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DE3886845T2 - Hochfeste, hitzebeständige Aluminiumlegierungen und Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus diesen Legierungen. - Google Patents

Hochfeste, hitzebeständige Aluminiumlegierungen und Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus diesen Legierungen.

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DE3886845T2
DE3886845T2 DE3886845T DE3886845T DE3886845T2 DE 3886845 T2 DE3886845 T2 DE 3886845T2 DE 3886845 T DE3886845 T DE 3886845T DE 3886845 T DE3886845 T DE 3886845T DE 3886845 T2 DE3886845 T2 DE 3886845T2
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alloys
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heat
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element selected
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DE3886845T
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Akihisa Kawauchi Sendai-Shi Miyagi Inoue
Tsuyoshi Sendai-Shi Miyagi Masumoto
Katsumasa Kurobe-Shi Toyama Odera
Masahiro Okaya-Shi Nagano Oguchi
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YKK Corp
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Yoshida Kogyo KK
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Publication date
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/08—Amorphous alloys with aluminium as the major constituent
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Aluminiumlegierungen mit einer gewünschten Kombination der Eigenschaften hohe Härte, hohe Festigkeit, hohe Abnutzungsbeständigkeit und einer herausragenden Wärmebeständigkeit und Verfahren zur Herstellung bearbeiteter Gegenstände aus derartigen Aluminiumlegierungen durch Extrudieren, Preßformen oder Wärmeumformen.
    • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Als herkömmliche Aluminiumlegierungen sind bereits verschiedene Arten von Legierungen auf Aluminiumgrundlage bekannt, wie etwa Al-Cu-, Al-Si-, Al-Ng-, Al-Cu-Si- und Al-Zn- Mg-Legierungen. Diese Aluminiumlegierungen wurden in großem Umfang bei einer Anzahl von Anwendungen benutzt, wie etwa als Bauteile für Flugzeuge, Autos und Schiffe; an Außenbereichen von Gebäuden, Fensterrahmen und Dächern und als Schiffsapparatmaterialien und Kernreaktormaterialien, je nach ihren Eigenschaften.
  • Im allgemeinen weisen die bislang bekannten Aluminiumlegierung eine geringe Härte und eine geringe Wärmebeständigkeit auf. In den letzten Jahren gab es Versuche, eine feine Struktur durch rasches Verfestigen von Aluminiumlegierungen zu erreichen und dadurch die mechanischen Eigenschaften, wie etwa die Festigkeit, und die chemischen Eigenschaften, wie etwa die Korrosionsbeständigkeit, der so erhaltenen Aluminiumlegierungen zu verbessern. Jedoch war keine der bislang bekannten rasch verfestigten Aluminiumlegierungen zufriedenstellend bezüglich dieser Eigenschaften, insbesondere bezüglich Festigkeit und Wärmebeständigkeit.
  • Dieses trifft auch für die EP-A-0 136 508 zu, in der Aluminiumlegierungen mit einer zu zumindest 70% mikroeutektischen, das heißt mikrokristallinen Mikrostruktur beschrieben sind, und auf die EP-A- 0 159 511, die Al-Fe-Legierungen betrifft, welche V als notwendigen Bestandteil aufweisen und ebenfalls eine mikrokristalline Struktur zeigen.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Angesichts des Vorbeschriebenen besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung neuer wärmebeständiger Aluminiumlegierungen mit einer guten Kombination der Eigenschaften hohe Härte, hohe Festigkeit und einer herausragenden Korrosionsbeständigkeit, die aufgrund ihrer guten Verarbeitbarkeit erfolgreich Behandlungen, wie etwa Extrudieren, Preßformen, Wärmeumformen oder einer hochgradigen Krümmung, unterzogen werden können.
  • Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Herstellen bearbeiteter Gegenstände aus den neuen, wärmebeständigen, vorstehend spezifizierten Aluminiumlegierungen, durch Extrudieren, Preßformen oder Wärmeumformen, ohne ihre Eigenschaften zu verschlechtern.
