DE102014218595A1 - A method for at least partially removing a mixed oxide or oxide layer from a surface of a body comprising intermetallic aluminide and / or aluminum alloy - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum zumindest teilweisen Entfernen einer Mischoxid- bzw. Oxidschicht (20) von einer Oberfläche (30) eines, intermetallisches Aluminid und/oder eine Aluminiumlegierung umfassenden Körpers (40) und ein Werkstoffverbundbauteil. Das Werkstoffverbundbauteil ist dadurch gekennzeichnet, dass von der Oberfläche (20) des Körpers (40) eine Mischoxid- bzw. Oxidschicht (20) nach einem der erfindungsgemäßen Verfahren entfernt wurde. Ein Verfahren umfasst ein Verdampfen der Mischoxid- bzw. Oxidschicht (20) unter Verwendung eines pulsierten Laserstrahls (10). Das eine Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl (10) mit einer Pulsfrequenz von über 50 kHz gepulst ist. Das andere Verfahren umfasst ein Aufbringen einer zinnbasierten Schutzschicht auf die Oberfläche (30) und ein zumindest teilweises Entfernen der Mischoxid- bzw. Oxidschicht (20) durch Aufbrechen der Oxidschicht (20) mittels Ultraschall.The present invention relates to methods for at least partially removing a mixed oxide or oxide layer (20) from a surface (30) of a body (40) comprising intermetallic aluminide and / or an aluminum alloy and a composite material component. The composite material component is characterized in that a mixed oxide or oxide layer (20) has been removed from the surface (20) of the body (40) by one of the methods according to the invention. One method comprises evaporating the mixed oxide or oxide layer (20) using a pulsed laser beam (10). One method is characterized in that the laser beam (10) is pulsed at a pulse frequency of more than 50 kHz. The other method comprises applying a tin-based protective layer to the surface (30) and at least partially removing the mixed oxide or oxide layer (20) by breaking the oxide layer (20) by means of ultrasound.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum zumindest teilweisen Entfernen einer Mischoxid- bzw. Oxidschicht von einer Oberfläche eines intermetallischen Aluminid und/oder eine Aluminiumlegierung umfassenden Körpers zur stoffschlüssigen Anbindung eines geometrisch bestimmten Umgusses und ein Werkstoffverbundbauteil.The present invention relates to a method for the at least partial removal of a mixed oxide or oxide layer from a surface of an intermetallic aluminide and / or a body comprising aluminum alloy for the material connection of a geometrically determined encapsulation and a composite material component.
Aluminiumlegierungen sind Legierungen von Aluminium mit anderen Metallen, die auf Metallbindung basieren, beispielsweise AlCu-Legierungen. Eine Legierung beschreibt einen metallischen Werkstoff, der aus mindestens zwei Elementen besteht, die gemeinsam das metalltypische Merkmal des kristallinen Aufbaus mit Metallbindung aufweisen. Die Legierungselemente wirken stark auf die Eigenschaften des Metalls. Intermetallische Aluminide hingegen sind intermetallische Phasen (intermetallische Verbindungen) von Aluminium mit anderen Metallen. Intermetallische Aluminide weisen Gitterstrukturen, die sich von denen der konstituierenden Metalle unterscheiden und sich aus einer Mischbindung aus einem metallischen Bindungsanteil und Atombindungs- bzw. Ionenbindungsanteilen ergeben, die in Überstrukturen resultiert. Ein Beispiel eines intermetallischen Aluminids ist Eisenaluminid.Aluminum alloys are alloys of aluminum with other metals based on metal bonding, for example AlCu alloys. An alloy describes a metallic material consisting of at least two elements, which together have the metal-typical characteristic of the crystalline structure with metal bond. The alloying elements strongly affect the properties of the metal. Intermetallic aluminides, on the other hand, are intermetallic phases (intermetallic compounds) of aluminum with other metals. Intermetallic aluminides have lattice structures that are different from those of the constituent metals and result from a mixed bond of a metallic bond moiety and atomic bond fractions resulting in superstructures. An example of an intermetallic aluminide is iron aluminide.
