Transient temperatures and microstructure of spray formed aluminium alloy Al‐Si sheets
Authors: Achelis L. , Uhlenwinkel V. , Ristau R. , Krug P. 
Published: July 2010

Spray forming of billets is frequently used in research and industry to produce homogenous materials with very low porosity and a fine microstructure. This is possible because the deposit surface temperature approaches steady state soon after the process has begun. Totally different conditions arise during the spray forming of sheets because the deposition conditions change over deposit thickness. The deposit surface temperature is governed by the initial substrate temperature and thus, in the first deposition layers in the vicinity of the substrate, an increased porosity and inhomogeneous microstructure is observed. An investigation of optimized parameters – to achieve improved material properties of spray formed sheets – is difficult without a better understanding of the heat flow during the process. Therefore, theoretical and experimental investigations on the thermal history of spray‐formed aluminium alloys were carried out. A pre‐heated substrate, 250 mm wide and 600 mm long, is moved below a scanning atomizer nozzle to generate a flat product with a 5–20 mm thick deposit layer. The transient temperature of the deposit was measured and compared with their microsections. The parameters: initial temperature, thickness, and additional gas cooling, were varied to show the effect on the transient temperatures in the deposit and the substrate. The maximum substrate temperature is an indicator of the dispersoid size. A preheating temperature of about 400°C and a thick substrate of 30 mm lead to a fine microstructure with less porosity.

Das Sprühkompaktieren von Bolzen wird heutzutage zur Herstellung von nahezu porenfreiem, homogenem Material eingesetzt. Dieses ist durch stationäre Oberflächentemperaturen, die sich kurz nach Prozessbeginn einstellen, möglich. Während des sprühkompaktierens von Flachprodukten verändern sich die Auftreffbedingungen bezogen auf die Depositdicke und sind somit nicht mit dem Bolzen vergleichbar. Die Oberflächentemperatur ist beeinflusst von der anfänglichen Substrattemperatur und demzufolge kann eine erhöhte Porosität und inhomogene Mikrostruktur in den ersten Depositschichten beobachtet werden. Eine Untersuchung von Prozessparametern, um verbesserte Materialeigenschaften zu erzeugen, ist, ohne ein besseres Verständnis des Wärmestroms im Substrat und Deposit, schwierig. Deshalb wurden theoretische und experimentelle Untersuchungen der thermischen Bedingungen von sprühkompaktierten Flachprodukten durchgeführt. Dabei wurde ein vorgeheiztes Substrat (250 mm breit und 600 mm lang) durch die Sprühkompaktieranlage bewegt und mittels des scannenden Zerstäubers wurden Flachprodukte hergestellt (Dicke 5–20 mm). Die transiente Temperatur wurde gemessen und mit Schliffen (Mikrostruktur) verglichen. Die Parameter: Anfangstemperatur, Substratdicke und zusätzliche Gasbeaufschlagung wurden variiert um deren Effekt auf die Substrat‐ und Deposittemperatur zu zeigen. Die maximale Substrattemperatur ist ein Indikator für die Dispersoidgröße. Eine Vorheiztemperatur von ca. 400°C und eine Substratdicke von 30 mm führten zu einer feinen Mikrostruktur und geringer Porosität.