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Verfahren zum Härten von weichem Tantalmetall.
Um dem Tantalmetall die für viele Zwecke erforderliche Härte zu geben, wird nach der den Gegenstand des Patentes Nr. 31968 bildenden Erfindung derart verfahren, dass dem Tantal bestimmte Elemente (Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff, Silicium, Bor, Aluminium, Titan, Zinn) in geringer Menge einverleibt werden.
Fortgesetzte Versuche mit dem vorstehend gekennzeichneten Verfahren haben nun ergeben, dass die praktische Durchführung desselben in verschiedener Weise erfolgen kann, nämlich als Oberflächenhärtung oder als Massenhärtung.
I. Oberflächenhärtung.
Diese wird in der Weise ausgeführt, dass die Oberfläche des fertig geformten Metallatückes unter Erhitzen mit anderen Stoffen in Berührung gebracht wird, so dass durch Einwanderung anderer Stoffe in den Metallkörper eine grössere Härte erzielt wird.
(Hierseibemerkt,dassallerdingseinVerfahrenzurErhöhungdesLeitungswiderstandes von Metallen, besonders von Ulühkörpern für elektrische Lampen aus schwer schmelzbaren Metallen, u. a. auch Tantal bekannt ist. das darin besteht : das Metall ebenfalls in Berührung
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Die Oberflächenerhärtung im Sinne vorliegender Erfindung kann beispielsweise geschehen : a) durch Behandeln mit Kohlenstoff oder durch gleichzeitiges Behandeln mit Kohlenstoff und Stickstoff.
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lang auf 10000 C erhitzt wird.
Um mit Kohlenstoff bei Anwesenheit von Stickstoff zu härten, kann man statt des reinen Holzkohlenpulvers ein Gemenge von Calciumcyanamid mit Holzkohlenpulver verwenden. Das
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leicht erfüllbar. b) Die Oberflächenhärtung kann auch durch Behandlung mit Sauerstoff erfolgen, z. B. in der Weise, dass der zu härtende Metallkörper im rotglühenden Zustand einige Minuten der Einwirkung der atmosphärischen Luft ausgesetzt wild. e) Die Oberflächenhärtung kann weiterhin durch Behandlung mit Bor oder Silicium erfolgen.
Zu diesem Zweck wird entweder das zu härtende Metall in feines Pulver von Bor oder Silicium eingebettet und auf helle Rotglut erhitzt, ähnlich wie dies unter la für die Härtung mit
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angegeben, nämlich in einer Atmosphäre von Silicium oder Borwasserstoff. In letzterem Fall wird wieder am besten ein elektrischer Strom durch das zu härtende Metallstück geleitet.
In Berührung mit dem glühenden Metallstück zersetzt sich der Siliciumwasserstoff oder der Borwasserstoff und es wird Silicium oder Bor und nebenbei unter Umständen auch Wasserstoff von dem Metall aufgenommen, dessen Härte dadurch wesentlich steigt.
II. Massenhärtung.
Diese besteht darin, dass der ganzen Masse möglichst gleichmässig solche Stoffe zugefügt werden, die das Metall härter machen. Solche Stoffe sind wieder die bereits oben genannten, nämlich Kohlenstoff bezw. Kohlenstoff und Stickstoff, Bor, Silicium, Sauersten, Wasaerston oder Metalle wie Aluminium.
Um diese Stoffe der ganzen Masse des Metalles gleichmässig einzuverleiben, wird das Metall geschmolzen und es werden ihm dabei die fremden Stoffe derart zugefühlt, dass eine homogene Masse mit einem gleichmässigen Gehalt an jenen härtenden Stoffen entsteht.
Das Schmelzen des Metalles erfolgt am zweckmässigsten im Vakuum und zwar mit Hilfe tles elektrischen Lichtbogens. Vorteilhaft geht man von einem Pulver des Metalles aus und mengt diesem Pulver den einzuverleibenden Stoff, wie Kohlenstoff, Bor, Silicium u. s. w. in feiner Ver-
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zusammenhängenden Masse zusammengepresst und der so erhaltene Körper in ein Gefäss gebracht, welches luftleer gemacht werden kann. In diesem Gefässe befindet sich eine an eine elektrische Stromquelle von genügender Stärke angeschlossene, am besten aus Tantal bestehende Unterlage, auf welche der zu schmelzende Körper gelegt wird.
