Kompozitný materiál s protikoróznou vrstvou a spôsob jeho výroby

Číslo patentu: E 16116

Dátum: 18.01.2008

Autori: Sicking Raimund, Mrotzek Manfred

Je ešte 2 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

0001 Vynález sa týka kompozitného materiálu, ktorý vykazuje nosný materiál, pričom je uvedený nosný materiál aspoň včiastkových plochách opatrený povlakom protikoróznej vrstvy zhliníkovej zliatiny. Ďalej sa vynález týka spôsobu výroby takého kompozitného materiálu a použitia takého kompozitného materiálu na komponenty výmenmĺcov tepla, ktoré slúžia k rozvádzaniu chladiva, najmä rúrky.0002 Kompozitné materiály vyššie uvedeného typu sú známe a používajú sa napríklad pre komponenty výmenmkov tepla pre lietadlá alebo motorové vozidlá, Tak je možné známym postupom opatriť nosné materiály z ľahko korodujúcej hliníkovej zliatiny povlakom zliatin,ktoré vykazujú aspoň jeden prvok, znižujúci korózny potenciál, napríklad zinok, cín alebo indium. Často sa tieto materiály vystavia tepelnej úprave pri teplotách nad 450 °C, výhodne 575 °C až 610 °C, napríklad pn letovaní výmenníkov tepla. Použitie zinku vo forme prvku,znižujúceho korózny potenciál, je však spojene sproblémom, že zinok môže plynule a obťažne kontrolovateľne difundovať z protikoróznej vrstvy do nosného materiálu. To vedie k tomu, že i nosný materiál stratí svoje inertné vlastnosti a stane sa náchylným ku korózii. Ďalej dochádza u protikoróznych vrstiev s obsahom zinkuhpôsobením koróznych médií k rýchlemu úberu materiálu, pretože nie je možné regulovať bku korózneho napadnutia a úber materiálu vplyvom koróznych médií. Protikorózna ochrana prostredníctvom zinku má preto relatívne krátku životnosť. Použitie cínu a/alebo india vo forme prvku, znižujúceho korózny potenciál, je naproti tomu problematické preto, že ich prítomnosť veľmi zhoršuje schopnost recyklácie zlíatin. Podiely zinku alebo india vhliníkových zliatinách sú totiž vhodné len pre malý počet použití. K opätovnému získaniu vyššej čistoty hliníka, ktorá je vhodná pre mnohé použitie, by sa preto museli podiely cínu a/alebo india najprv nákladné oddeliť.0003 Ďalej je známe povlakovanie nosného materiálu zo zliatiny hliníka a mangánu vrstvou zliatiny hliníka a kremíka. U tohto kompozitného materiálu difunduje pri teplotách výhodne 5 75 °C až 6 l 0 °C kremík z nanesenej vrstvy zliatiny hliníka a kremíka do nosného materiálu a vyvoláva vylučovanie zlúčenín mangánu do zmiešaných kryštálov nosného materiálu,presýtených mangánom. Korózny potenciál vylúčených zlúčenín mangánu je nižší, než korózny potenciál zostatkového nosného materiálu, to znamená, že vylúčené zlúčeniny mangánu môžu pôsobiť ako protikorózne činidlo. Všeobecne závisí hlbka, do ktorej kremík difunduje do nosného materiálu, a tým i hrúbka vrstvy, vykazujúcej vylúčené zlúčeniny mangánu, citlivo na riadenie postupu pri výrobe kompozitného materiálu a na tepelnej úprave. To vyžaduje vysokú presnosť a rovnako nákladné techniky monitorovania procesu pri výrobe. 0004 Úkolom predkladaného vynálezu je preto poskytnúť kompozitný materiál vyššie uvedeného typu, ktorý poskytuje deñnovanú, účinnú a odolnú protikoróznu ochranu a súčasne vykazuje vysoký recyklačný potenciál. Okrem toho je úkolom predkladaného vynálezu poskytnúť spôsob výroby takého kompozitného materiálu.0005 Úkol podľa prvého princípu predkladaného vynálezu sa rieši tým, že hliníková zliatina protikoróznej vrstvy vykazuje nasledujúce zloženie0006 Zvyšok tvorí hliník a nevyhnutné nečistoty, jednotlivo maximálne 0,05 hmot. ,celkovo maximálne 0,15 hmot. .0007 S prekvapením bolo zistené, že obsah mangánu medzi 0,8 hmot. a 1,8 hmot. v zliatine, zamýšľanej ako protíkorózna vrstva, umožňuje vysokú hustotu jemne rozptýlených zrazenín s obsahom mangánu. Tak sa zníži korózny potenciál protikoróznej vrstvy. Výhodne leží korózny potenciál protikoróznej vrstvy o asi 30 mV nižšie, než korózny potenciál nosného materiálu. Ďalej by mal podiel medi a zinku činiť vždy maximálne 