Verfahren zum Verformen eines Metallstückes

Abstract

 Bei dem Verfahren zur Herstellung dünner Metallteile, inbesondere dünner Folien, vorzugsweise durch eine mechanische Warmumformung wird ein vor Korrosion zu schützendes Metall­stück (20) in einen Rahmen (22) eingepackt und von zwei Deck­scheiben (28 und 28′) abgedeckt; zwischen Metallstück (20) und Abdeckung (28, 28′) wird ein Trennmittel (34) eingelagert. Das so entstandene Paket (36) wird zusammengespannt und längs seiner Ränder verschweisst. Der nunmehr vorhandene Schichtkör­per wird mechanisch umgeformt, z.B. bis auf eine bestimmte Dicke ausgewalzt.
Das Trennmittel (34) ist bei Umformungstemperatur fliessfähig und bildet eine zusammenhängende Trennschicht zwischen den Deckscheiben (28, 28′) und dem Metallstück (20), die eine metallurgische Bindung zwischen den beiden Metallen (20, 28, 28′) verhindert.
Nach der Warmumformung wird das verformte Paket abgekühlt. Seine Ränder werden abgeschnitten, die Umhüllung kann infolge der Trennmittelzwischenlage leicht von dem Endprodukt abge­zogen werden, da das Trennmittel nach der Abkühlung spröde und die Metalloberflächen schlecht-benetzend ist.
Da das Metallstück (20) von einer Umhüllung (28, 28′, 22) um­schlossen ist, werden Oxidationen und/oder andere Qualitäts­verluste des Metallstückes (20) während der Warmumformung ver­hindert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verformen eines Me­tallstückes, und zwar zur Herstellung von dünnwandigen Metall­teilen, beispielsweise Metallfolien, aus reaktiven Metallen, d.h. aus Metallen, die insbesondere bei erhöhten Temperaturen korrosionsanfällig in erster Linie oxidationsanfällig sind. Insbesondere dient das neue Verfahren dazu, Oxidationen und andere Qualitätsverluste an Teilen aus den genannten Metallen während einer Warmumformung zu verhindern.

[0002] Bekanntlich nehmen Korrosionsschäden bei Metallen mit steigen­den Temperaturen zu; beispielsweise ist die Oxidationsanfäl­ligkeit von Titan, Eisen, Nickel, Zink oder ähnlichen Metal­len, sowie von hochschmelzenden Metallen - wie Molybdän, Wolfram, Niob und Tantal - bei erhöhten Temperaturen ein erst­rangiges Problem, da bei hohen Temperaturen die Reaktionen zwischen dem Metall und dem Luftsauerstoff beschleunigt werden. Zusätzlich zu den Oxidationsverlusten können ferner Sauerstoff oder andere Gase als Verunreinigungen in die Ober­fläche von Metallstücken hineindiffundieren. Die Ausbildung von Oxidschichten auf den Oberflächen kann die Gefügestruktur der Metallstücke beeinflussen und die Fähigkeit zweier Metalle, sich metallurgisch miteinander zu verbinden, beein­trächtigen. Darüberhinaus kann eine Diffusion eines Gases in eine Metalloberfläche eine Verringerung der Duktilität hervor­rufen. Schliesslich ist bekannt, dass weitere Qualitäts­verluste von Metallen bei erhöhten Temperaturen auftreten.

[0003] Um ungewollte Korrosion von Metallstücken zu reduzieren, sind zahlreiche Legierungen, wie z.B. Titanlegierungen, entwickelt worden, die eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Korrosio­nen haben. Jedoch gerade derartige Legierungen können während mechanischer Umformungen bei erhöhten Temperaturen in einem unzulässig hohen Masse oxidieren. Sehr häufig werden Metall­teile jedoch während ihrer Ver- oder Umformung einer Warmver­formung bei hohen Temperaturen unterworfen. Diese Notwendig­keit einer Umformung bei hohen Temperaturen und die daraus resultierende Steigerung der auftretenden Qualitätsverluste haben zu zahlreichen bekannten Massnahmen geführt, um eine korrosive Atmosphäre von den Metallstücken während dieser Um­formung fernzuhalten. Eine solche Massnahme ist beispielsweise die Warmverformung in grossen Vakuumkammern oder unter einer Schutzgasatmosphäre. Beides erfordert kostspielige Einrichtun­gen, die das Endprodukt verteuern. Bei vielen Anwendungen ist dabei eine Oxidschicht von der Metalloberfläche durch mechani­sche Bearbeitung oder ein anderes Verfahren zu entfernen.