  • Es wurde herausgefunden, daß die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst werden kann durch eine hochfeste, wärmebeständige Aluminiumlegierung mit einer durch die allgemeine Formel:
  • AlaMbXd (I)
  • worin: M zumindest ein aus der aus Cu, Ni, Co und Fe bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist;
  • X zumindest ein aus der aus Nb, Ta, Hf und Y bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist; und
  • a, b und d in die folgenden Bereiche fallende Atomprozentangaben sind:
  • 45 ≤ a ≤ 90, 5 ≤ b ≤ 40 und 0 5 ≤ d ≤ 15,
  • repräsentierten Zusammensetzung, wobei die Aluminiumlegierung zumindest 50 Vol. -% einer amorphen Phase enthält, wie auch durch
  • eine hochfeste, wärmebeständige Aluminiumlegierung mit einer durch die allgemeine Formel:
  • AlaMbQcXe (II)
  • worin: M zumindest ein aus der aus Cu, Ni, Co und Fe bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist;
  • Q zumindest ein aus der aus Mn, Cr, Mo, W, Ti und Zr bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist;
  • X zumindest ein aus der aus Nb, Ta, Hf und Y bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist; und
  • a, b, c und e in die folgenden Bereiche fallende Atomprozentangaben sind:
  • 45 ≤ a ≤ 90, 5 ≤ b ≤ 40, 0 ≤ c ≤ 12 und 0,5 ≤ e ≤ 10,
  • repräsentierten Zusammensetzung, wobei die Aluminiumlegierung zumindest 50 Vol. -% einer amorphen Phase enthält.
  • Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die vorliegende Erfindung
  • ein Verfahren zum Herstellen eines bearbeiteten Gegenstandes aus einer hochfesten, wärmebeständigen Aluminiumlegierung durch Extrudieren, Preßformen oder Wärmeumformen bei Temperaturen innerhalb des Bereichs der Kristallisationstemperatur der Aluminiumlegierung ± 100ºC, wobei die Aluminiumlegierung eine durch die allgemeine Formel
  • AlaMbXd (I)
  • worin: M zumindest ein aus der aus Cu, Ni, Co und Fe bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist;
  • X zumindest ein aus der aus Nb, Ta, Hf und Y bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist; und
  • a, b und d in die folgenden Bereiche fallende Atomprozentangaben sind:
  • 45 ≤ a ≤ 90, 5 ≤ b ≤ 40 und 0,5 ≤ d ≤ 15,
  • repräsentierte Zusammensetzung aufweist, und die Aluminiumlegierung zumindest 50 Vol. -% einer amorphen Phase enthält, wie auch
  • ein Verfahren zum Herstellen eines bearbeiteten Gegenstandes aus einer hochfesten, wärmebeständigen Aluminiumlegierung durch Extrudieren, Preßformen oder Wärmeumformen bei Temperaturen innerhalb des Bereiches der Kristallisationstemperatur der Aluminiumlegierung ± 100ºC, wobei die Aluminiumlegierung eine durch die allgemeine Formel
  • AlaMbQcXe (II)
  • worin: M zumindest ein aus der aus Cu, Ni, Co und Fe bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist;
  • Q zumindest ein aus der aus Mn, Cr, Mo, W, Ti und Zr bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist;
  • X zumindest ein aus der aus Nb, Ta, Hf und Y bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist; und
  • a, b, c und e in die folgenden Bereiche fallende Atomprozentangaben sind:
  • 45 ≤ a ≤ 90, 5 ≤ b ≤ 40, 0 ≤ c ≤ 12 und 0,5 ≤ e ≤ 10,
  • repräsentierte Zusammensetzung aufweist und die Aluminiumlegierung zumindest 50 Vol. -% einer amorphen Phase enthält.
  • Die erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen sind äußerst nützlich als Material mit einer hohen Härte, als Material mit einer hohen Festigkeit, als Material mit einer hohen elektrischen Beständigkeit, als Material mit einer Abnutzungsbeständigkeit und als Lötmaterial.
