Die Erfindung betrifft Folien oder dünne Bänder einer Dicke unterhalb 200 &mgr;m und vorzugsweise unterhalb 50 &mgr;m aus einer Aluminiumlegierung mit Eisen und Silizium, im Wesentlichen ohne Mangan, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Folien oder Bänder. Diese Bänder sind durch halbkontinuierliches Gießen herkömmlicher Platten oder durch kontinuierliches Gießen, z.B. durch kontinuierliches Gießen zwischen Riemen ("Doppelriemen-Gießen") oder zwischen Zylindern ("Doppelwalzen-Gießen"), erhältlich.

Die Markttendenzen für dünne Folien aus Aluminiumlegierungen sind auf eine konstante Verringerung der für eine gegebene Anwendung angewandten Dickenwerte bei gleichzeitig geforderten erhöhten mechanischen Eigenschaften und einer guten Formbarkeit gerichtet.

Man verwendet oft für dünne Folien Legierungen mit sehr geringem Gehalt an Mangan, wie z.B. die Legierung 8111 der bei der Aluminium Association registrierten Zusammensetzung (in Gew.-%):

Si: 0,30–1,1; Fe: 0,40–1,0; Cu: < 0,10; Mn: < 0,10.

Durch die Abwesenheit von Mangan wird die Umkristallisation in der Endausglühstufe erleichtert, die Bruchbeständigkeit R_m bleibt aber für Dickenwerte unterhalb 100 &mgr;m ungenügend.

Es ist daher notwendig, neue Legierungen zu entwickeln und/oder die Umwandlungsbereiche zu optimieren, um den Markterfordernissen zu entsprechen.

Zur Steigerung der mechanischen Beständigkeit wird gewöhnlich Mangan, wie z.B. in der Legierung 8006, zugegeben, deren bei der Aluminium Association registrierte Zusammensetzung die folgende ist (in Gew.-%):

Si: < 0,40; Fe: 1,2–2,0; Cu: < 0,30; Mn: 0,30–1,0; Mg: < 0,10.

Die Zugabe von Mangan hat den Effekt, dass das Material härter wird. Im Fall der US 6,517,646 der Anmelderin ergeben die mechanischen Eigenschaften, die mit einer Legierung der Zusammensetzung von Si = 0,23%, Fe = 1,26%, Cu = 0,017%, Mn = 0,37%, Mg = 0,0032%, Ti = 0,008% in Kombination mit einem günstigen Umwandlungsbereich einen R_m-Wert von 103 MPa für eine Dicke von 6,6 &mgr;m.

Man kann auch die mechanischen Eigenschaften durch Zugabe von Mangan in geringer Menge in mit Eisen beaufschlagten Legierungen der Serie 8000 verbessern. In WO 02/64 848 (Alcan International) ist die Herstellung durch kontinuierliches Gießen dünner Bänder aus einer AlFeSi-Legierung, enthaltend 1,2 bis 1,7% Fe und 0,35 bis 0,8% Si, beschrieben. Man erhält eine erhöhte mechanische Beständigkeit durch Zugabe von 0,07 bis 0,20% Mangan zur Legierung. Diese Manganzugabe wird als notwendig zum Erhalt einer geringen Korngröße nach der Endausglühstufe erachtet.

Das Mangan erscheint daher als ein Element, mit dem die mechanischen Eigenschaften der Legierungen 8000 gesteigert werden. Allerdings kann das Mangan in fester Lösung oder in Form feiner Ausfällungen die Umkristallisation im Laufe der Endglühstufe blockieren oder verzögern. Es ist daher notwendig, ganz genau die Ausfällung Mangan enthaltender Phasen im Laufe jeder Stufenabfolge zu steuern, was sich oft als heikel erweist. Jede Drift im Umwandlungsbereich hat nicht vernachlässigbare Konsequenzen auf die Wirksamkeit der Endglühstufe. Es ist daher äußerst interessant, eine Legierung zu entwickeln, die kein Mangan enthält, aber dennoch erhöhte mechanische Eigenschaften aufweist.