Intermetallische Aluminide und Aluminiumlegierungen zeichnen sich durch hohe mechanische und/oder thermische Stabilität bei geringem Gewicht aus. Sie eigen sich daher zur Gewichtsreduzierung von mechanisch und/oder thermisch hochbelasteten Bauteilen. Beispiele solcher Bauteile sind Motoren und Motorenteile.Intermetallic aluminides and aluminum alloys are characterized by high mechanical and / or thermal stability with low weight. They are therefore suitable for reducing the weight of mechanically and / or thermally highly stressed components. Examples of such components are motors and engine parts.
Allerdings weisen beispielsweise AlCu-Legierungen schwache gießtechnologische Eigenschaften auf. Zudem sind AlCu-Legierungen vergleichsweise kostenintensiv. Eisen-Aluminide sind spröde und daher nicht einfach in der benötigten Form herstellbar.However, AlCu alloys, for example, have weak casting properties. In addition, AlCu alloys are relatively expensive. Iron aluminides are brittle and therefore not easy to produce in the required shape.
Eine Möglichkeit die gießtechnologischen Eigenschaften zu verbessern und die Kosten zu senken, ist lediglich die tatsächlich hochbeanspruchten Bauteilbereiche anforderungsgerecht durch einen oder mehrere intermetallische Aluminid oder Aluminiumlegierung umfassende Körper lokal zu verstärken und die übrigen Bauteilbereiche unter Verwendung von anderen Aluminiumlegierungen, beispielsweise einer Aluminium-Siliziumlegierung, zu fertigen. Das jeweilige Bauteil wird also als ein Werkstoffverbundbauteil mit mindestens einem intermetallisches Aluminid oder Aluminiumlegierung umfassenden Körper hergestellt, der zum Beispiel vollständig oder teilweise mit der anderen Aluminiumlegierung umgossen wird.One way to improve casting properties and reduce costs is to reinforce only the actual highly stressed component parts locally by one or more intermetallic aluminide or aluminum alloy components and to reinforce the remaining component parts using other aluminum alloys such as aluminum-silicon alloy finished. The respective component is thus produced as a composite material component with at least one intermetallic aluminide or aluminum alloy comprising body which is, for example, completely or partially encapsulated with the other aluminum alloy.
Damit der beziehungsweise die Körper ihre positiven Eigenschaften bezüglich mechanischer und/oder thermischer Stabilität im Werkstoffverbundbauteil als Ganzes in ökonomischer Weise entfalten können, ist eine stoffschlüssige Verbindung zwischen einer Oberfläche des Körpers, an der dieser mit der Aluminiumlegierung verbunden ist, und der anderen Aluminiumlegierung notwendig.So that the body or bodies can unfold their positive properties with regard to mechanical and / or thermal stability in the composite material component as a whole in an economical manner, a material connection between a surface of the body, where it is connected to the aluminum alloy, and the other aluminum alloy is necessary.
Die Bildung einer stoffschlüssigen Werkstoffverbindung zwischen der Oberfläche des intermetallischen Aluminidkörpers aus FeAl und der anderen Aluminiumlegierung wird jedoch durch eine Mischoxidschicht oder -haut aus Al2O3 und Fe2O3, die auf der Oberfläche des Eisenaluminidkörpers nach dessen Herstellung durch den Kontakt mit Sauerstoff, beispielsweise Luftsauerstoff, entsteht, beeinträchtigt bzw. unmöglich gemacht. Auf Eingussteilen aus Aluminiumlegierung, beispielsweise AlCu4Ti, für den Einguss in AlSi kann eine Oxidhaut noch während des Eingießens durch Spontanoxidation entstehen. Die Oxidhaut wächst dabei mit dem Temperaturanstieg.However, the formation of a material bond between the surface of the aluminide intermetallic body of FeAl and the other aluminum alloy is by a mixed oxide layer or skin of Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 , which on the surface of the Eisenaluminidkörpers after its production by contact with oxygen , For example, atmospheric oxygen, arises, impaired or made impossible. On aluminum alloy castings, such as AlCu 4 Ti, for the AlSi gate, an oxide skin may still be formed during pouring by spontaneous oxidation. The oxide skin grows with the temperature rise.
