Verbundstoff gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Legierungsmatrix einen oder mehrere Bestandteile enthält, ausgewählt aus Kupfer: von 1,0 bis 2,2 %; Magnesium: von 0,5 bis 1,3 % und Zirkonium: von 0,04 bis 0,16

8. Verfahren zur Herstellung des Metallmatrix-Verbundstoffs gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend die Schritte der Zerstäubung eines Stroms der geschmolzenen Al-Li-Legierung zur Bildung eines Sprays aus heissen Metallpartikeln, indem der Strom einem relativ kalten Gas, das auf den Strom gerichtet ist, ausgesetzt wird, dass man in den Strom oder das Spray feine feste Partikel aus dem Verstärkungsmaterial einbringt und dass man das Metall, in das diese feinen Partikel eingebracht wurden, abscheidet.