[0004] Weiterhin sind schon vielfach Beschichtungensverfahren ange­wendet worden, mit denen korrosionsresistente Schutzschichten auf einer Metalloberfläche aufgebracht werden. Die gebräuch­lichsten metallischen Schutzschichten bestehen aus oder ent­halten Zinn, Zink, Blei/Zinn-Legierungen, Nickel, Chrom, Cadmium, Kupfer, Aluminium, Bronze, Messing, Blei, Eisen und Stahl. Diese metallischen Schutzschichten werden durch eine ganze Reihe bekannter Beschichtungsverfahren auf einen Metall­teil aufgebracht. Solche Verfahren sind beispielsweise: Tauch­prozesse, bei denen der zu beschichtende Gegenstand in eine Schmelze des Schutzmetalles eingetaucht wird, oder Metall­härten, bei dem der "Schutzwerkstoff" in die zu schützende Substratoberfläche hineinlegiert wird, oder das Aufbringen einer metallischen Spritzschicht. Bei den Spritzverfahren wird das Schutzschichtmetall im allgemeinen erhitzt, verdampft und unter hoher Geschwindigkeit auf die zu schützende Oberfläche gespritzt. Da die Metallpartikel mit grosser Wucht auf die Oberfläche auftreffen, haften sie dort fest und erzeugen eine dünne Korrosionsschutzschicht.

[0005] Ein anderes bekannten Verfahren zum Aufbringen einer Schutz­schicht auf eine Metalloberfläche ist das sogenannte Plattie­ren, bei dem ein metallisches Substrat mit geringer Wider­standsfähigkeit gegen Korrosion von einem korrosionsresisten­ten Metall umhüllt wird, um ein Werkstück aus mehreren Lagen zu erhalten. Das Plattieren kann durch Umgiessen des Substrats oder durch elektrolytische Abscheidung der Schutzschicht auf dem Substrat erfolgen. Eine weitere Möglichkeit ist, ein Metallstück zwischen zwei Lagen eines korrosionsresistenten Metalles einzubetten, d.h. beispielsweise eine flache Platte aus Stahl zwischen zwei Aluminiumscheiben einzulegen und das Ganze dann kaltzuwalzen, um eine Struktur aus drei Schichten herzustellen. Andere Verfahren zum Plattieren, wie Schmelz­schweissen, sind ebenfalls bekannt. Das beschichtete Werkstück kann dann durch Extrudieren, Warmwalzen, Warmverdichten oder andere Metallumformungs-Verfahren weiterbearbeitet werden.

[0006] Weiterhin ist es bekannt, Schutzschichten durch andere Ver­fahren, wie Kathodenzerstäubung oder chemische oder physikali­sche Verdampfung und Kondensation (CVD- oder PVD-Verfahren), auf Substrate aufzubringen. In vielen Fällen, in denen die Beschichtung nur dazu dient, das Metallstück vor Oxidationen während der Umformung zu schützen, muss die Schutzschicht anschliessend wieder, beispielsweise auf chemischem oder me­chanischem Wege, entfernt werden.

[0007] Bei zahlreichen Anwendungen, beispielsweise in der Raumfahrt- oder Flugzeugindustrie, werden oft dichte, duktile Metall­folien verwendet. Obwohl diese Folien eine gute Widerstands­fähigkeit gegen Korrosion bei Umgebungstemperaturen und im Vakuum des Weltraumes haben können, oxidieren sie in unzu­lässig hohem Masse bei hohen Temperaturen. Bisher sind diese Folien durch komplizierte und aufwendige Verdampfungsprozesse im Vakuum hergestellt worden, bei denen ein Material, bei­spielsweise Lagermetall, im Vakuum verdampft wird. Ein Teil des verdampften Metalls wird dann einem Substrat kondensiert.

[0008] Metallfolien durch Flammspritzen auf die Oberfläche eines Sub­strates aufzubringen, ist ebenfalls bekannt.

[0009] Diese Beschichtungsverfahren werden mit ruhenden und bewegten Substraten durchgeführt, wobei diese kontinuierlich durch eine Abscheidekammer oder an einer Flammspritzdüse vorbei geführt werden. Schliesslich können Folien auch durch mechanische Um­formung von Gussstücken oder durch Warmwalzen unter Vakuum hergestellt werden.

[0010] In dem US-Patent 2,997,784 wird ein Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern aus Metall beschrieben, die aus Substraten mit einer Plattierungsauflage bestehen; bei diesen Verfahren wird ein Trennmittel zwischen zwei Platten aus Plattierungs-­Material eingebracht und anschliessend das zu plattierende Grundmaterial in Kontakt mit den nicht beschichteten "Rück­seiten" des Plattierungsmaterials kontaktiert. Das ganze wird dann an den Rändern verschweisst und zu einer gewünschten Dicke ausgewalzt, wobei das Grundmaterial mit dem Plattierungs­material durch Druck verschweisst wird. Anschliessend werden die verschweissten Ränder entfernt und die beiden plattierten Teile des Grundmaterials getrennt. Dabei wird erwähnt, dass Kalziumfluorid oder andere Fluoride als Trennmittel geeignet sind, die auf das Plattierungsmaterial gespritzt oder als wässrige Lösung oder Aufschlämmung aufgetragen werden. Weiter­hin wird erwähnt, dass das Grundmaterial beispielsweise auch auf das Plattierungsmaterial aufgebracht werden kann, indem zwei Platten des Plattierungsmaterials, zwischen denen das Trennmittel eingelegt ist, zusammen mit dem Grundmaterial in eine Giessform gebracht werden, in die das Grundmaterial ein­gegossen wird.

