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Verfahren zur Verbindung von Eisen oder Eisenlegierungen mit
Gegenständen aus Kohlenstoff
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von Eisen oder Eisenlegierungen mit Gegenständen aus Kohlenstoff.
Es ist bekannt, dass, wenn man einen Stahl mit Kohlenstoff, insbesondere Graphit, bei einer Temperatur über 12000 C in direkte Berührung bringt, dank der Bildung von Carbiden, zum grossen Teil von Eisenkarbid, eine Verbindung der beiden Körper auftritt. Das Eisenkarbid besitzt aber einen von jenem des Kohlenstoffes bzw. Graphits sehr verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten. Daraus ergeben sich in allen Fällen beim Abkühlen Risse in der Verbindungszone und Schuppen- oder Splitterbildung im Graphit in der Nachbarschaft dieser Verbindung.
Es ist auch weiters schon bekannt, eine Verbindung von Eisen oder Eisenlegierungen mit Gegenständen aus Kohlenstoff unter Vermittlung einer Schwermetallkarbidschicht herzustellen (s. z. B. brit.
Patentschrift Nr. 760,246). Nach diesem bekannten Verfahren wird zur Ausbildung der Zwischenschicht ein pulverförmiges Material verwendet. Die Folge davon ist, dass praktisch die gesamte Zwischenschicht aus Karbid besteht. Es treten somit auch hier die oben aufgezeigten Nachteile auf.
Es wurde nun ein Verfahren entwickelt, mittels dessen den vorstehend geschilderten Nachteilen abgeholfen werden kann.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von Eisen oder Eisenlegierungen mit Gegenständen aus Kohlenstoff unter Vermittlung einer Schwermetallkarbidschicht, die durch Wärmebehandlung der mit dem Schwermetall bedeckten Oberfläche des Gegenstandes aus Kohlenstoff bei Karbidbildungstemperatur gebildet wird, worauf die Oberfläche des Gegenstandes aus Eisen oder einer Eisenlegierung mit dieser karbidischen Zwischenschicht verbunden wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Oberflä- ehe des Gegenstandes aus Kohlenstoff mit einer dichten metallischen Zwischenschicht aus dem karbidbildenden Schwermetall aus der die Metalle, Zirkon, Titan, Molybdän, Wolfram, Tantal, Vanadium und Chrom umfassenden Gruppe der Übergangsmetalle bzw.
deren Legierungen in Berührung gebracht, wenigstens die Berührungszone auf Karbidbildungstemperatur, die in der Grössenanordnung des Schmelzpunktes des die Zwischenschicht bildenden Metalles liegt, erhitzt wird, worauf die freie Oberfläche der gebildeten Zwischenschicht, die im wesentlichen karbidfrei geblieben ist, mit der Oberfläche des damit zu verbindenden Gegenstandes aus Eisen oder der Eisenlegierung in Berührung gebracht und beide auf eine Temperatur erhitzt werden, die mindestens gleich der Schmelztemperatur einer Legierung aus Eisen bzw. der Eisenlegierung und dem karbidbildenden Metall der Zwischenschicht ist.
Das Verfahren gemäss der Erfindung umfasst im einzelnen folgende Schritte :
Eine Oberfläche eines Kohlenstoffkörpers und eine Oberfläche einer metallischen Zwischenschicht werden eng aneinandergelegt und ihre Berührungszone auf eine Temperatur erhitzt, die wenigstens gleich
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der Kohlungstemperatur dieses metallischen Materiales und vorzugsweise nahe seiner Schmelztemperatur ist ; dann wird diese metallische Zwischenschicht mit Eisen oder einer Eisenlegierung zusammengebracht und die einander so gegenüberliegenden Oberflächen werden auf eine Temperatur gebracht, die mindestens gleich der Schmelztemperatur einer Legierung ist, die aus Eisen oder der Eisenlegierung und
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verbunden werden.
Die Temperatur der Hartlötung zwischen Kohlenstoffkörper und Metallzwischenschicht kann je nach dem Schmelzpunkt dieses Metalles verschieden sein und liegt vorzugsweise zwischen etwa 1700 und 2800 C.