In US 5,503,689 (Reynolds Metals) ist ein Verfahren zur Herstellung eines dünnen Bandes aus einer Legierung, enthaltend 0,30 bis 1,1% Si und 0,40 bis 1,0% Fe, weniger als 0,25% Cu und weniger als 0,1% Mn, durch kontinuierliches Gießen und Laminieren im Kalten ohne Zwischenglühstufe beschrieben. Die bevorzugten Gehaltsmengen an Eisen und Silizium machen 0,6 bis 0,75% aus.

In US 5,725,695 (Reynolds Metals) ist für das gleiche Zusammensetzungsgebiet ein Bereich mit einer Zwischenglühstufe von 400 bis 440°C (750 bis 825°F) und einer Endglühstufe zur Umkristallisation bei 288°C (550°F) beschrieben. Das Verhältnis der Gehaltsmengen Si/Fe liegt bei 1 oder darüber. In den Beispielen betragen die erhaltene maximale Bruchbeständigkeit 90 MPa (13,13 ksi), die maximale Elastizitätsgrenze 39,1 MPa (5,68 ksi) und die Dehnung 11,37% für Dickenwerte von 46 &mgr;m (0,00185'). Diese mechanischen Eigenschaften bleiben immer noch für bestimmte Anwendungen geringwertig.

Für durch kontinuierliches Gießen erhaltene Legierungen ist es oft notwendig, eine Wärmebehandlung bei hoher Temperatur zur Verringerung der Schädlichkeit von Segregationen durchzuführen, indem Ausfällungshaufen resorbiert und die Dickenstruktur homogenisiert werden. Der Effekt einer Homogenisierung bei 600°C wird für die durch Gießen zwischen Zylindern erhaltene Legierung 8011 (der Zusammensetzung: 0,71% Fe; 0,77% Si; 0,038% Cu; 0,006% Mn; 98,45% Al) im Artikel von Y. Birol "Centerline Segregation in a Twin-Roll Cast AA8011 Alloy", Aluminium, 74, 1998, S. 318–321, beschrieben. Man erhält eine Modifikation der Fällungsphasen und eine Verringerung der Heterogenitäten. Durch Verminderung der Zentralsegregation werden infolgedessen die Porosität sehr dünner Folien begrenzt und deren Formbarkeit verbessert.

Aus wirtschaftlichen Gründen ist es interessant, die Temperatur der Wärmebehandlung zu begrenzen. Für eine Legierung 8111 der Zusammensetzung mit 0,7% Fe, 0,7% Si, Mn < 0,02, Zn < 0,02, Cu < 0,02 beobachtet man einen Umwandlungsbeginn der Phasen und eine Gesamtumkristallisation ab 460°C, sogar wenn eine Glühstufe bei 550 bis 580°C notwendig ist, um eine vollständigere Umwandlung zu erhalten (siehe M. Slamova et al. "Response of AA8006 and AA8111 Strip-Cast Rolled Allogs to High Temperature Annealing", ICAA-6, 1998). Eine Homogenisierung bei tiefer Temperatur ist daher für Legierungen ohne Mangan in Betracht zu ziehen.

Im Übrigen ist es bei der Umwandlung im Anschluss an die Homogenisierung bis zu geringen Dickenwerten üblich, eine Zwischenglühstufe durchzuführen, um das Metall zu erweichen. Für Legierungen mit Mangan ist zur Steuerung der Zwischenglühstufe im Allgemeinen eine Wärmebehandlung bei hoher Temperatur (oberhalb 400°C) durchzuführen, um eine Umkristallisation zu ergeben.

Für die Legierungen vom Typ 8000 ohne Mangan kann eine Wärmebehandlung bei einer tieferen Temperatur als für die Legierungen vom Typ 8006 durchgeführt werden.