0,05 hmot. . V dôsledku nízkych podielov medi a zinku je možné potlačiť tvorbu lokálnych prvkov, ktoré majú za následok galvanicky veľmi aktívnu povrchovú vrstvu a tým i úber materiálu v dôsledku korózie. Tým sa zvýši korózna odolnosť protikoróznej vrstvy. Ďalej sa pozitívne ovplyvní schopnosť recyklácie kompozitného materiálu a z nej vyrobených výrobkov v dôsledku nižších podielov medi a zinku a rovnako v dôsledku obmedzenia obsahu kremíka,chrómu a zirkónu. Podiel horčíka by mal činiť maximálne 0,10 hmot. , aby sa prípadne nezhoršila spájkovateľnosť polotovaru, tvoreného touto zlúčeninou, pri použití hliníkovej spájky s obsahom Si v dôsledku horčíkových nečistôt taviacej prísady. Pri použití vyššie uvedenej hliníkovej zliatiny ponúka protíkorózna vrstva len malú plochu napadnutia pre interkryštalickú koróziu alebo bodovú koróziu i po tepelnom spracovaní. Úber materiálu vdôsledku korózie je tak udržovaný na nízkej úrovni. Pokial ku korózii vôbec dochádza,manifestuje sa korózia formou málo výrazného priehlbínového napadnutia, pri ktorom je stredný priemer priehlbne väčší než priememá hĺbka priehlbne. V dôsledku malej priememej hĺbky sa zabráni pravdepodobnosti preniknutia korózneho napadnutia do oblastí nosného materiálu, náchylného voči korózii. Protikorózna vrstva sa výhodne nanesie na nosný materiál jedno- alebo obojstranne.0008 Vo výhodnej forme uskutočnenia kompozitného materiálu činí obsah mangánu vhliníkovej zliatine 1,0 hmot. až 1,8 hmot. , výhodne 1,2 hmot. až 1,8 hmot. . Miemym zvýšením podielu mangánu v hliníkovej zliatine protikoróznej vrstvy ešte trochu stimulovať tvorbu jemne rozptýlených zrazenín s obsahom mangánu, ktoré sú významné pre protikoróznu ochranu. Nad 1,8 hmot. sa však môžu v štruktúre protikoróznej vrstvy v dôsledku obmedzenej rozpustností mangánu vytvárať hrubé mangánové zrazeniny. Tieto hrubé zrazeniny môžu zásadne viest k zníženej koróznej odolnosti protikoróznej vrstvy. 0009 Ďalej môže hliníková zliatina protikoróznej vrstvy vykazovať 0,4 hmot. až 1,0 hmot. kremíka. Podiely kremíka, prítomného v protikoróznej vrstve, môžu dífundovať do nosného materiálu a tam vyvolávať tvorbu dodatočných jemne rozptýlených zrazenín s obsahom mangánu, ktoré podporujú koróznu odolnosť nosného materiálu. Rozsah difúzie kremíka z protikoróznej vrstvy do nosného materiálu závisí najmä v dôsledku deñnovaného podielu kremíka v protikoróznej vrstve len na obsahu kremíka v nosnom materiáli a tým na koncentračnom gradientu kremíka. Najmä pokiaľ obsah kremíka vnosnom materiáli činí maximálne 0,4 hmot. , je tak možné vyvolať dobre definovanú difúziu kremíka z protikoróznej vrstvy do nosného materiálu. Ďalej je možné na stranu protikoróznej vrstvy,odvrátenou od nosného materiálu, dodatočne naniesť vrstvy s v podstate ľubovoľným podielom kremíka, napríklad spájky Al-Si. Pomocou definovanćho obsahu kremíka vprotikoróznej vrstve sa potlačí prípadne obťažne kontrolovaná difúzia z dodatočnej vonkajšej vrstvy protikoróznou vrstvou do nosného materiálu. Takým spôsobom je možné lepšie zaistiť stabilitu vlastností kompozitného materiálu.0010 V ďalšej výhodnej forme uskutočnenia kompozitného materiálu vykazuje hliníková zliatina protikoróznej vrstvy okrem 0,05 hmot. až 0,25 hmot. zirkónu dodatočne 0,05 hmot. až 0,25 hmot. chrómu. Odpovedajúce podiely chrómu a/alebo zirkónu zväčšujú najmä priememú veľkosť zŕn štruktúry protikoróznej vrstvy. Takým spôsobom je možne regulovať hĺbku, do ktorej kremxk difunduje z dodatočnej vonkajšej vrstvy s obsahomkrerníka do protikoróznej vrstvy. Pri vyššom obsahu chrómu alebo zirkónu než 0,25 hmot. však môžu vznikať hrubé primárne zrazeniny, ktoré opäť negatívne ovplyvňujú štruktúru protikoróznej vrstvy.0011 Nosný materiál je výrobne vytvorený z hliníka alebo z hliníkovej zliatiny, najmä zo zliatiny Al-, Mn-, Cu-. Hliník alebo hliníkové zliatiny vykazujú zvlášť výhodné vlastnosti pri tváraní, takže je možné kompozitný materiál tvárniť do komponent pre rozmanité účely