Das Erhitzen wird vorzugsweise in einer nicht oxydierenden, nicht hydrierenden, nicht nitrierenden und/oder nicht karburierenden Atmosphäre durchgeführt und insbesondere unter Vakuum oder in Gegenwart eines inerten Gases, wie Argon oder Helium, oder einer Mischung dieser Gase. Gegebenenfalls werden die äusseren Oberflächen des Kohlenstoffkörpers und/oder der metallischen Zwischenschicht durch irgendein bekanntes Mittel gegen eine oxydierende, hydrierende, nitrierende und/oder karburierende Wirkung bei hoher Temperatur geschützt.
Die Temperatur der Verbindungszone zwischen metallischer Zwischenschicht und dem Eisen oder der Eisenlegierung wird in Abhängigkeit von der Schmelztemperatur einer Metallegierunggewählt, die aus den dort vorhandenen Elementen besteht, und ist wenigstens gleich 10000 C und vorzugsweise niedriger als 18000 C.
Gemäss der Erfindung verwendet man als metallische Zwischenschicht ein Metall wie Zirkon, Titan, Wolfram, Molybdän, Niob, Tantal, Vanadium, Chrom und deren Legierungen.
Es wurde festgestellt, dass die Hartlötung zwischen den Gegenständen aus Kohlenstoff und metallischer Zwischenschicht auf verschiedene Weise bewirkt werden kann. Eine davon besteht darin, dass man auf die zu verlötende Kohlenstoffkörperoberfläche ein Plättchen metallischen Materials auflegt und dass die so erhaltene Berührungsfläche auf eine im vorstehenden definierte Temperatur gebracht wird. Das metallische Material kann auch in flüssiger Phase auf die harzulötende Kohlenstoffkörperoberfläche aufgebracht werden. Das metallische Material kann auf die Oberfläche des Kohlenstoffkörpers überhaupt durch jedes andere Mittel aufgetragen werden, wie z. B. durch einen Niederschlag eines Dampfes dieses metallischen Materials, durch thermische Zersetzung einer chemischen Verbindung, die wenigstens ein metallisches Material enthält, durch elektrolytischen Niederschlag usw.
Es ist ersichtlich, dass das Inbe- rührungbringen des Kohlenstoffkörpers mit dem metallischen Material und die Hartlötung gemäss der Erfindung nacheinander oder ohne Unterbrechung hintereinander durchgeführt werden, je nachdem, ob dieses Material anfangs in fester, flüssiger oder gar Dampfform eingesetzt wird.
Zwischen die Oberfläche des metallischen Materials und jene des Eisens oder der Eisenlegierung legt man eine Einlage einer Legierung ein, die aus denselben Bestandteilen wie die Berührungszone besteht oder ausserdem noch andere Bestandteile enthält, jedoch bei einer analogen Temperatur schmilzt ; dies ist auf verschiedene Weise durchführbar, wie vorstehend für die metallische Zwischenschicht beschieben wurde. Das heisst, dass die Einlage aus der Legierung als metallisches Material Eisen oder eine Eisenlegierung in fester Form oder in flüssiger oder gar dampfförmiger Phase aufgebracht werden kann.
Man kann die Verbindung des metallischen Materials mit dem Eisen oder der Eisenlegierung auch ohne eine Zwischenlage durch Annäherung des metallischen Materials und des Eisens oder der Eisenlegierung bis zur Berührung der zu vereinigenden Oberflächen bewirken.
Das Hartlöten der metallischen Zwischenschicht an den Kohlenstoffkörper und das Verbinden derselben mit dem Eisen oder der Eisenlegierung können gleichzeitig im Zuge eines einzigen Arbeitganges oder nacheinander im Verlauf von zwei getrennten Arbeitsgängen ausgeführt werden.
Die im Zug der verschiedenen Arbeitsgänge verwendete Erhitzung kann durch jedes passende, an sich bekannte Mittel bewirkt werden, wie z. B. Hochfrequenz-Induktion, Wärmestrahlung u. a. von der Sonne oder einem elektrischen Lichtbogen unter Zwischenschaltung eines optischen Systems, Erhitzung mit elektrischem Lichtbogen, der zwischen zwei Elektroden überspringt, von denen die eine aus einem metallischen Material, wie Wolfram oder Molybdän, besteht und die andere von dem zu behandelnden Material gebildet wird, Erhitzen durch ein Bündel von Elektronen im Vakuum, die auf die Oberfläche des zu erhitzenden Materials gerichtet sind. Das Erhitzen kann überhaupt durch jedes Mittel erzielt werden, das eine ausreichende Energiemenge zum Erreichen der vorstehend angegebenen Arbeitstemperaturen konzentrieren kann.