In WO 99/23 269 (Nippon Light Metal und Alcan International) ist ein Verfahren beschrieben, das bei AlFeSi-Legierungen anwendbar ist, die 0,2 bis 1% Si und 0,3 bis 1,2% Fe mit einem Si/Fe-Verhältnis von 0,4 bis 1,2 enthalten, wobei die Zwischenglühstufe in 2 Stufen, die erste von 350 bis 450°C und die zweite 200 bis 330°C, durchgeführt wird. Ziel dieses Verfahren ist es, die Oberflächenfehler der Folie zu verringern. Über die mechanischen Eigenschaften ist nichts ausgesagt.

Ziel der Erfindung ist es, Folien oder dünne Bänder aus einer AlFeSi-Legierung ohne Manganzugabe zu erhalten, die eine erhöhte mechanische Beständigkeit unter Beibehaltung einer guten Formbarkeit im Rahmen einer Herstellung im industriellen Maßstab so wirtschaftlich wie möglich zu erhalten.

Gegenstand der Erfindung ist eine dünne Folie oder ein dünnes Band mit einer Dicke von 6 bis 200 &mgr;m und vorzugsweise von 6 bis 50 &mgr;m aus einer Legierung der Zusammensetzung (in Gew.-%) von Si: 1,0–1,5, Fe: 1,0–1,5, Cu: < 0,2, Mn: < 0,1, weitere Elemente: jeweils < 0,05 und insgesamt < 0,15 und dem Rest aus Al mit bevorzugt einem Si/Fe-Verhältnis ≥ 95, welche im ausgeglühten Zustand eine Bruchbeständigkeit R_m > 110 MPa für Dickenwerte > 9 &mgr;m und > 100 MPa für Dickenwerte von 6 bis 9 &mgr;m aufweisen. Die dünne Folie weist bevorzugt eine Elastizitätsgrenze R_{0 , 2} (gemessen an durchschnittenen Proben) > 70 MPa auf. Die Bruchdehnung steigt mit höheren Werten der Foliendicke an:

Die Legierung weist bevorzugt einen Siliziumgehalt von 1,1 bis 1,3% und einen Eisengehalt von 1,0 bis 1,2% auf.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung dünner Binder einer Dicke unterhalb 200 &mgr;m aus einer Al-Fe-Si-Legierung der Zusammensetzung (in Gew.-%) von Si: 1,0–1,5, Fe: 1,0–1,5, Cu: < 0,2, Mn: < 0,1, weiteren Elementen jeweils < 0,05 und insgesamt < 0,15 und dem Rest aus Al mit vorzugsweise einem SiFe-Verhältnis ≥ 0,95, wobei man ein erstes Band entweder durch senkrechtes halbkontinuierliches Gießen einer Platte und Laminieren in der Wärme oder durch kontinuierliches Gießen und gegebenenfalls anschließendes Laminieren in der Wärme, durch Kaltlaminieren des ersten Bandes bis zur endgültigen Dicke gegebenenfalls mit einer Zwischenglühstufe von 2 bis 20 h bei einer Temperatur von 250 bis 350 und vorzugsweise von 280 bis 340°C und durch eine Endglühstufe bei einer Temperatur von 200 bis 370°C herstellt.

Die Folien oder dünnen Bänder gemäß der Erfindung werden aus Legierungen 8000 AlSiFe, praktisch ohne Mangan, mit einem typischen Gehalt von weniger als 0,1% Mn hergestellt. Die Gehaltsmengen an Eisen und Silizium sind signifikant mehr erhöht als in den Legierungen 8011 und 8111, die AlSiFe-Legierungen für derzeit am häufigsten verwendete dünne Folien ohne Mangan darstellen. Ein bevorzugter Zusammensetzungsbereich betrifft eine Legierung mit 1,1 bis 1,3% Silizium und 1,0 bis 1,2% Eisen.