[0011] In dem US-Patent 3,164,884 wird ein Verfahren für mehrfaches Walzen von Platten beschrieben, bei welchem Deckplatten und seitliche Begrenzungen um innere Platten herum montiert wer­den, wobei die Oberflächen zwischen den Platten durch Trenn­mittel voneinander getrennt werden. Die seitlichen Begrenzun­gen, die mit Entlüftungslöchern versehen sind, werden durch Lichtbogen entlang ihrer äusseren Ränder miteinander und mit den Deckplatten verschweisst. Als Trennmittel sind wässrige Mischungen von Oxiden, insbesondere von Chrom-, Magnesium- und Aluminiumoxid, erwähnt. Die Entlüftungslöcher ermöglichen Gasen, während des Erhitzens und Walzens aus dem sandwich­artigen Paket zu entweichen.

[0012] Generell haben alle Verfahren des Standes der Technik zur Her­stellung dünner Plättchen oder Folien erhebliche Nachteile, welche diese Verfahren im Hinblick auf Kosten, Produktions­kapazität und Qualitätskontrolle wenig geeignet erscheinen lassen.

[0013] Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges Ver­fahren für die Herstellung von dünnen Metallteilen, wie z.B. Metallfolien, zu entwickeln, bei welchem der schädliche Ein­fluss von Oxidationen, insbesondere während Umformungen bei hohen Temperaturen reduziert oder vermieden wird.

[0014] Das erfindungsgemässe Verfahren besteht daher darin, dass ein Metallstück zur Herstellung eines aus mehreren Lagen bestehen­den Paketes in eine Umhüllung aus einem zweiten Metall einge­packt wird, wobei zumindest ein wesentlicher Teil der Grenz­flächen zwischen dem Metallstück und dem zweiten Metall mit einem Trennmittel belegt wird, das sich mindestens gegenüber dem Metallstück chemisch zumindest weitgehend inert verhält, dass ferner das Paket durch ein Verfahren der Metallverformung in eine bestimmte geometrische Form verformt wird, und dass schliesslich beide Metallteile anschliessend wieder vonein­ander getrennt werden.

[0015] Die vorliegende Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem Metalle zu dünnen Plättchen oder Folien durch Prozesse verformt werden, die in einer natürlichen Atmosphäre bei Umgebungsdruck durchgeführt werden und keine komplizierten Einrichtungen oder chemische Nachbehandlungen erfordern.

[0016] In erster Linie dient das vorstehend beschriebene Verfahren zur mechanischen Verformung eines Metallstückes bei hohen Temperaturen zur Herstellung von dünnen Metallplättchen aus reaktiven, korrosionsanfälligen Metallen. Im wesentlichen wird ein solches Metallstück vor Hochtemperaturkorrosionen während einer Warmverformung durch Einbetten in eine, vorzugsweise plastisch verformbare, Metallumhüllung geschützt, wobei ein Trennmittel mindestens zwischen die wesentlichen Bereiche der Grenzflächen von korrosionsanfälligem Metallstück und korrosionsresistenter Umhüllung eingebracht wird. Vorteil­hafterweise kann das Metallstück dabei in einen Rahmen aus einer korrosionsresistenten Umhüllung eingelegt und mit zwei Deckscheiben verschlossen werden. Das Trennmittel zwischen den Grenzflächen von korrosionsanfälligem und korrosionsresisten­tem Metall ist mit Vorteil bei Umformungs- temperaturen fliess­fähig. Es wird zweckmässigerweise in Vertiefungen oder Taschen der Umhüllung eingelagert. Die zusammengesetzte Sandwich-­Anordnung von zu verformendem Metallrahmen, Deckscheiben und Trennmittel wird dann mit Vorteil entlang ihres Umfanges am Rande zu einem Paket verschweisst, so dass das Trennmittel zwischen den Metallteilen dicht eingeschlossen ist. Das ver­schweisste Paket kann dann unter Druck auf das gewünschte Mass in einer konventionellen Warmwalzeinrichtung zu dünnen Plätt­chen oder Folien ausgewalzt werden.

[0017] Selbstverständlich ist es auch möglich, andere Verfahren der Warmverformung anzuwenden. Beim Warmwalzen verfliesst das Trennmittel und erzeugt zwischen den Metallen eine gleich­mässige filmartige Trennschicht.

[0018] Auf diese Weise wird eine beschleunigte Oxidation eines korro­sionsanfälligen Metallteiles während Umformung bei hohen Temperaturen durch die vorliegende Erfindung verhindert.

[0019] Später wird das verformte Paket oder Laminat gekühlt, und die verschweissten Ränder werden entfernt. Die Teile der Umhüllung können dann von dem zu einer dünnen Metallfolie verformten Metallstück wegen der Trennschicht aus einem spröden, schlecht-benetzenden Trennmittel einfach abgeschält werden. Reste des Trennmittels können von der erzeugten Metallfolie beispielsweise durch Spülen entfernt werden.