Das erfindungsgemäss erhaltene Erzeugnis besteht aus einem Kohlenstoffkörper, metallischer Zwi-
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schenschicht und Eisen oder einer Eisenlegierung. Dieser Kohlenstoffkörper kann unter anderem Koks, amorpher Kohlenstoff und vorzugsweise Graphit sein : die metallische Zwischenschicht ist eine solche, wie vorstehend beschrieben wurde ; die gemäss der Erfindung eingesetzte Eisenlegierung kann irgendein Kohlenstoffstahl, jeder nicht oxydierbare Stahl sein, wie beispielsweise, ohne dass diese Aufzählung erschöpfend wäre, Chrom-, Nickel-, Molybdän- usw. -stähle, ferner andere Ferrolegierungen, wie Ferro-Vanadium, Ferro-Wolfram usw.
Es wurde weiters gefunden, dass das Verfahren zum Verbinden von Eisen oder einer seiner Legierun- gen mit Gegenständen aus Kohlenstoff gemäss der Erfindung es gestattet, Stücke der verschiedensten Form miteinander zu verbinden, wie z. B., ohne dass diese Aufzählung begrenzend wäre, Zylinder, Platten, Rippen usw.
Die erfindungsgemäss erhaltenen Erzeugnisse haben ein sehr weites Anwendungsgebiet. Als Beispiele können folgende Anwendungen genannt werden, ohne dass dies jedoch als begrenzend angesehen werden dürfte, ganz besonders im Bereich der Verwendungen bei hoher Temperatur, wo die Materialverwendung guten Widerstand gegen Hitze und gegen thermische Stösse erfordert : im Bereich der elektrischen Industrie, z. B. bei der Schmelzflusselektrolyse, im Bereich der Kernenergie, in der Flugzeugindustrie und für den Weltraumflug.
Die folgenden Beispiele, die in keiner Weise beschränkend sind, werden zu dem Zweck angeführt, verschiedene Gegenstände der Erfindung zu erläutern : Beispiel l : In ein lotrechtes Quarzrohr von 50 mm Durchmesser führt man einen Graphitzylinder von 20 mm Durchmesser ein und legt auf ein Ende des letzteren ein Plättchen von 1 mm Dicke aus Zirkon. Dann stellt man im Apparat ein Vakuum mit einem Druck von weniger als 10 4 mm Hg her.
Hierauf schreitet man zum sehr lokalisierten Erhitzen der Berührungsfläche Graphit-Zirkon mittels einer Spirale, die von einem Induktionsstrom von 300 000 Hertz durchflossen ist, so dass in 10 sec 19000 C erreicht werden. Man hält diese Temperatur durch 20 sec aufrecht.
Diese Dauer ist ausreichend, um die Karburierung zu erzielen, aber kurz genug, um zu vermeiden, dass sich das Zirkon, das ein starker Getter ist, übermässig verunreinigt. Dann lässt man vollkommen abkühlen.
Dann bringt man auf die freie Oberfläche des Zirkons einen Zylinder aus nicht oxydierbarem Stahl mit 18go Nickel und 80/0 Chrom von 20 mm Durchmesser, der mit dem Graphit zu vereinigen ist. Eine Führungsvorrichtung gestattet es, die genaue Ausrichtung der beiden Zylinder während der folgenden Arbeitsgänge einzuhalten.
Man erhöht die Temperatur der Berührungsfläche Zirkon-Stahl auf 14000 C. Es bildet sich die Legierung aus nicht oxydierbarem Stahl und Zirkon und sie schmilzt in wenigen Sekunden. Man stellt die Heizung ab. Die so gebildete Lötstelle hat eine grössere Widerstandsfähigkeit als der Graphit. Sie kann ohne Schaden wiederholten Temperaturkreisläufen von grosser Amplitude ausgesetzt werden.