Die Legierungen gemäß der Erfindung müssen vorzugsweise eine solche Zusammensetzung aufweisen, dass das Si/Fe-Verhältnis der jeweiligen Gehaltsmengen an Silizium und Eisen ≥ 0,95 ist. Sie weisen im ausgeglühten Zustand (Zustand O) eine für Legierungen dieser Zusammensetzung ungewöhnlich gute mechanische Beständigkeit mit einer Bruchbeständigkeit R_m > 110 MPa, und zwar von 115 MPa für Dickenwerte > 9 &mgr;m und > 100 MPa für Dickenwerte von 6 bis 9 &mgr;m, sowie eine herkömmliche Elastizitätsgrenze bei 0,2% R_{0 , 2} > 70 MPa auf. Diese erhöhte mechanische Beständigkeit wird nicht auf Kosten der Formbarkeit erzielt, denn, bezogen auf die Legierungen 8011 oder 8111, sind die Dehnungswerte mindestens gleich und die Werte für den Spaltungsdruck erhöht.

Diese erhöhten mechanischen Eigenschaften werden sowohl für Bänder, die aus Platten erzeugt werden, die durch herkömmliches senkrechtes halbkontinuierliches Gießen und Laminieren in der Wärme erzeugt werden, als auch für Bänder erzielt, die durch kontinuierliches Gießen entweder zwischen Riemen ("Riemen-Gießen") oder zwischen Zylindern ("Walzen-Gießen") erzeugt werden. Auf das kontinuierliche Gießen zwischen Riemen folgt ebenfalls eine Laminierung in der Wärme.

Die in der Wärme laminierten Bänder oder die im Fall des kontinuierlichen Gießens zwischen Zylindern roh gegossenen Bänder werden gegebenenfalls bei niedrigeren Temperaturen (von 450 bis 500°C) homogenisiert, um die Zentralsegregation zu verringern, die eine Herabsetzung der Formbarkeit beim endgültigen Dickenwert verursachen kann. Diese Wärmebehandlung bei niedrigerer Temperatur reicht hin, eventuelle Zentralsegregationen in diesen Legierungen ohne Mangan zu resorbieren. Die Bänder werden dann im erkalteten Zustand entweder bis zur Enddicke oder bis zu einer Zwischendicke von 0,5 bis 5 mm laminiert, bei der sie einer Zwischenglühstufe unterzogen werden. Im Gegensatz zu den Legierungen mit Mangan ist es möglich, eine Zwischenglühstufe bei relativ niedrigen Temperaturen von 250 bis 350 und vorzugsweise von 280 bis 340°C über eine Dauer von mehr als 2 h durchzuführen. Ein solcher Temperaturbereich, sei er auch in der Literatur und insbesondere in der weiter oben bereits genannten WO 02/064 848 beschrieben, liegt unterhalb des üblichen Bereichs, der oberhalb 400°C liegt.

Die Anmelderin hat festgestellt, dass die Durchführung von Wärmebehandlungen bei niedrigereren Temperaturen gegebenenfalls ohne die Zwischenglühstufe an einer AlFeSi-Legierung und ganz besonders an einer solchen Zusammensetzung, worin Si/Fe ≥ 0,95 gilt, zu einer deutlich verbesserten mechanischen Beständigkeit um mindestens 50% führt, bezogen auf die üblichen Zwischenglühstufen. Diese überlegene mechanische Beständigkeit wird bei gleichzeitiger Verbesserung der Formbarkeit gemäß Messung des Spaltungsdrucks oder der Kuppenhöhe gemäß der ISO-Norm 2758 erzielt.

Die Endglühstufe wird bei einer Temperatur von 200 bis 370°C über eine Dauer von 1 bis 72 h durchgeführt. Die Dauer der Glühstufe hängt von der Qualität der Entfettung der Folie ab. Man erhält nach der Endglühstufe eine Feinkornstruktur mit einer mittleren Korngröße unterhalb 3 &mgr;m gemäß Messung mit Rasterelektronenmikroskop-Bildanalyse.