[0020] Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können grosse Mengen korrosionsanfälliger Metalle, wie z.B. hochschmelzender Metalle, zu dünnen Metallplättchen oder -Folien so verformt werden, ohne dass Vakuumanlagen benötigt werden. Die Verfor­mung kann vielmehr in konventionellen Umformungsanlagen, wie z.B. Warmwalz-Anlagen, erfolgen.

[0021] Die Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 ist eine Aufsicht auf ein Metallstück aus einem reaktiven, d.h. korrosionsanfälligen Metall;

Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Metallstückes nach Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Aufsicht auf einen Rahmen aus einem korrosionsresistenten Metall, wie er im Zusam­menhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 4 ist eine Seitenansicht des Rahmens nach Fig. 3;

Fig. 5 zeigt das Metallstück nach Fig. 1, eingebettet in den Rahmen nach Fig. 4;

Fig. 6 gibt eine Deckscheibe der Umhüllung aus einem korrosionsresistenten Metall für den Rahmen nach Fig. 4 wieder;

Fig. 7 ist ein Schnitt VII-VII von Fig. 6;

Fig. 8 zeigt in gleicher Darstellung wie Fig. 7 eine Deckscheibe der Umhüllung, in die ein Trennmit­tel eingelegt ist;

Fig. 9 ist ein Querschnitt durch ein aus mehreren Lagen bestehendes Paket;

Fig. 10 ist eine Aufsicht auf Fig. 9, wobei einzelne Lagen teilweise weggelassen sind;

Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung der mechanischen Umformung des verschweissten Paketes nach Fig. 10 in einer Vorrichtung zum Warmwalzen;

Fig. 12 stellt das Paket nach Fig. 10 nach dem Warmver­formen dar;

Fig. 13 gibt das Paket von Fig. 12 nach Entfernen der verschweissten Ränder wieder;

Fig. 14 zeigt schematisch das Abschälen der Lagen des korrosionsresistenten Metalls von der durch Wal­zen erzeugten Metallfolie aus korrosions­anfälligem Material;

Fig. 15 schliesslich eine Mikrofotographie eines Gefüges einer nach der Erfindung hergestellten Metall­folie aus Titan.

[0022] Ein Metallstück 20 (Fig. 1) aus einem reaktiven, d.h. korrosionsanfälligen, Metall soll mechanisch in einen dünnen Metallstreifen oder eine dünne Metallfolie verformt werden. Das Metallstück 20 ist vor der Verformung eine quadratische, bereits relativ dünne Platte. Wie bereits erwähnt, wird unter einem "reaktiven" Metall ein Metall oder eine Legierung ver­standen, die bei Temperaturen über Umgebungstemperatur einer erhöhten Korrosion, insbesondere Oxidation, unterworfen ist. Die Erfindung wird vor allem zur Herstellung dünner Teile aus hochschmelzenden Metallen verwendet, die bei erhöhten Tempera­turen sehr rasch oxidieren. Ferner dient die Erfindung bevor­zugt für die Herstellung dünner Teile, insbesondere dünner Folien, aus Titan oder Titanlegierungen, wie z.B. Titan-­Aluminium-Vanadium oder Titan-Aluminium-Niob. Weitere Metalle, bei denen das neue Verfahren mit Vorteil angewendet werden kann, sind Molybdän, Niob oder Wolfram. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die genannten Werkstoffe beschränkt, sondern kann auch bei vielen anderen reinen Metallen oder Legierungen anwendet werden.

[0023] Das Metallstück 20, das gegebenenfalls auch pulvermetallur­gisch hergestellt werden kann, wird zunächst gereinigt, um Oberflächenverunreinigungen, einschliesslich einer eventuel­len, natürlichen Oxidschicht, zu entfernen. Gegebenenfalls müssen auch bereits vorhandene Schutzschichten entfernt werden.

[0024] In Fig. 3 und 4 ist ein Metallrahmen 22 gezeigt, in den das korrosionsanfällige Metallstück 20 für die Verformung ein­gelegt wird. Der Rahmen 22, der aus einem korrosionsresisten­ten Metall besteht, umschliesst eine fensterartige Oeffnung 24. Seine Dicke entspricht im wesentlichen der Dicke des Metallstückes 20. Die Dimensionen der Oeffnung 24 sind dabei so auf die Abmessungen des Metallstückes 20 abgestimmt, dass das Stück möglichst genau in den Rahmen 22 bzw. die Oeffnung 24 passt, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist.

[0025] Der Ausdruck "korrosionsresistent" oder "nicht-reaktives" Me­tall umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung jene Metal­le, die auch bei hohen Temperaturen eine hohe Widerstands­fähigkeit gegen Korrosion haben. Für die vorliegende Erfindung sollen diese Metalle gleichzeitig eine gute Warmverformbarkeit und gute Schweissbarkeit besitzen. Weiterhin sollen diese Metalle während der Umformung ausreichend Schutz gegen Gas­diffusionen bieten.

[0026] Die Dicke des Metallstückes 20 und des Rahmens 22 ist nicht kritisch und wird durch die endgültigen Masse der fertigen Produktes und die Anzahl der Walzschritte des Herstellungs­verfahrens bestimmt.