  • Weil die vorstehend festgelegten Aluminiumlegierungen in der Umgebung ihrer Kristallisationstemperatur eine Superplastizität zeigen, können sie ferner einfach zu einer Masse verarbeitet werden, durch Extrusion, Pressformen oder Wärmeumformen bei Temperaturen im Bereich ihrer Kristallisationstemperatur ± 100ºC. Die auf diese Weise erhaltenen bearbeiteten Gegenstände können aufgrund ihrer hohen Härte und ihrer hohen Zugfestigkeit bei vielen praktischen Anwendungen als hochfeste, hoch wärmebeständige Materialien verwendet werden.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines zur Herstellung von Bändern aus den erfindungsgemäßen Legierungen mit Hilfe eines raschen Verfestigungsvorganges verwendeten Einwalzenschmelzapparates;
  • Fig. 2 ist eine die Beziehung zwischen der Vickers-Härte (Hv) und dem Gehalt des Elementes X (X = Ta, Hf, Nb oder Y) in den rasch verfestigten Bändern aus erfindungsgemäßen Al85-xNi&sub1;&sub0;Cu&sub5;Xx-Legierungen zeigende graphische Darstellung; und
  • Fig. 3 ist eine die Beziehung zwischen der Kristallisationstemperatur (Tx) und dem Gehalt des Elementes X (X= Ta, Hf, Nb oder Y) in den rasch verfestigten Bändern der erfindungsgemäßen Al85-xNi&sub1;&sub0;Cu&sub5;Xx-Legierungen zeigende graphische Darstellung.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen können durch rasches Verfestigen einer Schmelze der Legierung mit der vorstehend festgelegten Zusammensetzung mittels einer Flüssigkeitsabschrecktechnik erhalten werden. Die Flüssigkeitsabschrecktechnik ist ein Verfahren zum raschen Kühlen einer geschmolzenen Legierung und insbesondere eine Einwalzen-Schmelzspinntechnik, eine Doppelwalzen-Schmelzspinntechnik und eine Schmelzspinntechnik in rotierendem Wasser werden als wirksame Beispiele einer derartigen Technik erwähnt. Bei diesen Techniken kann eine Kühlrate von etwa 10- bis 106 K/s erhalten werden. Zur Herstellung von Bandmaterialien mit Hilfe der Einwalzen-Schmelzspinntechnik oder der Doppelwalzen-Schmelzspinntechnik wird eine geschmolzene Legierung aus der Öffnung einer Düse ausgestoßen auf eine Walze aus beispielsweise Kupfer oder Stahl mit einem Durchmesser von etwa 30 bis 3000 mm, die sich mit einer konstanten Geschwindigkeit von etwa 300 bis 10 000 U/Min dreht. Bei diesen Techniken können verschiedenartige Bandmaterialien mit einer Breite von etwa 1 bis 300 mm und einer Dicke von etwa 5 bis 500 um auf einfache Weise erhalten werden.
  • Alternativ wird zur Herstellung von Drahtmaterialien mit Hilfe der Schmelzspinntechnik in rotierendem Wasser ein Strahl einer geschmolzenen Legierung unter Anlegen eines Argongasdrucks von hinten durch eine Düse in eine Schicht aus einem flüssigen Kühlmittel mit einer Tiefe von etwa 1 bis 10 cm gerichtet, die unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft in einer sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 50 bis 500 U/Min drehenden Trommel gebildet wird. Auf diese Weise können feine Drahtmaterialien auf einfache Weise erhalten werden. Bei dieser Technik liegt der Winkel zwischen der aus der Düse ausgestoßenen geschmolzenen Legierung und der Oberfläche des flüssigen Kühlmittels vorzugsweise im Bereich von 60º bis 90º und das Verhältnis der Geschwindigkeit der ausgestoßenen geschmolzenen Legierung zur Geschwindigkeit des flüssigen Kühlmittels liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 0,7 bis 0,9.
  • Neben dem vorgenannten Verfahren kann die erfindungsgemäße Legierung auch mit Hilfe eines Bedampfungsverfahrens in der Form eines dünnen Films erhalten werden. Ferner kann rasch verfestigtes Pulver der erfindungsgemäßen Legierungszusammensetzung mit verschiedenen Atomisierverfahren erhalten werden, beispielsweise mit einem Hochdruck-Gasatomisierverfahren oder einem Sprühverfahren.
  • Ob die wie vorstehend beschrieben erhaltenen rasch verfestigten Legierungen amorph sind oder nicht kann durch Prüfen des Vorliegens des charakteristischen Halo-Musters einer amorphen Struktur unter Verwendung eines gewöhnlichen Röntgenbeugungsverfahrens erkannt werden. Die amorphe Struktur wird in eine kristalline Struktur umgewandelt durch Erwärmen auf eine bestimmte Temperatur (> < Kristallisationstemperatur" genannt) oder auf höhere Temperaturen.