Beispiel 2: Es handelt sich um das Hartlöten Rand-an-Rand einer Graphitplatte mit einer Platte aus nicht oxydierbarem Stahl mit einer Dicke von 1 cm unter Vermittlung von Molybdän.
Man bringt an den Rändern der Platte aus nicht oxydierbarem Stahl und jener aus Graphit je eine Abschrägung von 5 bis 6 mm bzw. Tiefe an.
Die folgenden Arbeitsgänge werden mit Hilfe eines Lichtbogenschweissgerätes mit einer Molybdänelektrode von 8 mm Durchmesser unter Argonatmosphäre ausgeführt.
Unter Anwendung einer sehr grossen Stromstärke bringt man auf die abgeschrägte Fläche des Graphits, die vorher auf Rotglut gebracht wurde, eine Schicht flüssigen Molybdäns auf. Der mit dem Graphit in Berührung kommende Teil des Molybdäns karburiert sich in einigen Sekunden.
Man vermindert die Stromstärke des Lichtbogens auf den 3.-4. Teil ihres Anfangswertes.
Um die Verbindung Molybdän-nicht oxydier barer Stahl herzustellen, wird die Platte aus dem nicht oxydierbaren Stahl der mit Molybdän bedeckten Graphitplatte genähert. Dann gibt man ein Stäbchen
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stellt.
Beispiel 3 : Eine Oberfläche von Graphit von grosser Dicke und ein Stück aus Ferro-Vanadium sind unter Zwischenschaltung von Titan zu verbinden. Die Arbeit wird unter Vakuum in einem Lichtbogenofen, der mit einer Wolfram-Elektrode versehen ist, ausgeführt.
Ein 2 mm dickes Plättchen aus Titan wird waagrecht auf die Graphitoberfläche gelegt. Die Länge und die Breite des Plättchens sind so gewählt, dass nach dem Schmelzen des Plättchens die Schmelze Abmessungen aufweist, die jene des Stückes aus Ferro-Vanadium um 10 mm überschreiten.
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Man führt die Gesamtheit Graphit-Titan in den Ofen ein, wo man einen Druck in der Grössenordnung einiger Mikron herstellt.
Man zündet den Lichtbogen und regelt seine Stärke ausreichend stark ein, so dass eine schnelle Schmelzung des kleinen Titanplättchens bei 18000 C auf der Oberfläche des Graphits eintritt. Dann wird die Heizung abgestellt.
Hierauf legt man auf die freie Oberfläche des Titans das Stück aus Ferro-Vanadium, das man mit einer Last von ungefähr 1 kg/cm2 beschwert.
Man lässt den Lichtbogen überspringen, wobei man ihn durch Bewegen der Wolframelektrode auf der Berührungsfläche Ferro-Vanadium-Titan verschiebt, und erzeugt so eine Raupe einer Legierung FerroVanadium-Titan, die im Bereich von 14500 C schmilzt.
Beispiel 4 : Es sind Rippen aus nicht oxydierbarem Stahl mit einem Graphitzylinder längs seiner äusseren Erzeugenden mittels Zirkon als Metallzwischenschicht zu verbinden.
Der Arbeitsvorgang ist analog jenem im Beispiel 3.
Man legt ein Plättchen aus Zirkon auf die Oberfläche des Graphits. Man gibt das Ganze in einen Vakuumofen, der durch Elektronenbombardement geheizt wird und mit Einrichtungen versehen ist, mittels welchen die zu lötenden Zonen langsam unter dem Elektronenbündel verschoben werden können.
Der Arbeitsdruck ist in der Grössenordnung von 10- mm Hg. Die Hartlötung wird bei gegen 1900 bis 20000 C ausgeführt.