[0027] Bei Herstellung des Metallstückes 20 aus Metallpulver wird das Pulver mit einem geeigneten Stempel in dem Rahmen 22 kaltge­presst; das Pulver sollte dabei ohne die Verwendung von Binde­mitteln eine erhebliche Grünfestigkeit besitzen.

[0028] Die Einheit 26 (Fig. 5) aus Rahmen 22 und Metallstück 20 kann jedoch auch durch Formen eines Barrens aus dem korrosions­anfälligen Metall und anschliessendes Umgiessen dieses Barrens mit dem korrosionsbeständigen Metall hergestellt werden, wobei diese Einheit 26 durch einfaches Abschneiden von Teilstücken von dem Gussstück erzeugt werden.

[0029] Bevorzugte Werkstoffe für das korrosionsbeständige Metall sind Eisen oder Nickel und Eisen- oder Nickel-Basis-Legierungen, wie beispielsweise rostfreier Stahl 316. Dieser ist geeignet für Bearbeitungstemperaturen von ungefähr 950 bis 1100° C. Grundsätzlich ist es auch möglich, das in eine dünne Folie umzuformende Metallstück 20 in eine Umhüllung aus einem eben­falls korrosionsanfälligen Metall einzupacken, da die äussere Umhüllung ja nach der Umformung von der als Endprodukt vorlie­genden Folie abgetrennt wird.

[0030] Die Oeffnung 24 wird von Deckscheiben 28 (Fig. 6 und 7) ver­schlossen, die vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Rahmen 22 bestehen; diese Deckscheiben 28 sind mit Vertiefun­gen oder Taschen 30 (Fig. 7) auf ihrer Innenseite 32 versehen. Die Flächengrösse der Vertiefungen 30 entspricht mindestens im wesentlichen derjenigen der Oeffnung 24. Die Vertiefungen 30 dienen zur Aufnahme eines Trennmittels 34. Dieses gewähr­leistet eine problemlose Trennung der Deckscheiben 28 von dem umgeformten Werkstück, in diesem Falle von dem zur einer Folie ausgewalzten Metallstück 20.

[0031] Das Trennmittel 34 sollte bei den Temperaturen und Drücken, bei denen die Verformung des Metallstücks 20 durchgeführt wird, fliessfähig sein und einen zusammenhängenden Film zwi­schen den Deckscheiben 28 und mindestens einem wesentlichen Teil der Oberflächen des Metallstückes 20 bilden. Das Trenn­mittel 34 muss gegen das Material des Metallstücks 20 auch bei den Umformungstemperaturen chemisch inert sein, um Verunreini­gungen und Schädigungen des bei erhöhten Temperaturen korrosionsanfälligen Materials zu vermeiden. Weiterhin ist es wünschenswert, wenn das Trennmittel 34 bei Umgebungstemperatu­ren spröd und schlecht-benetzend ist, d.h. bei Umgebungstempe­raturen leicht in Bruchstücke zerfällt. Diese Eigenschaften erleichtern eine Trennung der Deckscheiben 28 vom Metallstück 20 nach der Umformung.

[0032] Als Trennmittel 34 dienen bevorzugt Metallhalogenide, insbe­sondere Fluoride des Lithiums, Natriums, Magnesiums, Stronti­ums und Bariums. Von diesen hat sich besonders das Kalzium­fluorid als Trennmittel bewährt. Das Trennmittel 34 kann bei­spielsweise als Schmelze in die Vertiefungen 30 eingebracht werden. Es ist auch möglich, das Trennmittel in die Vertiefun­gen "einzudampfen", wobei die Ränder der Innenseite 32 abge­deckt werden.

[0033] Die Reinheit des Trennmittels 34 sollte so hoch wie möglich sein und mindestens 99 % betragen. Eine weitere Möglichkeit, das Trennmittel 34 in die Vertiefungen 30 einzubringen, ist Flamm- oder Plasmaspritzen im Vakuum, wobei eine direkte fest­haftende Auflage des Trennmittels 34 auf den Deckscheiben 28 entsteht. Diese thermischen Spritzverfahren haben den zusätz­lichen Vorteil, dass dabei Lufteinschlüsse in der Trennmittel­schicht vermieden werden, die bei der anschliessenden Umfor­mung des Metallstückes 20 zu Oxidationen führen können.

[0034] Wie Fig. 8 zeigt, ist die Dicke der Auflage des Trennmittels 34 in der Vertiefung 30 geringfügig kleiner als diese Vertie­fung 30 selbst. In Fig. 8 und 9 sind Vertiefungen und Trennmittelschicht zur Verdeutlichung stark übertrieben darge­stellt. Generell sollte die Dicke des Trennmittels 34 vor der Umformung des Paketes 36 so gewählt werden, dass nach der Um­formung eine Trennschicht von 10 bis 100 µm vorhanden ist. Vor dem Warmumformen ergeben sich daraus Dicken der Trennmittel­auflage von 0,4 mm bis 2 mm. Von der geforderten Dicke der Trennmittelauflage abhängig wird dann die Tiefe der Vertiefung 30 gewählt.