Sowohl eine Homogenisierung bei tieferen Temperaturen oder ohne Homogenisierung wie auch eine Zwischenglühstufe bei tieferen Temperaturen oder ohne eine solche erweisen sich, zusätzlich zum wirtschaftlichen Vorteil, als günstig zur Erzielung feiner Korngrößen. Die Korngröße wird um ca. 30% gegenüber Wärmebehandlungen bei höheren Temperaturen verringert, was somit zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften R_{0 , 2} und R_m führt, die für dünne Dickenwerte mit der Zahl aggregierter Körner zusammenhängen. Dieser Gewinn entsteht nicht auf Kosten der Dehnung, denn die Steigerung der Körnerzahl in der Dicke schränkt auch das Beschädigungsrisiko ein, das in einem oder zwei einzigen Körnern der Foliendicke steckt.

Die dünnen Folien gemäß der Erfindung eignen sich ganz besonders für Anwendungen, für die gleichzeitig eine gute mechanische Beständigkeit und eine verbesserte Formbarkeit erforderlich sind, wie z.B. zur Herstellung komplexer Mehrfachschichten, insbesondere zur Verpackung von Frischprodukten mit Foliendeckeln, für Abdichthauben oder für Aluminiumfolien für den Hausgebrauch.

Zur Darlegung der Effekte der Legierungszusammensetzung stellt man durch kontinuierliches Gießen zwischen Zylindern zwei 6,1 mm dicke Bänder aus Legierungen A gemäß der Erfindung und B des Typs 8111 her, deren Zusammensetzung (in Gew.-%) in Tabelle 1 angegeben ist:

Die Bänder werden im Kalten bis zu einer Dicke von 2 mm laminiert und dann einer Zwischenglühstufe über 5 h bei 320°C unterzogen. Die Bänder werden dann im Kalten bis zu einer endgültigen Dicke von 38 &mgr;m mehrfach laminiert. Sie werden dann einer Endglühstufe über 40 h bei 270°C unterzogen.

In jedem Fall werden die mechanischen Eigenschaften gemessen: die Bruchbeständigkeit R_m (in MPa), die herkömmliche Elastizitätsgrenze bei 0,2% R_{0 , 2} und die Dehnung A (in %) gemäß der Norm NF-EN 546-2 sowie den Spaltungsdruck an der Luft Pe (in kPa) gemäß der ISO-Norm 2758 und die Kuppenhöhe Hd (in mm). Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben:

Man stellt fest, dass, im Gegensatz zur Legierung B vom Typ 8111, die Bruchbeständigkeit des Bandes aus der Legierung A deutlich über 110 MPa und die elastische Grenze über 70 MPa liegen. Außerdem sind der Spaltungsdruck und die Dehnung ebenfalls überlegen, und zwar so, dass diese Legierung gleichzeitig beständig und formbar ist.

Man gießt durch kontinuierliches Gießen zwischen Zylindern ein Band aus der Legierung A des Beispiels 1 in einer Dicke von 6,1 mm. Das Band wird dann im Kalten bis zu einer Dicke von 2 mm laminiert. Eine Partie des Bandes ist einer üblichen Zwischenglühstufe für eine Legierung dieses Typs über 5 h bei 500°C unterzogen worden. Die andere Partie des Bandes ist der Zwischenglühstufe gemäß der Erfindung über 5 h bei 320°C unterzogen worden. Die beiden Partien des Bandes sind dann im Kalten bis zu einer Enddicke von 10,5 &mgr;m mehrfach laminiert worden. Sie sind dann einer Endglühstufe über 40 h bei 270°C unterzogen worden.

Die gleichen Eigenschaften wie in Beispiel 1 wurden gemessen, deren Werte in Tabelle 3 angegeben sind:

Man stellt fest, dass die Absenkung der Temperatur der Zwischenglühstufe gleichzeitig zu einer Steigerung der mechanischen Beständigkeit, der Dehnung, der Spaltungsbeständigkeit und der Formbarkeit führt.

Die mittlere Korngröße gemäß Messung mit Rasterelektronenmikroskop-Bildanalyse beträgt 3,6 &mgr;m für die Glühstufe bei 470°C und 2,3 &mgr;m für die Glühstufe bei 320°C. Die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften für die Glühstufe bei niedrigereren Temperaturen hängt somit mit der Verringerung der nach der Endglühstufe erhaltenen Korngröße zusammen.