  • Bei den durch die allgemeine Formel (I) dargestellten, erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen ist a auf den Bereich von 45 bis 90 at-% und b ist auf den Bereich von 5 bis 40 at-% beschränkt. Der Grund für derartige Einschränkungen besteht darin, daß wenn a und b außerhalb der jeweiligen Bereiche liegen die Bildung eines amorphen Gebiets in den resultierenden Legierungen schwierig ist und die gewünschten Legierungen mit zumindest 50 vol-% eines amorphen Gebiets mit Hilfe industriell anwendbarer, das vorgenannte Flüssigkeitsabschreckung verwendenden Kühltechniken nicht erhalten werden können. Der Grund, warum d auf den Bereich von 0,5 bis 15 at-% beschränkt ist, besteht darin, daß wenn die durch X (d. h., Nb, Ta, Hf und Y) dargestellten Elemente einzeln oder in einer Kombination von zwei oder mehreren davon innerhalb des festgelegten Bereichs zugegeben werden, eine auf bemerkenswerte Weise verbesserte Härte und Wärmebeständigkeit erreicht werden kann. Wenn d oberhalb von 15 at-% liegt, ist der Erhalt von Legierungen mit zumindest 50 vol-% einer amorphen Phase unmöglich.
  • Bei den durch die allgemeine Formel (II) dargestellten, erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen ist a auf den Bereich von 45 bis 90 at-% beschränkt und b ist auf den Bereich von 5 bis 40 at-% beschränkt. Der Grund für derartige Beschränkungen besteht darin, daß wenn a und b außerhalb der jeweiligen Bereiche liegen die Entwicklung eines amorphen Gebietes in den resultierenden Legierungen schwierig ist und die gewünschten Legierungen mit zumindest 50 vol-% aus einem amorphen Gebiet mit industriell anwendbaren, das vorgenannte Flüssigkeitsabschrecken verwendenden Kühltechniken nicht erhalten werden können. Der Grund, warum c und e auf den Bereich von nicht mehr als 12 at-% beziehungsweise auf den Bereich von 0,5 bis 10 at-% beschränkt sind, besteht darin, daß zumindest ein aus der aus Mn, Cr, Mo, W, Ti und Zr bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement Q und zumindest ein aus ein aus der Nb, Ta, Hf und Y bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement x kombiniert nachhaltig die Härte- und Wärmebeständigkeitseigenschaften der Legierungen davon verbessern.
  • Der Grund, warum die oberen Grenzen von c und e 12 at-% beziehungsweise 10 at % betragen, besteht darin, daß eine die jeweiligen oberen Grenzen überschreitende Zugabe von Q beziehungsweise X den Erhalt der zumindest 50 vol-% eines amorphen Gebietes enthaltenden Legierungen unmöglich macht.
  • Weil die erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen im Bereich ihrer Kristallisationstemperaturen (Kristallisationstemperatur ± 100ºC) eine Superplastizität zeigen können sie ferner ohne Schwierigkeit einer Extrusion, einer Preßformung und einer Wärmeumarbeitung unterzogen werden. Daher können die in Form eines Bandes, eines Drahtes, eines Blatts oder eines Pulvers erhaltenen, erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen erfolgreich durch Extrudieren, Pressen oder Wärmeumarbeiten im Temperaturbereich ihrer Kristallistationstemperatur ± 100ºC zu einer Masse verarbeitet werden. Weil die erfindungsgemäßen Legierungen ein hohes Maß an Zähigkeit aufweisen, können darüber hinaus einige von ihnen ohne Bruch um 1800 gebogen werden.
  • Wie vorstehend erläutert, weisen die erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen die vorgenannten zwei Arten von Zusammensetzungen auf, nämlich eine Zusammensetzung mit Zugabe des Elementes M (eines oder mehrere Elemente aus der aus Cu, Ni, Co und Fe bestehenden Gruppe) und des Elementes X (eines oder mehrere Elemente aus der aus Nb, Ta, Hf und Y bestehenden Gruppe) auf Aluminiumgrundlage, und eine Zusammensetzung auf Aluminiumgrundlage mit Zugabe des Elementes M, des Elementes x und des Elementes Q (eines oder mehrere Elemente aus der aus Mn, Cr, Mo, W, Ti und Zr bestehenden Gruppe). Die Wirkung des Elementes M bei den Legierungen besteht in einer Verbesserung der Fähigkeit zur Bildung einer amorphen Struktur. Die Elemente Q und X liefern nicht nur bemerkenswerte Verbesserungen bei der Härte und Festigkeit ohne Verschlechterung der Fähigkeit zum Bilden einer amorphen Struktur, sondern erhöhen auch im bemerkenswerten Ausmaß die Kristallisationstemperatur, was eine deutlich verbesserte Wärmebeständigkeit zum Ergebnis hat.