[0035] Ist die Trennmittelauflage zu gering, so bildet das Trennmit­tel bei der Umformung keine zusammenhängende Trennschicht, wodurch es zu unerwünschten metallurgischen Bindungen zwischen den beiden Metallen kommen kann. Derartige Bindungen beein­trächtigen das Abschälen der Umhüllung von dem Metallstück 20 nach dem Warmumformen. Selbstverständlich werden mindestens die Vertiefungen 30 der Deckscheiben 28 vor dem Auftragen des Trennmittels gereinigt. Ebenso kann es notwendig sein, die Innenseiten 32 vor dem Zusammensetzen des Paketes 36 (Fig. 9) und dem Verschweissen seiner Ränder zu reinigen.

[0036] Fig. 9 der Zeichnungen zeigt ein Paket 36 aus mehreren Lagen mit einer Einheit 26, bestehend aus einem Rahmen 22 und einem Metallstück 20. Eine Deckscheibe 28, in die eine Trennmittel­auflage 34 eingebettet ist, grenzt mit der freien Seite der Auflage 34 an die obere Oberfläche des Metallstückes 20. Auf der gegenüberliegenden Seite der Einheit 26 ist eine zweite, völlig gleich aufgebaute und angeordnete Deckscheibe 28′ vor­gesehen, so dass ein "sandwichartiges" Paket 36 entsteht, in welchem das Metallstück 20 zwischen die Trennmittelauflagen 34 und 34′ eingebettet und von den Deckscheiben 28 und 28′ und dem Rahmen 22 umhüllt ist. Bei manchen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, mehr als ein Paket 36 herzustellen und mehrere dieser Pakete aufeinander zu stapeln, um gleichzeitig mehrere Metallfolien herzustellen.

[0037] Bei der Aufsicht auf Fig. 10 sind einzelne Lagen des Paketes 36 nur teilweise dargestellt, um die unteren Lagen dieses Paketes zu zeigen. Das Paket 36 wird nach seinem Aufbau zusam­mengespannt und längs seiner Ränder verschweisst, um das Metallstück 20 und die Trennmittelauflage 34 und 34′ dicht in der Metallumhüllung aus dem Rahmen 22 und den Deckscheiben 28 und 28′ zu verschliessen. Zahlreiche bekannte Schweissver­fahren sind anwendbar. Das gewählte Verfahren muss nur geeig­net und verträglich mit dem Werkstoff sein, aus dem der Rahmen 22 und die Deckscheiben 28 und 28′ hergestellt sind. Die Schweissung sollte auf den korrosionsbeständigen Werkstoff der Elemente 22, 28 und 28′ beschränkt werden und nicht auf das Metallstück 20 übergreifen. Die Schweissnaht verbindet daher mit Vorteil nur die Deckscheiben 28 und 28′ mit dem Rahmen 22; eine fortlaufende Schweissnaht ist wünschenswert, um Verunrei­nigungen des Metallstückes 20 und der Innenseiten 32 der Um­hüllung aus der Atmosphäre beim Aufheizen des Paketes 36 für die und vor der mechanischen Warmumformung zu vermeiden. Gleichzeitig verhindert eine kontinuierliche Schweissnaht ein Ausfliessen von flüssigem Trennmittel aus dem Paket 36. Die Tiefe der Schweissung sollte eine ausreichende Festigkeit min­destens für die ersten Walzendurchgänge haben, um ein Ver­schieben der einzelnen Lagen des Paketes 36 zu vermeiden. Ein besonders bevorzugtes Schweissverfahren ist das Elektronen­schweissen im Vakuum, das ein Eindringen von Luft verhindert, die Oxidationen bei der anschliessenden Warmbearbeitung verur­sachen kann. Das verschweisste Paket ist mit 38 bezeichnet.

[0038] In Fig. 11 ist schematisch das mechanische Bearbeiten des verschweissten Paketes 38 zur Herstellung von dünnen Metall­teilen, z.B. Folien, aus dem korrosionsanfälligen Material dargestellt. Es wird unterstellt, dass die Erfindung für die Herstellung solcher Folien aus Metallstücken mit Dicken von 0,1 bis 10 mm, vorzugsweise von ungefähr 0,05 bis 5 mm, und vor allem von 0,05 bis 2 mm, angewendet wird.

[0039] Als mechanische Bearbeitungen unter erhöhter Temperatur zur Umformung des verschweissten Paktes 38 können Schmieden und Pressen, und vor allem Walzen dienen. Wie dem Fachmann geläu­fig, besteht Warmwalzen in einem Durchschleusen des Paketes 38 zwischen zwei rotierenden Walzen 40 und 42 bei bestimmten Temperaturen und Drücken.