Die Berührungsfläche Zirkon - nicht oxydierender Stahl wird auf ungefähr 14000 C gebracht, was die Legierung Zirkon-nichtoxydierender Stahl schmelzen lässt. Auf diese Weise kann die Verbindung des Graphitzylinders mit den Rippen aus nicht oxydierbarem Stahl hergestellt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1, Verfahren zur Verbindung von Eisen oder Eisenlegierungen mit Gegenständen aus Kohlenstoff unter Vermittlung einer Schwermetallkarbidschicht, die durch Wärmebehandlung der mit dem Schwermetall bedeckten Oberfläche des Gegenstandes aus Kohlenstoff bei Karbidbildungstemperatur gebildet wird, worauf die Oberfläche des Gegenstandes aus Eisen oder einer Eisenlegierung mit dieser karbidischen Zwischenschicht verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Gegenstandes aus Kohlenstoff mit einer dichten metallischen Zwischenschicht aus dem karbidbildenden Schwermetall aus der die Metalle, Zirkon, Titan, Molybdän, Wolfram, Tantal, Vanadium und Chrom umfassenden Gruppe der Übergangsmetalle bzw.
deren Legierungen in Berührung gebracht, wenigstens die Berührungszone auf Karbidbildungstemperatur, die in der Grössenanordnung des Schmelzpunktes des die Zwischenschicht bildenden Metalls liegt, erhitzt wird, worauf die freie Oberfläche der gebildeten Zwischenschicht, die im wesentlichen karbidfrei geblieben ist, mit der Oberfläche des damit zu verbindenden Gegenstandes aus Eisen oder der Eisenlegierung in Berührung gebracht und beide auf eine Temperatur erhitzt werden, die mindestens gleich der Schmelztemperatur einer Legierung aus Eisen bzw. der Eisenlegierung und dem karbidbildenden Metall der Zwischenschicht ist.
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Process for joining iron or iron alloys with
Objects made of carbon
The invention relates to a method for joining iron or iron alloys with objects made of carbon.
It is known that if a steel is brought into direct contact with carbon, in particular graphite, at a temperature above 12000 C, a bond between the two bodies occurs thanks to the formation of carbides, largely iron carbide. Iron carbide, however, has a coefficient of expansion that is very different from that of carbon or graphite. In all cases, this results in cracks in the connection zone and the formation of flakes or splinters in the graphite in the vicinity of this connection during cooling.
It is also already known to combine iron or iron alloys with objects made of carbon by means of a heavy metal carbide layer (see e.g. brit.
Patent No. 760,246). According to this known method, a powdery material is used to form the intermediate layer. The consequence of this is that practically the entire intermediate layer consists of carbide. The disadvantages indicated above thus also occur here.
A method has now been developed by means of which the disadvantages described above can be remedied.
The invention relates to a method for joining iron or iron alloys to objects made of carbon by means of a heavy metal carbide layer which is formed by heat treatment of the surface of the object made of carbon which is covered with the heavy metal at carbide formation temperature, whereupon the surface of the object made of iron or an iron alloy with this carbidic intermediate layer is connected, which is characterized in that the surface before the object made of carbon with a dense metallic intermediate layer of the carbide-forming heavy metal from the group of transition metals comprising the metals, zirconium, titanium, molybdenum, tungsten, tantalum, vanadium and chromium or.
their alloys are brought into contact, at least the contact zone is heated to carbide formation temperature, which is in the order of magnitude of the melting point of the metal forming the intermediate layer, whereupon the free surface of the intermediate layer formed, which has remained essentially free of carbide, with the surface of the metal to be joined Objects made of iron or the iron alloy are brought into contact and both are heated to a temperature which is at least equal to the melting temperature of an alloy made of iron or the iron alloy and the carbide-forming metal of the intermediate layer.
The method according to the invention comprises the following individual steps:
A surface of a carbon body and a surface of a metallic intermediate layer are placed close to one another and their contact zone is heated to a temperature which is at least equal
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the carbonization temperature of this metallic material and preferably close to its melting temperature; then this metallic intermediate layer is brought together with iron or an iron alloy and the surfaces so opposite to one another are brought to a temperature which is at least equal to the melting temperature of an alloy made of iron or the iron alloy and
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get connected.
The temperature of the brazing between the carbon body and the metal intermediate layer can vary depending on the melting point of this metal and is preferably between about 1700 and 2800 C.
The heating is preferably carried out in a non-oxidizing, non-hydrogenating, non-nitriding and / or non-carburizing atmosphere and in particular under vacuum or in the presence of an inert gas such as argon or helium, or a mixture of these gases. If necessary, the outer surfaces of the carbon body and / or the metallic intermediate layer are protected against an oxidizing, hydrating, nitriding and / or carburizing effect at high temperature by any known means.