Eine Möglichkeit zur Umgehung der Bildung der Oxidschicht ist die Herstellung und durchgehende Wahrung des intermetallischen Aluminid oder Aluminiumlegierung umfassenden Körpers unter einer Schutzgasatmosphäre.One way to circumvent the formation of the oxide layer is to produce and maintain the intermetallic aluminide or aluminum alloy body under a protective gas atmosphere.
Aus
Die Offenlegungsschrift
Die Offenlegungsschrift
Ein in
Die Erfinder haben herausgefunden, dass eine Oxidschicht auf einer Oberfläche eines intermetallisches Aluminid und/oder Aluminiumlegierung umfassenden Körper unter Verwendung eines pulsierten Laserstrahls verdampft werden kann, wenn der Laserstrahl mit einer Pulsfrequenz von über 50 kHz gepulst ist. Weiterhin wurde von den Erfindern festgestellt, dass, ein zumindest teilweises Entfernen der Oxidschicht durch Aufbrechen mittels Ultraschall nach Aufbringen einer zinnbasierten Schutzschicht auf die Oberfläche erfolgen kann.The inventors have found that an oxide film on a surface of a body comprising intermetallic aluminide and / or aluminum alloy can be vaporized using a pulsed laser beam when the laser beam is pulsed at a pulse frequency of over 50 kHz. Furthermore, it has been found by the inventors that at least partial removal of the oxide layer may be accomplished by ultrasonic breakup after application of a tin-based protective layer to the surface.
Erfindungsgemäß werden daher zwei Verfahren zum zumindest teilweisen Entfernen einer Mischoxid- bzw. Oxidschicht von einer Oberfläche eines intermetallisches Aluminid oder Aluminiumlegierung umfassenden Körpers vorgeschlagen, wobei eines der Verfahren gemäß Anspruch 1 ist und das andere gemäß Anspruch 9 ist. Weiterhin wird ein Werkstoffverbundbauteil gemäß Anspruch 10 vorgeschlagen, wobei das Werkstoffverbundbauteil mindestens einen, intermetallisches Aluminid oder eine Aluminiumlegierung umfassenden Körper umfasst, der an einer Oberfläche mit einer anderen Aluminium-Legierung stoffschlüssig verbunden ist.According to the invention, therefore, two methods are proposed for at least partially removing a mixed oxide or oxide layer from a surface of a body comprising intermetallic aluminide or aluminum alloy, one being the method according to claim 1 and the other being according to claim 9. Furthermore, a composite material component is proposed according to
Das Werkstoffverbundbauteil ist dadurch gekennzeichnet, dass von der Oberfläche des Körpers eine Mischoxid- bzw. Oxidschicht nach einem der erfindungsgemäßen Verfahren entfernt wurde.The composite material component is characterized in that a mixed oxide or oxide layer has been removed from the surface of the body by one of the methods according to the invention.
Dabei umfasst das eine Verfahren ein Verdampfen der Mischoxid- bzw. Oxidschicht unter Verwendung eines pulsierten Laserstrahls. Das eine Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl mit einer Pulsfrequenz von über 50 kHz gepulst ist. Das andere Verfahren umfasst ein Aufbringen einer zinnbasierten Schutzschicht auf die Oberfläche und ein zumindest teilweises Entfernen der Oxidschicht durch Aufbrechen der Mischoxid- bzw. Oxidschicht mittels Ultraschall.In this case, the one method comprises evaporating the mixed oxide or oxide layer using a pulsed laser beam. One method is characterized in that the laser beam is pulsed at a pulse frequency of more than 50 kHz. The other method comprises applying a tin-based protective layer to the surface and at least partially removing the oxide layer by breaking the mixed oxide or oxide layer by means of ultrasound.