  • Nachstehend werden vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben.
    • Beispiel 1
  • Eine geschmolzene Legierung 3 mit einer festgelegten Legierungszusammensetzung wurde mit Hilfe eines Hochfrequenzschmelzvorganges hergestellt und in ein Quarzrohr 1 mit einer einen Durchmesser von 0,5 mm aufweisenden kleinen Öffnung 5 an der Spitze davon gefüllt, wie in Fig. 1 dargestellt. Nach Erwärmen und Schmelzen der Legierung 3 wurde das Quarzrohr 1 genau über einer Kupferwalze 2 mit einem Durchmesser von 20 cm angeordnet. Dann wurde die in dem Quarzrohr 1 enthaltene, geschmolzene Legierung aus der kleinen Öffnung 5 des Quarzrohrs 1 unter Anlegen eines Argongasdruckes von 6,9 N (0,7 kg)/cm² ausgestoßen und in Berührung mit der Oberfläche der mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 5000 U/Min schnell rotierenden Walze 2 gebracht. Die geschmolzene Legierung 3 wird rasch verfestigt und ein Legierungsband 4 wurde erhalten.
  • Gemäß den vorstehend beschriebenen Verarbeitungsbedingungen wurden 51 unterschiedliche Arten von Legierungen mit den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen in Form eines Bandes mit einer Breite von 1 mm und einer Dicke von 20 um erhalten und einer Röntgenbeugungsanalyse unterzogen. Bei allen Legierungen wurden für ein amorphes Metall kennzeichnende Halo-Muster bestätigt.
  • Ferner wurde für jede Probe der Legierungsbänder die Härte (Hv), der elektrische Widerstand (&rho;) und die Kristallisationstemperatur (Tx) gemessen und die in Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse wurden erhalten. Die Härte (Hv) wird mit Werten (DPN) bezeichnet, welche unter Verwendung eines Vickers-Mikrohärte-Prüfgeräts unter einer Last von 25 g gemessen wurden. Der elektrische Widerstand (&rho;) wird mit Werten (u&Omega;*cm) bezeichnet, welche unter Verwendung einer herkömmlichen Vierpoltechnik gemessen wurden. Die Kristallisationstemperatur (Tx) ist die Temperatur, in der die erste exotherme Spitze auf der differentiell abgetasteten kalorimetrischen Kurve, die für jede Probe mit einer Heizgeschwindigkeit von 40 K/Min aufgenommen wurde, beginnt. In der Spalte "Struktur" stellt der Buchstabe "a" eine amorphe Struktur dar und der Buchstabe "c" stellt eine kristalline Struktur dar und Indizes des Buchstaben "c" zeigen Volumenprozentangaben an "c". Tabelle 1 Nr. Zusammensetzung Struktur Tabelle 1 (Fortsetzung) Nr. Zusammensetzung Struktur
  • Wie in Tabelle 1 dargestellt weisen die erfindungsgemäßen Aluminiumlegierungen eine äußerst hohe Härte in der Größenordnung von etwa 450 bis 1050 DPN auf, verglichen mit der Härte herkömmlicher Legierungen auf Aluminiumgrundlage in der Größenordnung von 50 bis 100 DPN. Ferner, bezüglich des elektrischen Widerstandes, weisen herkömmliche Aluminiumlegierungen einen Widerstand in der Größenordnung von 100 bis 300 u&Omega;*cm auf, während die erfindungsgemäßen, amorphen Aluminiumlegierungen einen hohen Widerstandswert von zumindest etwa 400 u&Omega;*cm aufweisen. Ein weiterer überraschender Effekt besteht darin, daß die erfindungsgemäßen Legierungen auf Aluminiumgrundlage sehr hohe Kristallisationstemperaturen Tx von mindestens 600 K aufweisen und eine in hohem Maß verbesserte Wärmebeständigkeit zeigen.
