AT217720B - Verfahren zur Herstellung von Metallegierungen - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Herstellung von Metallegierungen 
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Entdeckung, dass durch   extrem energiereiche Gamma-Be-   strahlung im   Bereich von etwa 100 - 400   Millionen R. gewisse Veränderungen in der Struktur und den Eigenschaften von Metallen und Metallverbindungen, gegebenenfalls unter Bildung negativer Ionen, hervorgerufen werden. 



   Diese Veränderungen können verschiedener Art sein. So kann die Packung der Metallatome derart geändert werden, dass entweder eine erhöhte Löslichkeit, höhere Duktilität und niedrigerer Schmelzpunkt durch eine lockerere Molekülanordnung erzielt wird, oder anderseits erhöhte Härte,   Sprödigkeit, hoher   Schmelzpunkt und dichteste Molekülpackung, erzielt wird. Der Unterschied zwischen diesen beiden Funktionen hängt ab von der Valenz, welche durch die Bestrahlung mit   100 - 400   M. R. oder höheren, zum Radioaktivmachen des behandelten Metalles jedoch noch nicht ausreichenden Dosen induziert wird. 



   Bei den Übergangselementen können Übergänge von   einer"d"-Bahn in eine"p"'-Bahn   festgestellt werden. 



   Die Überführung   einer" d" - Bahn   in   eine Bahn   lockert z. B. bei Nickel die dichte Packung des Nickelmolekiils und führt damit zu erhöhter Löslichkeit, grösseren Abständen zwischen den Molekülen und lockerer Packung mit niedrigerem Schmelzpunkt. 



   Bei elektronenarmen Verbindungen mit mehr Bahnen niedriger Energie als Valenzelektronen werden durch die Bestrahlung mit   100 - 400   M. R. die Bahnen niedriger Energie nutzbar gemacht, indem Bindungen selbst dann ausgebildet werden, wenn eine Kombination mit Atomen oder Gruppen erfolgt, die keine einsamen   Elektronenpaare   enthalten. In dieser Weise werden Bindungen bei Anwesenheit   von "überschüs-   sien" Bahnen delokalisiert, wodurch eine Vielzahl von Kombinationen resultieren kann. Systeme mit unausgenützten Bahnen niedriger Energie erleiden bei Bestrahlung mit   100 - 400   M. R. Bindungsverschiebungen unter Beeinflussung der physikalischen Eigenschaften. 



   Es wurde nun gefunden, dass diese durch Bestrahlung von Metallen oder Metallverbindungen mit etwa   100 - 400   M. R. hervorgerufenen Veränderungen höchst bedeutungsvolle technische Nutzanwendungen ermöglichen. Gemäss der Erfindung lässt sich die Herstellung von Metallegierungen dadurch sehr günstig gestalten, dass die Ausgangsstoffe, nämlich die Metalle selbst oder deren Verbindungen, wie z. B. Oxyde, vor ihrer Verarbeitung z.   B. nach Schmelz-, pulvermetallurgischen   oder Reduktionsverfahren einer Bestrahlung mit   100 - 400   M. R. unterworfen werden. 



   Ohne bereits auf eine erschöpfende theoretische Deutung für den einzelnen Fall eingehen zu können, liess sich feststellen, dass durch die vorherige Bestrahlung die Legierungsbildung nach den herkömmlichen Methoden glatter und bei niedrigeren Temperaturen als üblich durchgeführt werden kann und in vielen Fällen zu überraschenden und besseren Ergebnissen führt. 



   So zeigte es sich, dass durch Bestrahlung von Metallpulvern mit   100 - 400   M. R., Verpressen des Pulvers unter einem Druck von 1750 - 3500 kg/cm2 und anschliessendes Sintern ein höherer Grad von Kompaktheit erreichtwird als unterden gleichen Bedingungen ohne vorherige Bestrahlung, was auf eine engere metallische Bindung schliessen lässt. Durch die Bestrahlung des Metalles werden offenbar zusätzlich Elektronen verfügbar und es wird dadurch ein Zustand geschaffen, der die Legierungsbildung fördert. Die Fähigkeit zur Legierungsbildung ist ganz allgemein durch die Atomradien und die Anregungsenergien der Atome festgelegt, wobei jedoch der bestimmende Faktor die Zahl der anwesenden Valenzelektronen ist. 