použitia. Ďalej vykazujú hliník alebo hliníkové zliatiny výhody vo forme hmotnosti, najmä V porovnaní s mnohými ďalšími kovmi alebo zliatinarni, ako je oceľ, čo je zvlášť výhodné v prípade, kedy sú komponenty z hliníka alebo hliníkových zliatin určené pre použitie, kde hmotnosť hrá dôležitú úlohu, napríklad v lietadlách alebo automobiloch. Zvlášť výhodné je,keď sa nosný materiál vytvorí zo zliatiny Al-, Mn-, Cu. Také zliatiny sú výhodné ako nosný materiál pre kompozitné materiály, používané vo výmenníkoch tepla.0012 V ďalšej výhodnej forme uskutočnenia kompozitného materiálu podľa vynálezu je nosný materiál celoplošne potiahnutý protikoróznou vrstvou. To je zvlášť výhodné najmä v prípade, kedy má byť kompozitný materiál vhodný k použitiu pre rozmanité formy použitia. Je však rovnako možné aplikovať protikoróznu vrstvu len na časť plochy nosného materiálu. Tak môže byť napríklad postačujúce opatriť protikoróznym povlakom len čiastkové plochy kompozitného materiálu, ktoré budú po zhotovení tvarovaného dielca z kompozitného materiálu vystavené korozívnemu prostredí. Takým spôsobom je možné lepšie prispôsobiť výrobné náklady požiadavkám, ktoré má vyrobený tvarovaný díelec splňovať.0013 Protikorózna vrstva je ďalej výhodne na svojej strane, odvrátenej od nosného materiálu, aspoň v čiastkových plochách opatrená vonkajšou vrstvou. Ďalej môže byť nosný materiál na strane, odvrátenej protikoróznej vrstve, opatrený minimálne jednou vonkajšou vrstvou. Vonkajšia vrstva môže byť tvorená hliníkom, alebo inou hliníkovou zliatinou, najmä zliatinou Al-, Si-. Tým sa ponúka možnosť opatriť kompozitný materiál ešte ďalšími funkčnými vrstvami, napríklad kdosiałrnutiu možnosti spájania obidvoch strán nosného materiálu. V tomto prípade môže byť výhodné, ked je nosný materiál opatrený obojstrarme protikoróznou vrstvou.0014 Podľa ďalšieho aspektu predkladaného vynálezu sa rieši úkol spôsobu výroby vyššie uvedeného kompozitného materiálu, pri ktorom sa nosný materiál aspoň v čiastkových plochách opatrí protikoróznou vrstvou z vyššie opísanej hliníkovej zliatiny, pričom sa protikorózna vrstva nanesie simultármym odlievaním, plátovaním alebo postrekom.0015 Pri použití plátovania je možné ekonomickým spôsobom vytvoriť veľké množstvá kompozitného materiálu s vhodne deñnovanou hrúbkou protikoróznej vrstvy, pričom sa pomocou plátovanía dosialme zvlášť dobré spojenie medzi nosným materiálom a protikoróznou vrstvou. Nanášanie protikoróznej vrstvy striekaním môže okrem toho zaistiť,že sa protikorózna vrstva nanesie na nosný materiál rovnomeme, deñnovanou formou a najmä s priestorovo vyšším rozlíšením. Postrek je preto výhodný najmä knanášaní protikoróznej vrstvy, aplikovanej na nosnom materiálu včiastkových plochách. Simultárme odlievanie protikoróznej vrstvy s nosným materiálom vedie naproti tomu k obmedzeniu počtu pracovných krokov pri výrobe protikoróznej vrstvy na nosnom materiáli. V takom prípade už nie je potreba zvláštny postup nanesenia hliníkovej zliatiny na nosný materiál vo forme protikoróznej vrstvy postrekom. Mysliteľná je ale rovnako kombinácia plátovania, nanášania postrekom a/alebo simultánneho odlievania, napríklad vtedy, keď sú potreba ďalšie funkčné vrstvy, napríklad vonkajšie vrstvy.0016 Ďalej však môžu byť prípadné vonkajšie vrstvy nanesené pomocou postupu simultánneho odlievania, plátovanía alebo postreku, napríklad na protikoróznu vrstvu, ale rovnako na nosný materiál.0017 Z hľadiska ďalších výhod spôsobu podľa vynálezu sa odkazuje na formy uskutočnenia kompozitného materiálu podľa vynálezu.

MPK / Značky

MPK: C23C 4/04, C22C 21/00, B32B 15/01, B22D 1/00, F28D 1/00

Značky: výroby, kompozitný, spôsob, materiál, vrstvou, protikoróznou

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/10-e16116-kompozitny-material-s-protikoroznou-vrstvou-a-sposob-jeho-vyroby.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Kompozitný materiál s protikoróznou vrstvou a spôsob jeho výroby</a>

Podobne patenty