The temperature of the connection zone between the metallic intermediate layer and the iron or iron alloy is chosen as a function of the melting temperature of a metal alloy consisting of the elements present there and is at least 10,000 C and preferably lower than 18,000 C.
According to the invention, a metal such as zirconium, titanium, tungsten, molybdenum, niobium, tantalum, vanadium, chromium and their alloys is used as the metallic intermediate layer.
It has been found that the brazing between the articles of carbon and metallic interlayer can be effected in a number of ways. One of these consists in placing a plate of metallic material on the surface of the carbon body to be soldered and bringing the contact surface thus obtained to a temperature defined above. The metallic material can also be applied in the liquid phase to the carbon body surface to be resin-soldered. The metallic material can be applied to the surface of the carbon body by any other means at all, such as e.g. B. by precipitation of a vapor of this metallic material, by thermal decomposition of a chemical compound containing at least one metallic material, by electrolytic precipitation, etc.
It can be seen that the carbon body is brought into contact with the metallic material and the brazing according to the invention is carried out one after the other or without interruption, depending on whether this material is initially used in solid, liquid or even vapor form.
Between the surface of the metallic material and that of the iron or iron alloy, an insert of an alloy is placed, which consists of the same components as the contact zone or also contains other components, but melts at an analogous temperature; this can be carried out in various ways, as was described above for the metallic intermediate layer. This means that the inlay made of the alloy can be applied as a metallic material iron or an iron alloy in solid form or in a liquid or even vapor phase.
The connection of the metallic material with the iron or the iron alloy can also be brought about without an intermediate layer by bringing the metallic material and the iron or the iron alloy closer together until the surfaces to be combined come into contact.
The brazing of the metallic intermediate layer to the carbon body and the joining of the same with the iron or the iron alloy can be carried out simultaneously in the course of a single operation or in succession in the course of two separate operations.
The heating used in the train of the various operations can be effected by any suitable means known per se, such as e.g. B. high frequency induction, thermal radiation and. a. from the sun or an electric arc with the interposition of an optical system, heating with an electric arc that jumps between two electrodes, one of which is made of a metallic material such as tungsten or molybdenum and the other is formed by the material to be treated, Heating by a bundle of electrons in a vacuum that are directed towards the surface of the material to be heated. The heating can be achieved by any means which can concentrate a sufficient amount of energy to achieve the working temperatures given above.
The product obtained according to the invention consists of a carbon body, metallic intermediate
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layer and iron or an iron alloy. This carbon body can be, among others, coke, amorphous carbon and preferably graphite: the metallic intermediate layer is such as has been described above; the iron alloy used according to the invention can be any carbon steel, any non-oxidizable steel, such as, without this list being exhaustive, chromium, nickel, molybdenum, etc. steels, furthermore other ferro alloys, such as ferro-vanadium, ferro- Tungsten, etc.
It has also been found that the method for joining iron or one of its alloys with objects made of carbon according to the invention makes it possible to join pieces of the most varied of shapes to one another, e.g. B. Without this list being limiting, cylinders, plates, ribs, etc.
The products obtained according to the invention have a very wide field of application. The following applications can be cited as examples, but this should not be regarded as limiting, especially in the area of uses at high temperature where the use of the material requires good resistance to heat and thermal shock: in the field of electrical industry, e.g. B. in melt flow electrolysis, in the field of nuclear energy, in the aircraft industry and for space flight.
The following examples, which are in no way limiting, are given for the purpose of illustrating various objects of the invention: Example 1: A graphite cylinder of 20 mm diameter is inserted into a vertical quartz tube of 50 mm diameter and placed on one end of the the latter a 1 mm thick zirconium plate. A vacuum is then established in the apparatus with a pressure of less than 10 4 mm Hg.
The graphite-zirconium contact surface is then heated very locally by means of a spiral through which an induction current of 300,000 Hertz flows, so that 19,000 C is reached in 10 seconds. This temperature is maintained for 20 seconds.
This time is sufficient to achieve the carburization, but short enough to avoid the zircon, which is a powerful getter, from becoming excessively contaminated. Then let it cool down completely.