[0040] Wie in Fig. 11 abgebildet, wird das Paket 38 zwischen den bei­den Walzen 40 und 42 in konventioneller Weise durchgeschleust, um seinen Querschnitt zu reduzieren. Das dabei auftretende seitliche Spreizen erzeugt einen Schichtkörper 44. Bei den Walztemperaturen werden die Trennmittelauflagen 34 und 34′ viskos und fliessfähig und bilden einen zusammenhängenden Film, der das Metallstück 20 von der Umhüllung aus Rahmen 22 und Deckscheiben 28 und 28′ trennt. Die Bearbeitungstemperatur bei dem Walzprozess wird bestimmt durch die Temperatur-­Charakteristiken des Trennmittels 34 und der Metalle des Paketes 38. Bei der Herstellung von Folien aus Titanlegierun­gen, bei der eine Umhüllung aus rostfreiem Stahl 316 und Kalziumflorid als Trennmittel verwendet worden sind, sollte bei dem isothermischen Warmwalzen eine Temperatur zwischen 800 und 1100° C eingehalten werden. Mehrfaches Durchschleusen des Paketes 38 zwischen den Walzen 40 und 42 kann in einigen Fällen vorteilhaft sein.

[0041] In Fig. 12 ist der Schichtkörper 44 gezeigt, zu dem das Paket 36 bzw. 38 nach der mechanischen Warmumformung verformt worden ist; die als Produkt erzeugte Metallfolie 48 ist dabei in Fig. 12 gestrichelt dargestellt. Der Schichtkörper 44 wird gekühlt auf eine Temperatur, bei der das Trennmittel 34 spröde und die Metallflächen schlecht benetzend ist. Bei manchen Anwendungen kann es wünschenswert sein, den Schichtkörper 44 nach dem Walzen Wärmebehandlungen, wie z.B. Glühbehandlungen, Aus­scheidungs-Reaktionen und/oder Gefügeumlagerungen, zu unter­ziehen, um gewünschte metallurgische Eigenschaften zu erreichen. Die Auswahl eines chemisch stabilen Trennmittels, wie Kalziumfluorid, erlaubt dabei Warmbehandlungen des korrosionsanfälligen Materials, ohne dass Verunreinigungen oder Qualitätsverluste der Oberflächen der gewalzten Folie auftreten.

[0042] Als nächster Schritt wird die Umhüllung 50 (Fig. 12) auf nach­stehend beschriebene Art und Weise entfernt. Die Ränder 52 des Schichtkörpers 44 werden beispielsweise mit Hilfe einer grossen Schneidpresse, innerhalb des Aussenmasses der Folie 48 abgeschnitten, was in Fig. 12 durch die Schneidkanten 54 illu­striert ist. Der beschnittene Schichtkörper ist in Fig. 13 vor dem Abschälen seiner Umhüllung 50 dargestellt.

[0043] Wie in Fig. 14 verdeutlicht, kann die Umhüllung 50 einfach von der Folie 48 abgeschält werden, da das Trennmittel bei Umge­bungstemperatur spröde und brüchig ist; das Auspacken der Folie 48 wird daher vorteilhafterweise bei dieser Temperatur durchgeführt. Geeignete Verfahren und Vorrichtungen für das Abschälen oder Abziehen der Umhüllung 50 von der Folie 48 sind dem Fachmann bekannt.

[0044] Im Endeffekt können daher für die Raumfahrt- oder andere Indu­strien duktile Folien, die wegen einer erhöhten Oxidation bei Warmumformprozessen schwierig herzustellen sind, nach dem neuen Verfahren auf einfache Weise erzeugt werden. Zahlreiche andere Anwendungen für dünne Bleche, die nach dem neuen Ver­fahren hergestellt worden sind, sind möglich.

[0045] Es ist auch denkbar, die aus mehreren Lagen bestehenden Pakete 36 bzw. 38 an einem Ort zu fabrizieren und an eine zweite Produktionsstätte für die mechanische Warmumformung, wie z.B. Warmwalzwerke oder Universalstahlwalzwerke, zu überführen. Darüberhinaus kann die Erfindung für das Extrudieren von strukturierten Teilen benutzt werden, indem man das erfindungsgemässe Einpacken mit Hochtemperatur-Extrudier­verfahren kombiniert.

Beispiel

[0046] Um die Wirksamkeit der Erfindung zu demonstrieren, wurde eine Titanfolie hergestellt, wobei als Trennmittel Kalziumfluorid diente. Wie Fig. 15 zeigt, ist die Mikrostruktur vollständig homogen ohne sichtbare chemische Angriffe oder Qualitätsein­bussen der Oberfläche. Die Mikrostruktur im Innern der Folie ist identisch mit derjenigen an der Oberfläche, ein weiterer Beweis für das Fehlen jeglicher Oberflächenverunreinigungen. Fig. 15 zeigt eine Ti-6Al-4V-Folie von 180 µm Dicke, die aus Pulver durch Kaltpressen hergestellt und bei 900° C warmge­walzt worden ist.

