CH193402A - Verfahren zur Herstellung harter Stoffe hoher Festigkeit. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung harter     Stoffe    hoher Festigkeit.    Bei den bekannten Verfahren zum Her  stellen     harter    Stoffe,     bestehend    aus Karbiden  oder     Nitriden    schwer schmelzbarer Metalle  oder     Metalloide        unter    Verschmelzung der  Bestandteile im elektrischen Ofen, zum Bei  spiel dem elektrischen     Kohlerohrwiderstand@s-          ofen,    wurden keine mechanisch festen, son  dern nur mehr oder weniger bröckelnde oder  spröde Produkte mit eng     beschränktem    An  wendungsgebiet erzielt.

   Erst .durch besondere  Vorkehrungen, wie vorheriges Pressen der       Ausgangsmaterialien    und rasches Nieder  schmelzen wurden etwas beständigere feste  Produkte ausgebracht. Es war hierbei je  doch auch nötig, dafür Sorge zu tragen,       class    nur eine kleine     Berührungsfläche    zwi  schen Kohlenegel oder     Kohlerohr    und dem       Pressling    vorhanden war, um eine zu  grosse     Kohlenstoffaufnahme    zu verhindern.

    Nach dem Niederschmelzen     musste    zu  dem das Schmelzgut sofort in eine meist       ausserhalb    des Ofens angebrachte     Kohleform     eingefüllt werden, um ein feines kristallines    Gefüge zu erhalten. Auch wurde vorgeschla  gen, ein mechanisch festeres Gefüge :dadurch  zu erzielen, dass nach eingetretener Schmel  zung durch besondere Vorkehrungen eine  äusserst schnelle Abkühlung in ganz wenigen  Sekunden     herbeigeführt    wird. Bereits eine  Abkühlung auf Rotglut bei einer Dauer von  mehr als     2@0    Sekunden ergab als Produkt eine       grobkristalline,    mürbe bröckelnde Masse.  



  Diese Nachteile werden nach der Erfin  dung vermieden und Stoffe von .grosser Härte,  hoher Festigkeit und Zähigkeit erzielt.  



  Gemäss dem vorliegenden Verfahren wer  den hochschmelzende Stoffe, wie z. B.     Kar-          bide,        Nitride,        .Silicide,        Boride    von Metallen  und     Metalloiden,    z.

   B. von Wolfram,     Molyb-          dän,        Titan,        Vanadin,        Zirkon,        Cer,        Silizium,     Aluminium, Beryllium, Chrom, Bor und       dergl.,    unmittelbar durch den     elektrischen     Lichtbogen über ihren Schmelzpunkt hinaus  auf Temperaturen über 3000   C, zweck  mässig auf 3400 bis<B>3,600'</B> C und darüber,  in Gegenwart von atomarem Wasserstoff er-           hitzt,

      der durch die mindestens teilweise  Aufspaltung von zugeführtem normalen  Wasserstoff     unter    .der Einwirkung des     Licht-          Bogens    und bei Anwendung von Elektroden  aus einem hochschmelzenden Metall gebildet  wird. Die Schmelzung kann in beliebigen       Schmelzformen    oder -schalen, z. B. aus Kohle,  Graphit oder einem andern hitzebeständigen       Material    erfolgen und die Schmelzmasse nach  der Schmelzung ohne weitere Vorkehrungen  der natürlichen Abkühlung überlassen wer  den.  



  Hierdurch entstehen     harte,    zähe und feste  Stoffe, die     sich    insbesondere zum Besetzen  von Bohrmeisseln, Gesteinssägen, Bohrspitzen  und     dergl.    eignen und einen hohen Wider  stand gegen mechanische Abnutzung,'     Ero-          sin    und Korrosion zeigen.  



  Das Verfahren wird meist so ausge  führt, dass man von bereits vorhandenen  hochschmelzenden Soffen. ausgeht. Man  kann aber auch im Anschluss an die Bil  dung von Karbiden,     Siliziden,        Nitriden,        Bori-          den    usw. aus den hierfür notwendigen Ele  menten die entstandenen hochschmelzenden  Stoffe der erfindungsgemässen Behandlung       unmittelbar    unterwerfen.  



  Es ist weiter .die überraschende und nicht  zu erwartende Tatsache festgestellt worden,  dass eine bessere Wirkung und gegebenen  falls eine grössere     Härte    erzielt werden kann,       wenn    den     Ausgangsmateri        alien    in Mengen  von     wenigen    Prozenten, vorzugsweise bis 5 %,       sauerstoffhaltige    Verbindungen, vorzugsweise  Oxyde oder Karbonate leichter schmelzender  Metalle     zugemischt    werden,     wie        beispiels-          weise    die     Oxyde    oder Karbonate des Kobalts,  Nickels,     Eisens,    Kupfers,

   Mangans oder Sil  bers     und    ein     Reduktionsmittel,        wie    beispiels  weise Kohlenstoff, in einer zur Reduktion  gerade ausreichenden Menge hinzugefügt       wird.    Vermutlich wirkt .das durch Reduk  tion in     statu    nascendi aus seinem     Oxyd    oder  Karbonat     austretende    Metall     katalytisch    auf  die     Strukturbildung    des zu .gewinnenden  Hartstoffes ein.