Eine an den zweiten Pol der Stromquelle angeschlossene, zweckmässig ebenfalls aus Tantal bestehende Elektrode wird, nachdem das Gefäss luftleer gemacht ist, mit der zu schmelzenden Metallmasse in Berührung gebracht und ein Lichtbogen gebildet, in welchem der Metallkörper schmilzt. Der Schmelzprozess muss solange fortgesetzt werden, bis eine vollkommene Vereinigung des Metalles mit dem härtenden Stoffe erfolgt ist.
Handelt es'sich dabei um Stoffe, die im elektrischen Lichtbogen leicht verdampfen, 80 wird zweckmässig ein Überschuss des betreffenden Stosses verwendet, um den Verdampfungsverlust zu ersetzen.
Das Einverleiben des Siliciums in die Masse des Tantalmetalles kann beispielsweise derart erfolgen, dass Silicium in fein verteiltem Zustand dem Tantal vor dem Schmelzen zugesetzt wird.
Das Schmelzen erfolgt in der beieits beschriebenen Weise im elektrischen Vakuumlichtbogen- ofen zwischen Tantalelektroden. Bei einem Zusatz von 1% Silicium erhält man einen noch duktilen und teilbaren Regulus, der bereits wesentlich härter ist als reines Tantal. Bei einem Zusatz von
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wert beeinflusst wird. Erhöht man den Siliciumgehalt weiter bis auf etwa 5%, so erzielt man keine nennenswerte Steigerung der Härte mehr, wohl aber eine Verminderung der Duktilität.
Fm eine möglichst gleichmässige Härtung mit Sauerstoff zu erzielen, wird am besten derart verfahren, dass man ein stark oxydhaltiges Tantalmetall mit dem zu härtenden Tantalmetall vermengt. Dies ermöglicht eine viel genauere Bemessung des Sauerstoffgehaltes, als wenn man den Sauerstoff unmittelbar auf das erhitzte Metall wirken lässt, wie unter lb angegeben. Man verfahrt dann am besten so, dass man das sauerstoffhaltige Tantalmetall zunächst auf seinen Gehalt an härtendem Sauerstoff prüft, indem man es in verschiedenen Mengen einer Probe von reinem Tantalmetall zusetzt und dann nach dem Schmelzen die Härte des so behandelten Tantalmetalles und seine sonstigen Eigenschaften ermittelt.
Hat man einmal die härtende Kraft eines bestimmten Materials festgestellt, so kann man ohne weitere Proben jede gewünschte Härtung erzielen. So wurde beispielsweise für ein als Härtemittel in Aussicht genommenenes Material, welches aus stark sauerstoffhältigem Tantalmetall bestand, folgendes festgestellt:
Setzte man von diesem Härtemittel 1% dem reinen Tantalmetall zu, so ergab sich eine deutliche Härtung, aber gleichzeitig eine Erhöhung der Sprödigkeit. Verdoppelte man den Zusatz,
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verarbeitbar waren und geringe Sprödigkeit besassen. Bei 10% Zusatz war das Material so hart, dass es überhaupt nicht mehr bearbeitet werden konnte. Das Material war indessen auch in diesem Zustand nur wenig spröde.
Da das Tantal die Eigenschaft hat, wenn es auf Rotglut erhitzt und dann geschmiedet wird, einen höheren Härtegrad anzunehmen, so kann jedes der vorhin angegebenen auf dem Zusatz geringer Mengen bestimmter Stoffe beruhenden Verfahren vorteilhaft mit den Massnahmen des Erhitzens und Schmiedens kombiniert werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Eine Durchführungsart des im Stammpatent Nr. 31968 beschriebenen Verfahrens zum Härten von Tantalmetall, wobei die Oberfläche des fertigen Metallstückes unter Erhitzen mit den in dasselbe einzuführenden Stoffen in Berührung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung bis auf Rotglut stattnndet.
2. Eine Durchführungsart des Verfahrens zum Härten von Tantalmetall nach Patent Nr. 31968, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Tantalmetall einzuverleibenden härtenden
Stoffe dem genannten Metall in seiner ganzen Masse zugefügt bezw. durch einen Schmctzprozess mit dem Tantal zu einer homogenen Masse vereinigt werden.
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