[0047] Durch Analysen des Sauerstoff-Gehaltes sind weitere Folien geprüft worden; das Ergebnis zeigt die nachstehende Tabelle:

Ausgangsmaterial	Sauerstoff-Geh. (Gew. ppm)	Endprodukt ( µm Folie)	Sauerstoff-Gehalt.
Ti-6Al-4V (Pulver)	1160	180	1830
Ti-6Al-4V (extrud.Stab)	2000	110	2300
Ti-14Al-20Nb (Guss)	510	220	530
Ti-14Al-20Nb (Guss)	510	120	650

[0048] Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigte und beschriebe Ausführungsform beschränkt, sondern umfasst viele weitere Modifikationen, soweit sie unter die nachfolgen­den Ansprüche fallen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Verformen eines Metallstückes (20), bei wel­chem Verfahren
- das Metallstück zur Herstellung eines aus mehreren Lagen bestehenden Paketes (36) in eine Umhüllung (22, 28, 28′) aus einem zweiten Metall eingepackt wird, wobei zumindest ein wesentlicher Teil der Grenzflächen zwischen dem Metallstück (20) und dem zweiten Metall mit einem Trennmittel (34, 34′) belegt wird, das sich mindestens gegenüber dem Metallstück (20) chemisch zumindest weitgehend inert verhält, bei welchem ferner
- das Paket durch ein Verfahren der Metallverformung in eine bestimmte geometrische Form verformt wird, und bei welchem schliesslich
- beide Metallteile (20, 22, 28, 28′) anschliessend wieder voneinander getrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Paket (36) bei der Metall-Verformung einer Warmverformung unterworfen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Paket (36) vor der Trennung der beiden Metallteile (20; 22, 28, 28′) gekühlt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Um­hüllung (22, 28, 28′) gegen die Umgebung gasdicht verschlossen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Umhüllung (22, 28, 28′) längs ihrer Ränder verschweisst wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Verschweissen mit ei­nem Elektronenstrahl im Vakuum durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Paket (38) nach der Verformung längs seiner Ränder aufgeschnitten wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Um­hüllung (22, 28, 28′) aus einem Rahmen (22) und zwei Deck­scheiben (28, 28′) zusammengesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die In­nenseiten (32) der Umhüllung (22, 28, 28′) mit Vertiefungen (30) zur Aufnahme des Trennmittels (34, 34′) versehen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Trennmittel (34) durch Flammspritzen auf Grenzflächen oder in Vertiefungen (30) abgelagert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Trennmittel (38) durch Verdampfen und anschliessendes Kondensieren auf Grenz­flächen oder in Vertiefungen (30) abgelagert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zum Trennen der beiden Metalle (48, 50) die Ränder des Paketes (38) abgeschnitten werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei für das Metallstück (20) ein reaktionsfähiges Metall verwendet wird, welches, insbesondere bei erhöhten Temperaturen, eine ver­stärkte und beschleunigte Korrosion, vor allem Oxidation, er­fährt, und bei dem ferner als zweites Metall (22, 28, 28′) ein Metall mit hoher Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion, vor allem gegen Oxidation insbesondere bei erhöhten Temperaturen, verwendet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das zweite Metall (22, 28, 28′) plastisch verformt werden kann.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei ein bei den Temperaturen und/oder Drücken der Metallverformung fliess­fähiges, bei darunterliegenden Temperaturen und/oder Drücken jedoch sprödes, schlecht-benetzendes Trennmittel (34) verwen­det wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei als Trennmittel ein Me­tallhalogenid verwendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei als Trennmittel (34) Kalzium-, Magnesium-, Lithium-, Barium-, Strontium- oder Natrium-Fluorid verwendet werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Metallstück (20) zu einem dünnen Metallteil (48) mit einer Dicke zwischen 0,01 und 10 mm verformt wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei als Metallstück (20) dünne Plättchen aus Titan, Molybdän, Niob, Wolfram oder aus Legierungen davon, wie z.B. Titan/Aluminium/­Niob- und Titan/Aluminium/Vanadium-Legierungen, verwendet werden.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei als Metalle für die Umhüllung (22, 28, 28′) Eisen oder Nickel sowie Eisen- oder Nickel-Basislegierungen verwendet werden.

21. Aus mehren Lagen zusammengesetztes Paket zur Herstellung eines dünnen Metallteiles durch Metall-Verformung, mindestens bestehend aus
- einem Metallstück, das in einen dünnen Metallteil umzuformen ist,
- einer Metallumhüllung (22, 28, 28′) zum Einpacken des Metallstückes (20),
- einer ersten Lage (34) eines Trennmittels zwischen einem ersten Bereich des Metallstückes (20) und einem ersten Bereich (28) der Umhüllung und
- einer zweiten Lage (34) des Trennmittels zwischen einem zweiten Bereich des Metallstückes (20) und einem zweiten Bereich (28′) der Umhüllung (22, 28, 28′).

22. Paket nach Anspruch 21, wobei das Metallstück (20) aus einem Metall besteht, das bei den Temperaturen und/oder Drük­ken der Metallverformung korrosionsanfällig, insbesondere oxidationsanfällig ist, und wobei ferner die Umhüllung (22, 28, 28′) aus einem Metall besteht, das bei den gleichen Tempe­raturen und/oder Drücken eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion, insbesondere gegen Oxidation, hat.

Zeichnung