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  Mit Erhöhung der Elektronenkonzentration, d. h. der Zahl der Valenzelelctronen pro Atom, wächst die Stabilität. Daher können die Eigenschaften von Legierungen durch die Beziehung zwischen dem höchsten besetzten Energieniveau und den Zonengrenzen wesentlich beeinflusst werden. Während nach den klassischen Regeln   der Valenzlehre   diese Vorgänge nicht vorhersagbar sind, wird bei dem erfindungsgemässen Verfahren die durch die Bestrahlung erzielte Erhöhung der Elektronenkonzentration zum vorherrschenden Faktor, unabhängig, um welche speziellen Metalle es sich handelt. 



   Jedenfalls konnte festgelegt werden, dass nach der Bestrahlung mit   100-400 M. R. zusammenge-   schmolzene Metalle bei Abkühlung eine homogene feste Lösung bilden, während sie normalerweise getrennt abgeschieden werden. 



   Durch die erfindungsgemässe Bestrahlung mit   100 - 400   M. R. wird es daher möglich, die Legierungbildung insbesondere zwischen schwer legierbaren Metallen zu fördern. So erfolgt die Legierungsbildung zwischen Lanthan, Caesium und Eisen, oder von Lanthan   mitcaesium. Wolfram und   Eisen, oder von Eisen mit Vanadium, Wolfram, Titan, Molybdän und Tantal, oder von gesintertem Aluminiumpulver mit Titan 
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 Cd-Te, Hg-Te, Al-As, Ga-As, Al-Sb, Ga-Sb, In-Sb werden nach Bestrahlung   mit100 - 400 M. R. leich-   ter gebildet. Die Herstellung der Legierungen kann durch Sintern unter Druck gemäss der pulvermetallurgischen Praxis erfolgen. 



   Auch die Verschweissung bzw. Kaltlötung unter Druck, z. B.   60 - 100   at, von schwer zu verbindenden Metallen, wie Kupfer und Aluminium, erfolgt leichter als üblich nach vorheriger Bestrahlung mit 100 - 400 M. R. Die Aluminium-Kupfer-Schweissstelle zeigt dabei im Zugversuch eine grössere Festigkeit als die einzelnen Metalle. 



   Die Erfindung ist auch auf die Herstellung von Metallegierungen aus den Metallverbindungen, z. B. den Oxyden, anwendbar. Vorzugsweise wird hiebei das feinpulverisierte Oxydgemisch in wässeriger Suspension der erfindungsgemässen Bestrahlung ausgesetzt.   Überraschenderweise zeigte   es sich, dass in manchen Fällen bereits eine blosse Erhitzung des bestrahlten Gemisches auf etwa 2000 C während mindestens einer Stunde genügt, um die Bildung einer Legierung zwischen den Metallkomponenten der Oxyde zu bewirken. Durch die Bestrahlung von Metalloxyden, gegebenenfalls in Gegenwart von Wasser, kann somit bereits eine zumindest teilweise Reduktion zum Metall bewirkt oder soweit begünstigt werden, dass sich die nachträgliche Behandlung mit einem Reduktionsmittel,   z.   B.

   Wasserstoff, entweder ganz erübrigt oder unter wesentlich milderen Bedingungen, insbesondere niedrigeren Temperaturen als normale durchführen lässt. 



   So wurde gefunden, dass Erze aus dem Sudbury Basin, welche auf eine für Flotation geeignete Teilchengrösse zermahlen und mit   100 - 400   M. R. bestrahlt worden waren, bei zirka 13200 C unter Bildung einer homogenen festen Lösung von metallischem Aussehen geschmolzen werden können. Dies ist umso beachtenswerter, als die Sudbury Basin-Erze Kupfer, Silizium, Calcium, Magnesium und Aluminium enthalten. Zweckmässig wird das gepulverte Erz nach der Bestrahlung zu einem kompakten Formkörper verdichtet und in dieser Form unter Wasserstoff erhitzt, wobei der Wasserstoff offenbar in erster Linie nur als Schutzgas wirken kann und die Reduktion bzw. die eigentliche Legierungsbildung zumindest zum Teil schon unter der Einwirkung der Bestrahlung stattgefunden haben muss oder durch diese auf eine bisher ungewöhnliche Art erleichtert wurde. 