  • Die in Tabelle 1 angegebene Legierung Nr. 12 wurde weiterhin bezüglich ihrer Festigkeit untersucht unter Verwendung einer Zugprüfmaschine vom Instron-Typ. Die Zugfestigkeit betrug etwa 932 N (95 kg)/mm² und die Formänderungsfestigkeit betrug etwa 785 N (80 kg)/mm². Diese Werte übersteigen die maximale Zugfestigkeit (etwa 441,5 N (45 kg)/mm²) und die maximale Formänderungsfestigkeit (etwa 392,5 N (40 kg)/mm²) herkömmlicher alterungsgehärteter Al-Si-Fe-Aluminiumlegierungen um das 2,1-fache.
    • Beispiel 2
  • Vorlegierungen Al&sub7;&sub0;Fe&sub2;&sub0;Hf&sub1;&sub0; und Al&sub7;&sub0;Ni&sub2;&sub0;Hf&sub1;&sub0; wurden jeweils in einem Vakuum-Hochfrequenzschmelzofen geschmolzen und mit Hilfe eines Hochdruck-Gasatomisierverfahrens in die Form eines amorphen Pulvers gebracht. Das für jede Legierung so erhaltene Pulver wurde bei einer Temperatur von 100 bis 550ºC für eine Dauer von 30 Minuten und unter einem Druck von 940 MPa zur Schaffung eines zylindrischen Materials mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Höhe von 5 mm gesintert. Jedes zylindrische Material wurde bei einer Temperatur von 400ºC in der Nähe der Kristallisationstemperatur der jeweiligen Legierung für eine Dauer von 30 Minuten heißgepreßt. Die resultierenden, heißgepreßten, gesinterten Körper hatten eine Dichte von etwa 95% der theoretischen Dichte, eine Härte von etwa 850 DPN und einen elektrischen Widerstand von 500 u&Omega;*cm. Weiterhin überstieg die Abnutzungsbeständigkeit der heißgepreßten Körper diejenige herkömmlicher Aluminiumlegierungen näherungsweise um das 100-fache.
    • Beispiel 3
  • Legierungsbänder mit einer Breite von 3 mm und einer Dicke von 25 um wurden aus Al85-xNi&sub1;&sub0;Cu&sub5;Xx-Legierungen innerhalb des erfindungsgemäßen Zusammensetzungsbereichs mit dem gleichen raschen Verfestigungsvorgang, wie in Beispiel 1 beschrieben, erhalten. Härte und Kristallisationstemperatur wurde für jede Probe der rasch verfestigten Bänder gemessen. Als Element X der Al85-xNi&sub1;&sub0;Cu&sub5;Xx-Legierungen wurde Ta, Hf, Nb oder Y gewählt. Die Ergebnisse der Messungen wurden für die Gehalte des Elementes X in den Fig. 2 und 3 zusammengefaßt.
  • Die Al&sub8;&sub5;Ni&sub1;&sub0;Cu&sub5;-Legierung hatte eine hauptsächlich aus einer kristallinen Phase gebildete Struktur. Wie aus den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ergebnissen deutlich wird, werden, während die Härte nur etwa 460 DPN und die Kristallisationstemperatur nur etwa 410 K beträgt, diese Werte durch Zugabe von Ta, Hf, Nb oder Y zur Legierung auf bemerkenswerte Weise erhöht und dadurch kann eine hohe Härte und Wärmebeständigkeit erhalten werden. Insbesondere Ta und Hf zeigen eine auffällige Wirkung auf diese Eigenschaften.
    • Beispiel 4
  • Erfindungsgemäße Legierungsbänder aus Al&sub7;&sub0;Cu&sub2;&sub0;Zr&sub8;Hf&sub2;, Al&sub7;&sub5;Cu&sub2;&sub0;Hf&sub5;, Al&sub7;&sub5;Ni&sub2;&sub0;Ta&sub5;-Legierungen wurden auf Al&sub2;O&sub3; angeordnet und zur Prüfung der Benetzbarkeit mit Al&sub2;O&sub3; in einem Vakuumofen auf 650ºC erhitzt. Die Legierungen schmolzen alle und zeigten eine gute Benetzbarkeit. Unter Verwendung der vorgenannten Legierungen wurde eine Al&sub2;O&sub3;-Schicht zu einer Al- Schicht gebunden. Die beiden Schichten konnten fest miteinander verbunden werden und es wurde herausgefunden, daß die erfindungsgemäßen Legierungen auch als Lötmaterialien nützlich sind.