Beide Verfahren haben den Vorteil, dass sie reproduzierbare Ergebnisse bei vertretbarem ökonomischem Aufwand gewährleisten. Nach Ausführung eines der Verfahren ist der Körper zur stoffschlüssigen Anbindung eines geometrisch bestimmten Umgusses geeignet.Both methods have the advantage that they ensure reproducible results with reasonable economic effort. After execution of one of the methods, the body is suitable for material connection of a geometrically determined encapsulation.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des einen Verfahrens beträgt eine Leistungsintensität des Laserstrahls größer gleich 1 MW/cm2. Besonders bevorzugt wird eine Leistungsintensität größer gleich 2 MW/cm2. Insbesondere wird eine Leistungsintensität von 2,55 MW/cm3 verwendet. Die Pulsfrequenz kann insbesondere 80–120 kHz betragen, vorzugsweise 100 kHz.In an advantageous embodiment of the one method, a power intensity of the laser beam is greater than or equal to 1 MW / cm 2 . Particularly preferred is a power intensity greater than or equal to 2 MW / cm 2 . In particular, a power intensity of 2.55 MW / cm 3 is used. The pulse frequency may be in particular 80-120 kHz, preferably 100 kHz.
Mit diesen Parametern erfolgt die Mischoxid- bzw. Oxidreduzierung besonders effektiv.With these parameters, the Mischoxid- or oxide reduction is particularly effective.
Dabei kann eine Wellenlänge des Laserstrahls bei 1064 nm (1064 Nanometer) liegen. Dies ermöglicht die Verwendung eines handelsüblichen Nd-YAG-Lasers (Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Laser).In this case, a wavelength of the laser beam at 1064 nm (1064 nanometers) are. This allows the use of a commercially available Nd-YAG laser (neodymium-doped yttrium aluminum garnet laser).
Eine Brennweite des Laserstrahls kann 160 mm +/– 16 mm (160 Millimeter +/– 16 Millimeter) betragen, wobei ein Brennpunktdurchmesser 50 μm +/– 5 μm (50 Mikrometer +/– 5 Mikrometer) beträgt.A focal length of the laser beam may be 160mm +/- 16mm (160mm +/- 16mm) with a focal diameter of 50μm +/- 5μm (50μm +/- 5μm).
Dies optimiert Leistungsdichte und simultan bearbeitete Fläche.This optimizes power density and simultaneously machined area.
Der Körper kann insbesondere ein Eisen-Aluminid (Fe-Al) aufweisen oder daraus bestehen, welches vorzugsweise einen Aluminiumanteil von 40 atom-% (+/– 5 atom-% Al) und/oder eine B2-Kristallstruktur besitzt. Nach der Entfernung der Mischoxid- bzw. Oxidschicht mittels des Laserstrahls wird insbesondere im Fall eines Eisen-Aluminids vorzugsweise zumindest Kaliumfluoraluminat (K2AlF5) oder ein Kaliumfluoraluminat umfassendes Gemisch auf die Oberfläche aufgebracht.In particular, the body may comprise or consist of an iron aluminide (Fe-Al) which preferably has an aluminum content of 40 atomic% (+/- 5 atomic% Al) and / or a B2 crystal structure. After removal of the mixed oxide or oxide layer by means of the laser beam, in particular in the case of an iron aluminide, at least potassium fluoroaluminate (K 2 AlF 5 ) or a mixture comprising potassium fluoroaluminate is preferably applied to the surface.
Es wurde herausgefunden, dass durch eine anschließende Behandlung dieser durch die Laserreinigung passivierten Verbundfläche mit einer chemischen Emulsion, die zumindest K2AlF5 umfasst, diese Passivierungsschicht beziehungsweise die Fe2O3-Anteile der Mischoxidhaut soweit reduziert werden können, dass die beabsichtigten Diffusionsvorgänge reproduzierbar eingeleitet und somit eine stoffschlüssige Anbindung erzeugt werden kann.It has been found that by a subsequent treatment of this laser passivated passivated composite surface with a chemical emulsion comprising at least K 2 AlF 5 , this passivation layer or the Fe 2 O 3 content of the mixed oxide skin can be reduced to such an extent that the intended diffusion processes are reproducible initiated and thus a material connection can be generated.