   Wenngleich diese Vorgänge im einzelnen noch ungeklärt sind, bietet sich mit diesem Verfahren eine ganz neue einfache Methode zur Herstellung geformter Legierungskörper direkt aus den Ausgangserzen. Es wird dadurch möglich, das bestrahlte Erzpulver zu dem gewünschten Gegenstand zu verformen und durch Erhitzen des Formkörpers unter Wasserstoff die Metallegierung direkt indergewünschten Form zu erhalten. 



     Beispiel1 : 50g   Zirkonoxyd und 50 g Nickeloxyd werden in 100 g Wasser suspendiert und mit 200 M. R.   E./g bestrahlt.   Bei Erhitzen auf 2000 C während 16 Stunden bildet sich eine Legierung zwischen Zirkon und Nickel. 



   Beispiel 2 : 50 g Zirkonoxyd und 50 g Bleioxyd werden   in 100 g Wasser suspendiert und mit 100   M. R.   E. lg   bestrahlt. Bei Erhitzen auf   150 - 2200C während   24 Stunden bildet sich eine Legierung, welche möglicherweise die Verbindung   Zr-Pb     enthält,   Ähnliche legierungsartige Kombinationen können zwischen und mit den Metallen Zink und Zinn, Kupfer, Mangan, Kobalt, Quecksilber, Antimon, gebildet werden. Wird das Verfahren der Beispiele 1 und 2 ohne die erfindungsgemässe Bestrahlung durchgeführt, so findet keine Umsetzung der Oxyde statt. 



   Beispiel   3 : 40 g   Sudbury Basin-Erz, auf   Elotations-Teilchengrösse   zermahlen, wurden in 30 cms Wasser suspendiert. Das Ganze wurde mit 100 M. R. bestrahlt. Das Wasser wurde abzentrifugiert und das 

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 Pulver getrocknet. Letzteres wurde dann mit 2   %   Paraffin und 2 %   Stearinsäure   als Bindemittel vermischt und unter einem Druck von 1750   kg/cm2   unter Bildung eines Formkörpers verpresst. Der Körper wurde in einem Aluminiumoxydtiegel vom   Jolmson-Typ   im Wasserstoffstrom auf zirka 13200 C erhitzt. Etwas von der hiebei gebildeten Legierung diffundierte in die Tiegelwände. Der Rest der Legierung wurde aus dem Tiegel entfernt und erwies sich als hart, korrosionsbeständig und paramagnetisch. Sie eignet sich z.

   B. für Überzüge auf andern Metallen, keramischen Beton-und Glasmassen. 



   Beispiel 4 : Eine Mischung gleicher Gewichtsteile von pulverisiertem Eisen, Titan und Vanadium wurde unter einem Druck von 60 at, und bei einer Temperatur von 10000 C zu zwei Scheiben gleicher Grösse verpresst. Die eine Scheibe wurde während des Pressvorganges einer Bestrahlung mit 200 M. R. pro Gramm ausgesetzt. Sie widerstand einer Scherbeanspruchung von 1400 kg/cm2. Die andere Scheibe wurde nicht bestrahlt und zerbröckelt leicht zu einem der Ausgangsmischung entsprechenden Pulver. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Verfahren zur Herstellung von   Metallegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass   die Ausgangsstoffe, Metalle oder deren Verbindungen wie z. B. die Oxyde, vor ihrer Verarbeitung z. B. nach Schmelz-, pulvermetallurgischem oder Reduktionsverfahren einer Bestrahlung mit   100 - 400   Millionen   R. unterworfen   werden.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung in wässeriger Suspension erfolgt.