Then, on the free surface of the zirconium, a cylinder made of non-oxidizable steel with 18,000 nickel and 80/0 chromium, 20 mm in diameter, which is to be combined with the graphite. A guide device makes it possible to maintain the exact alignment of the two cylinders during the following operations.
The temperature of the zirconium-steel contact surface is increased to 14000 C. The alloy of non-oxidizable steel and zirconium is formed and it melts in a few seconds. The heating is turned off. The solder joint formed in this way has a greater resistance than graphite. It can be exposed to repeated temperature cycles of great amplitude without damage.
Example 2: This involves the edge-to-edge brazing of a graphite plate with a plate made of non-oxidizable steel with a thickness of 1 cm with the aid of molybdenum.
A bevel of 5 to 6 mm or depth is made on the edges of the plate made of non-oxidizable steel and that of graphite.
The following operations are carried out with the aid of an arc welder with a molybdenum electrode of 8 mm diameter under an argon atmosphere.
Using a very high current, a layer of liquid molybdenum is applied to the beveled surface of the graphite, which has previously been red-hot. The part of the molybdenum that comes into contact with the graphite is carburized in a few seconds.
The current strength of the arc is reduced to the 3rd-4th Part of their initial value.
In order to establish the connection between molybdenum and non-oxidizable steel, the plate made of the non-oxidizable steel is brought closer to the graphite plate covered with molybdenum. Then you give a chopstick
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represents.
Example 3: A surface of graphite of great thickness and a piece of ferro-vanadium are to be connected with the interposition of titanium. The work is carried out under vacuum in an electric arc furnace equipped with a tungsten electrode.
A 2 mm thick titanium plate is placed horizontally on the graphite surface. The length and the width of the platelet are chosen so that, after the platelet has melted, the melt has dimensions which exceed those of the piece of ferro-vanadium by 10 mm.
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The whole of the graphite-titanium is introduced into the furnace, where a pressure of the order of a few microns is made.
The arc is ignited and its strength is regulated sufficiently so that the small titanium platelet melts quickly at 18,000 C on the surface of the graphite. Then the heating is turned off.
The ferro-vanadium piece is then placed on the free surface of the titanium, and is weighted with a load of about 1 kg / cm2.
The arc is allowed to jump over, shifting it by moving the tungsten electrode on the ferro-vanadium-titanium contact surface, thus producing a bead of a ferro-vanadium-titanium alloy which melts in the region of 14500 ° C.
Example 4: Ribs made of non-oxidizable steel are to be connected to a graphite cylinder along its outer generatrix using zirconium as a metal intermediate layer.
The process is analogous to that in example 3.
A zirconium plate is placed on the surface of the graphite. The whole thing is placed in a vacuum furnace which is heated by electron bombardment and is provided with devices by means of which the areas to be soldered can be slowly moved under the electron beam.
The working pressure is in the order of magnitude of 10 mm Hg. The brazing is carried out at around 1900 to 20,000 C.
The contact surface of the zirconium-non-oxidizing steel is brought to about 14000 C, which causes the alloy zirconium-non-oxidizing steel to melt. In this way, the connection of the graphite cylinder with the ribs can be made of non-oxidizable steel.
PATENT CLAIMS:
1, a process for joining iron or iron alloys with objects made of carbon with the intermediation of a heavy metal carbide layer which is formed by heat treatment of the surface of the object made of carbon that is covered with the heavy metal at carbide formation temperature, whereupon the surface of the object made of iron or an iron alloy with this carbidic intermediate layer is connected, characterized in that the surface of the object made of carbon with a dense metallic intermediate layer made of the carbide-forming heavy metal from the group of transition metals or metals, zirconium, titanium, molybdenum, tungsten, tantalum, vanadium and chromium.
their alloys are brought into contact, at least the contact zone is heated to carbide formation temperature, which is in the order of magnitude of the melting point of the metal forming the intermediate layer, whereupon the free surface of the intermediate layer formed, which has remained essentially free of carbide, with the surface of the metal to be joined Objects made of iron or the iron alloy are brought into contact and both are heated to a temperature which is at least equal to the melting temperature of an alloy made of iron or the iron alloy and the carbide-forming metal of the intermediate layer.
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