  • Wie vorstehend beschrieben sind die erfindungsgemäßen Legierungen sehr nützlich als Material mit einer hohen Härte, als Material mit einer hohen Festigkeit, als Material mit einer hohen elektrischen Beständigkeit, als Material mit einer hohen Abnutzungsbeständigkeit und als Lötmaterial. Weiterhin können die Aluminiumlegierungen aufgrund ihrer herausragenden Bearbeitbarkeit auf einfache Weise einer Extrusion, einem Pressen oder einem Wärmeumformen unterzogen werden, was hochfeste und hochwärmebeständige Massenmaterialien zum Ergebnis hat, die bei einer Anzahl von Anwendungen sehr nützlich sind.

Claims (4)

1. Hochfeste, wärmebeständige Aluminiumlegierung mit einer durch die allgemeine Formel:
AlaMbXd,
worin: M zumindest ein aus der aus Cu, Ni, Co und Fe bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist;
X zumindest ein aus der aus Nb, Ta, Hf und Y bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist; und
a, b und d in die folgenden Bereiche fallende Atomprozentangaben sind:
45 &le; a &le; 90, 5 &le; b &le; 40 und 0,5 &le; d &le; 15,
repräsentierten Zusammensetzung, wobei die Aluminiumlegierung zumindest 50 Vol.-% einer amorphen Phase enthält.
2. Hochfeste, wärmebeständige Aluminiumlegierung mit einer durch die allgemeine Formel:
AlaMbQcXe,
worin: M zumindest ein aus der auf Cu, Ni, Co und Fe bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist;
Q zumindest ein aus der aus Mn, Cr, Mo, W, Ti und Zr bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist;
X zumindest ein aus der aus Nb, Ta, Hf und Y bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist; und
a, b, c und e in die folgenden Bereiche fallende Atomprozentangaben sind:
45 &le; a &le; 90, 5 &le; b &le; 40, 0 < c &le; 12 und 0,5 &le; e 10,
repräsentierten Zusammensetzung, wobei die Aluminiumlegierung zumindest 50 Vol. -% einer amorphen Phase enthält.
3. Verfahren zum Herstellen eines bearbeiteten Gegenstandes aus einer hochfesten, wärmebeständigen Aluminiumlegierung durch Extrudieren, Preßformen oder Wärmeumformen bei Temperaturen innerhalb des Bereichs der Kristallisationstemperatur der Aluminiumlegierung ± 100ºC, wobei die Aluminiumlegierung eine durch die allgemeine Formel
AlaMbXd,
worin: M zumindest ein aus der aus Cu, Ni, Co und Fe bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist;
X zumindest ein aus der aus Nb, Ta, Hf und Y bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist; und
a, b und d in die folgenden Bereiche fallende Atomprozentangaben sind:
45 &le; a &le; 90,5 &le; b &le; 40 und 0,5 &le; d &le; 15,
repräsentierte Zusammensetzung aufweist, und die Aluminiumlegierung zumindest 50 Vol. -% einer amorphen Phase enthält.
4. Verfahren zum Herstellen eines bearbeiteten Gegenstandes aus einer hochfesten, wärmebeständigen Aluminiumlegierung durch Extrudieren, Preßformen oder Wärmeumformen bei Temperaturen innerhalb des Bereichs der Kristallisationstemperatur der Aluminiumlegierung ± 100ºC, wobei die Aluminiumlegierung eine durch die allgemeine Formel
AlaMbQcXe,
worin: M zumindest ein aus der aus Cu, Ni, Co und Fe bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist;
Q zumindest ein aus der aus Mn, Cr, Mo, W, Ti und Zr bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist;
X zumindest ein aus der aus Nb, Ta, Hf und Y bestehenden Gruppe ausgewähltes Metallelement ist; und
a, b, c und e in die folgenden Bereiche fallende Atomprozentangaben sind:
45 &le; a &le; 90, 5 &le; b &le; 40,0 < c &le; 12 und 0.5 &le; e &le; 10,
repräsentierte Zusammensetzung aufweist und die Aluminiumlegierung zumindest 50 Vol. -% einer amorphen Phase enthält.
DE3886845T 1987-08-12 1988-07-26 Hochfeste, hitzebeständige Aluminiumlegierungen und Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus diesen Legierungen. Expired - Fee Related DE3886845T2 (de)

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