Das Gemisch kann weiterhin Kaliumfluorid und/oder Aluminiumfluorid in einem Mischungsverhältnis zwischen 1,8:1 und 2,2:1 zu K2AlF5 umfassen. Insbesondere beträgt das Mischungsverhältnis 2:1.The mixture may further comprise potassium fluoride and / or aluminum fluoride in a mixing ratio between 1.8: 1 and 2.2: 1 to K 2 AlF 5 . In particular, the mixing ratio is 2: 1.
Der Körper kann vor der Entfernung der Mischoxid- bzw. Oxidschicht vorgewärmt werden. Dies ist für die Diffusionsvorgänge, die eine stoffschlüssige Anbindung bewirken, vorteilhaft.The body may be preheated prior to removal of the mixed oxide or oxide layer. This is for the diffusion processes that cause a material connection, advantageous.
Nach der Entfernung der Mischoxid- bzw. Oxidschicht kann der intermetallisches Aluminid oder Aluminiumlegierung umfassende Körper in einer Schutzgasatmosphäre verwahrt werden.After removal of the mixed oxide or oxide layer, the body comprising intermetallic aluminide or aluminum alloy can be stored in a protective gas atmosphere.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben und ergeben sich aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen, in denen die Erfindung anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert wird. Es zeigen:Further advantageous embodiments are described in the dependent claims and result from the following embodiments, in which the invention is explained with reference to the accompanying drawings. Show it:
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele der beiden erfindungsgemäßen Verfahren dienen dazu, Körper, die intermetallische Aluminide, also hochfeste intermetallische Phasen von Aluminium und anderen Metallen, zum Beispiel Eisenaluminide (Fe-Al), und/oder Aluminiumlegierungen, zum Beispiel des Systems AlCu, umfassen, für einen stoffschlüssigen Einguss in andere Aluminiumlegierungen, beispielsweise AlSi-Standardlegierungen, vorzubereiten. Die intermetallischen Aluminide bzw. Aluminiumlegierungen zeichnet nämlich besonders hohe mechanische und/oder thermische Festigkeit aus. Die relativ schwachen gießtechnologischen Eigenschaften von AlCu und hohen Anschaffungskosten widersprechen allerdings einem alleinigen Einsatz dieser Legierungen zur Herstellung mechanisch und/oder thermisch hochbelasteter Bauteile, wie etwa Motoren oder Motorenteile. FeAl hingegen ist preiswert und hochfest aber bei Raumtemperaturen spröde, so dass sich komplexe Strukturen mit diesem Werkstoff allein schwer darstellen lassen.The embodiments of the two methods according to the invention described below serve bodies comprising intermetallic aluminides, ie high-strength intermetallic phases of aluminum and other metals, for example iron aluminides (Fe-Al), and / or aluminum alloys, for example of the AlCu system to prepare a cohesive gate into other aluminum alloys, for example AlSi standard alloys. In fact, the intermetallic aluminides or aluminum alloys are distinguished by particularly high mechanical and / or thermal strength. However, the relatively weak casting technological properties of AlCu and high initial costs contradict the exclusive use of these alloys for the production of mechanically and / or thermally highly stressed components, such as engines or engine parts. FeAl, on the other hand, is inexpensive and high-strength but brittle at room temperatures, making it difficult to visualize complex structures with this material alone.
Durch stoffschlüssigen Einguss in andere Legierungen kann die Festigkeit von Körpern, die mindestens ein intermetallisches Aluminid und/oder mindestens eine Aluminiumlegierung umfassen oder daraus bestehen, dennoch für Bauteile mit komplexer Geometrie ökonomisch ausgenutzt werden. Diffusionsvorgänge, die während des Umgießens auftreten können, sofern der zu umgießende Körper Mischoxid-/Oxidschicht frei ist oder nur eine passivierende Oxidschicht aufweist, erlauben nämlich sowohl thermische und/oder mechanische Lasten über die Werkstoffgrenze hinweg in das Gussmaterial zu leiten. Dies zeichnet Umgießen gegenüber anderen Fügeprozessen wie beispielsweise Löten, Schweißen, Kleben, Verbundpressen, Sintern, Galvanisieren oder einfaches Zusammenmontieren aus. Voraussetzung für den stoffschlüssigen Verbund ist aber die Abwesenheit einer Mischoxid- bzw. Oxidschicht.By cohesive pouring into other alloys, the strength of bodies comprising or consisting of at least one intermetallic aluminide and / or at least one aluminum alloy can nevertheless be exploited economically for components of complex geometry. Diffusion processes that can occur during the overcasting, if the body to be cast mixed oxide / oxide layer is free or has only a passivating oxide layer, namely allow both thermal and / or mechanical loads over the material boundary away in the casting material to conduct. This distinguishes overmoulding from other joining processes such as soldering, welding, gluing, composite pressing, sintering, electroplating or simple assembly. However, the prerequisite for the cohesive bond is the absence of a mixed oxide or oxide layer.
Speziell die intermetallischen Eisenaluminide (Fe-Al) bieten hervorragende Voraussetzungen zur Optimierung aluminiumbasierter Gussbauteile, da sie über sehr hohe mechanische Festigkeitswerte verfügen, hochtemperaurbeständig sowie wärmeisolierend sind und in Abhängigkeit ihrer Zusammensetzung ein dem der anderen Aluminium-Legierungen annährend identisches Wärmeausdehnungsverhalten aufweisen. Zum Beispiel ist ein intermetallisches Eisenaluminid mit 40 at.% Al in seinem Wärmeausdehnungsverhalten AlSi10Mg sehr ähnlich.In particular, the intermetallic iron aluminides (Fe-Al) offer excellent conditions for optimizing aluminum-based cast components, since they have very high mechanical strength values, high-temperature resistant and heat-insulating and, depending on their composition, an approximately identical thermal expansion behavior to that of the other aluminum alloys. For example, an intermetallic iron aluminide with 40 at.% Al in its thermal expansion behavior is very similar to AlSi 10 Mg.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verfahren erlauben, Oxidschichten, die beispielsweise sowohl aus Al2O3-, als auch aus Fe2O3-Anteilen bestehen, zuverlässig zu reduzieren beziehungsweise vollständig zu entfernen, um die für den stoffschlüssigen Verbund im Guss notwendigen Diffusionsvorgänge zu ermöglichen.Allow the execution of the inventive methods described below, oxide layers, for example, both of Al 2 O 3 - exist, and Fe 2 O 3 -Anteilen to reliably reduce or completely remove the need for cohesive composite in the cast diffusion processes to enable.
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele der beiden erfindungsgemäßen Verfahren bereiten also Körper, die intermetallisches Aluminid und/oder Aluminiumlegierung aufweisen, soweit vor, dass eine reproduzierbare Erzeugung stoffschlüssiger Werkstoffanbindungen bei der geometrisch bestimmten Umgusserzeugung möglich wird.The embodiments of the two methods according to the invention described below thus prepare bodies comprising intermetallic aluminide and / or aluminum alloy in so far as that a reproducible production of integral material connections is possible in the case of the geometrically determined casting production.
Insbesondere ermöglichen die Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verfahren stark anhaftende Mischoxidschichten (Al2O3-/Fe2O3-Schichten) von Eisenaluminiden zu entfernen.In particular, the embodiments of the process according to the invention make it possible to remove strongly adhering mixed oxide layers (Al 2 O 3 / Fe 2 O 3 layers) from iron aluminides.
Eines der beiden beispielhaft beschriebenen Verfahren basiert auf einer Laserimpulsbehandlung. Dies ist eine schonende, präzise und sehr effiziente Oberflächenbearbeitung, wodurch eine gleichmäßige Entfernung großflächiger Mischoxid-/Oxidschichten erzielt werden kann. Beim Wiederkontakt der von Mischoxid bzw. Oxid befreiten Oberfläche mit dem Luftsauerstoff kann es zu einer sofortigen Spontanoxidation kommen, die als Passivierung bekannt ist. Die Schichtdicke der Passivierungsschicht ist jedoch im Vergleich zur ursprünglichen Oxidschicht um ein Vielfaches schwächer ausgeprägt.One of the two methods described by way of example is based on laser pulse treatment. This is a gentle, precise and very efficient surface treatment, whereby a uniform removal of large-scale mixed oxide / oxide layers can be achieved. Upon re-contact of the liberated from mixed oxide or oxide surface with the atmospheric oxygen, it can lead to an immediate spontaneous oxidation, which is known as passivation. However, the layer thickness of the passivation layer is much weaker compared to the original oxide layer.
Durch Schaffung einer inerten Schutzgasatmosphäre kann der Schutz vor Spontanoxidation jedoch herbeigeführt werden. Die Schutzgasatmosphäre kann zum Beispiel mittels Argon, insbesondere Argon 4.6, erzeugt werden. Beispielsweise wird die Gießform mit eingelegtem und von der Oxidschicht befreitem metallischem Aluminidkörper mit dem inerten Schutzgas geflutet, sodass eine Abschirmung des Luftsauerstoffes entsteht. Dies ist insbesondere für AlCu-Legierungen vorteilhaft.However, by providing an inert inert gas atmosphere, protection against spontaneous oxidation can be brought about. The protective gas atmosphere can be produced, for example, by means of argon, in particular argon 4.6. For example, the mold is flooded with inlaid and removed from the oxide layer metallic aluminide body with the inert protective gas, so that a shielding of the atmospheric oxygen is formed. This is particularly advantageous for AlCu alloys.
In einer optionalen Weiterentwicklung des einen Verfahrens kann im Anschluss an die Laserimpulsbehandlung ein Auftragen eines Kaliumfluoraluminats (K2AlF5) erfolgen. Das Auftragen kann beispielsweise durch Tauchen, Streichen und/oder Sprühen unmittelbar nach der Laserbehandlung erfolgen. Die Passivierungsschicht wird dabei soweit entfernt oder reduziert, dass ein zuverlässiger Stoffschluss zwischen FeAl-Einleger und AlSi-Umguss erzeugt werden kann. Das Gemisch kann weiterhin Kaliumfluorid und/oder Aluminiumfluorid in einem Mischverhältnis zwischen 1,8:1 und 2,2:1 zu K2AlF5 umfassen. Insbesondere kann das Mischverhältnis 2:1 betragen. Dies ist insbesondere für FeAl-Aluminide vorteilhaft.In an optional further development of the one method, application of a potassium fluoroaluminate (K 2 AlF 5 ) can take place after the laser pulse treatment. The application can be carried out, for example, by dipping, brushing and / or spraying immediately after the laser treatment. The passivation layer is removed or reduced to such an extent that a reliable bond between FeAl insert and AlSi encapsulation can be produced. The mixture can further comprising potassium fluoride and / or aluminum fluoride in a mixing ratio between 1.8: 1 and 2.2: 1 to K 2 AlF 5 . In particular, the mixing ratio can be 2: 1. This is particularly advantageous for FeAl aluminides.
Das Ausführungsbeispiel des anderen Verfahrens umfasst eine ultraschallunterstützte Oxidentfernung unter einer zinnbasierten Schutzschicht. Die zinnbasierte Schutzschicht wird dabei auf eine zu entfernende Oxidschicht aufgetragen. Nach Entfernen der Oxidschicht ist die gereinigte Oberfläche vor dem Luftsauerstoff abgeschirmt und zuverlässig vor einer Spontanoxidation geschützt, insbesondere während der Umgusserzeugung. Dies ist insbesondere für AlCu-Legierungen vorteilhaft.The embodiment of the other method comprises an ultrasonically assisted oxide removal under a tin-based protective layer. The tin-based protective layer is applied to an oxide layer to be removed. After removal of the oxide layer, the cleaned surface is shielded from the atmospheric oxygen and reliably protected against spontaneous oxidation, in particular during Umgusserzeugung. This is particularly advantageous for AlCu alloys.
Das Ausführungsbeispiel des einen Verfahrens zum zumindest teilweisen Entfernen einer Oxidschicht von einer Oberfläche eines Körpers, der intermetallisches Aluminid und/oder Aluminiumlegierung umfasst, ist beispielhaft in
Durch die Laserbehandlung wird die an der Oberfläche
In Abhängigkeit der Größe des Körpers
Die Laserbehandlung kann automatisiert erfolgen und eignet sich für alle Größen metallischer Aluminidkörper bzw. Aluminiumlegierungskörper.The laser treatment can be automated and is suitable for all sizes of metallic aluminide bodies or aluminum alloy bodies.
Die Laserbehandlung eignet sich, alle Arten intermetallischer Aluminidkörper bzw. intermetallischer Aluminiumlegierungskörper für die reproduzierbar stoffschlüssige Verbindung im Umguss vorzubereiten. Insbesondere hat sie sich für Aluminiumlegierungen mit Kupfers und Eisenaluminide als vorteilhaft erwiesen. Besonders vorteilhaft ist die Laserbehandlung für Fe-Al-Werkstoffe der kristallographischen B2-Struktur mit atomarem Verhältnis Fe zu Al 60:40, entsprechend 40 at.% Al.The laser treatment is suitable for preparing all types of intermetallic aluminide body or intermetallic aluminum alloy body for the reproducible cohesive connection in an encapsulation. In particular, it has proven advantageous for aluminum alloys with copper and iron aluminides. The laser treatment for Fe-Al materials of the crystallographic B2 structure with atomic ratio Fe to Al 60:40, corresponding to 40 at.% Al, is particularly advantageous.
Im in
Die Oberfläche
Durch die Zinnschicht
Dieses Ausführungsbeispiel des anderen erfindungsgemäßen Verfahrens entfaltet seine Vorteile speziell bei kleinen intermetallischen Aluminidkörpern bzw. Aluminiumlegierungskörpern, die ohne Vorwärmen umgossen werden können.This embodiment of the other method according to the invention develops its advantages, especially with small aluminide intermetallic bodies or aluminum alloy bodies, which can be cast around without preheating.
Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Oberflächen sind eben dargestellt, die Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht auf ebene Oberflächen beschränkt. Oxidschichten lassen sich mit den Verfahren der Ausführungsbeispiele auch von beliebigen Oberflächenformen entfernen, sofern die zu behandelnden Oberflächenabschnitte für den Laserstrahl oder den Ultraschall zugänglich sind.The surfaces shown in the embodiments are shown flat, but the embodiments are not limited to even surfaces. Oxide layers can also be removed from any surface shapes with the methods of the exemplary embodiments, provided that the surface sections to be treated are accessible to the laser beam or the ultrasound.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Laserstrahllaser beam
- 2020
- Oxidschichtoxide
- 3030
- Oberflächesurface
- 4040
- intermetallisches Aluminid und/oder Aluminiumlegierung umfassender Körperintermetallic aluminide and / or aluminum alloy comprising body
- 5050
- Passivierungsschichtpassivation
- 6060
- zinnbasierte Schutzschichttin-based protective layer
- 7070
- Schallkopftransducer
- 8080
- Bruchstückefragments
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 03/033778 A1 [0009] WO 03/033778 A1 [0009]
- DE 10218563 A1 [0010] DE 10218563 A1 [0010]
- DE 19935164 A1 [0011] DE 19935164 A1 [0011]
- DE 10201025061 A1 [0012] DE 10201025061 A1 [0012]
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- 2014-09-16 DE DE102014218595.5A patent/DE102014218595A1/en not_active Withdrawn
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