   Die fördernde Wirkung auf  die     Herstellung    des Hartstoffes     ist        umso     überraschender, als ,das Metall beiden hohen    Schmelztemperaturen der Karbide,     Nitride.          Silicide,        Boride    und andern hochschmelzen  den Verbindungen der genannten Metalle oder       Metalloide    verdampft und sieh in dem fer  tigen Hartstoff kaum mehr vorfindet.  



  Auch in diesem Falle sind die einleitend  benannten, bereits     bekannten    Vorkehrungen  nicht erforderlich, vielmehr sind die in den  folgenden Ausführungsbeispielen angege  benen Massnahmen ausreichend. Auch kann  bei der Herstellung des Hartstoffes von in  jeder Form vorliegendem Ausgangsmaterial  ausgegangen und     .das    Ausgangsmaterial in  Kohle- oder     Graphittiegel    oder -schalen be  liebig schnell bis auf eine die Schmelztem  peratur weit übersteigende     Temperatur    er  hitzt werden, worauf man :das Schmelz  produkt in den Schmelzformen oder     -tiegeln     auskühlen lassen kann.

   Die praktische Aus  führung hat ergeben,     :dass    vermutlich infolge  der hohen     Schmelztemperatur    eine nennens  werte     Kohlenstoffaufnahme    aus der Tiegel  wandung usw. in das Schmelzgut nicht auf  tritt.  



  Die Bildung .des atomaren Wasserstoffes  wird indem für die Schmelzung verwendeten  Lichtbogen durch Zufuhr normalen Wasser  stoffes hervorgerufen. Die gänzliche oder  teilweise Aufspaltung des Wasserstoffes in  seine Atome findet unter     Verwendung    von  Elektroden, die aus Wolfram,     Molybdän     oder einem diesen äquivalenten Metall be  stehen können, im     Liehtbo:gen    selbst     statt.     



  Nachfolgend sind zwei Ausführungsbei  spiele angefügt, bei denen einmal     mit    und  einmal ohne Zugabe von     Metalloxyden    ge  arbeitet     wird.     



       Beispiel   <I>1:</I>       Wolframkarbid    wird in einer hitzebestän  digen offenen Form oder Schale     unter    den       unmittelbaren        Einwirkungen    des elektrischen  Lichtbogens auf     etwa    3450' C, in Gegen  wart von atomarem Wasserstoff, erhitzt.

   Die  Elektroden     bestehen    aus     Molybdän.        Unter     der Wirkung des Lichtbogens     wird    :der zu  geleitete normale     Wasserstoff    zum Teil in  seine     Atome    aufgespalten, so dass über der  Schmelze sieh eine Hülle atomaren Wasser-           stoffes    befindet. Nach dieser     Behandlung     wird der so gebildete Hartstoff erkalten ge  lassen und zu geeigneten Stücken zerschla  gen. Diese Stücke können zum Besetzen von  Bohrmeisseln oder überhaupt zur Bearbeitung  harter Stoffe dienender Werkzeuge verwen  det werden.  



  <I>Beispiel 2:</I>  Dem im Beispiel 1 genannten Wolfram  karbid wurde eine Menge von 1,5 % Kobalt       oxyd    mit der zur Reduktion erforderlichen  Menge Kohlenstoff beigefügt. Im     übrigen     wurde die     Behandlung    des     Beispiels    1 wie  derholt. Es ergibt sich ein noch härterer,  zäherer und festerer Stoff, der zum     Beispiel     für die Besetzung von Bohrspitzen zur Be  arbeitung     härtester    Gesteine geeignet ist.  



  Wenn in den Beispielen die Behandlung  von     Wolframkarbid        erläutert    wurde, so gilt  diese Arbeitsweise in gleicher oder ähnlicher  Weise für alle andern, für     Hartstoffe    ver  wendbaren     Nitride,        Silicide,        Boride    oder       Karbide    des     Molybdäns,    Titans,     Vanadins,          Zirkons,        Cers"    Siliziums, Bors, Aluminiums,  Berylliums, Chroms, Wolframs und dergl.

    Es können auch Oxyde oder     Karbonate    von  Kobalt, Nickel,     Eisen,    Kupfer, Mangan oder  Silber vor oder während der     Schmelzuug    des  Hartstoffes zugefügt werden. Diese Zusätze  verdampfen nach der     Reduktion    zum grössten  Teil bei der hohen Schmelztemperatur.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung sehr harter Stoffe hoher Festigkeit und Zähigkeit durch Erhitzung hochschmelzender Stoffe im elek trischen Lichtbogen.ofen, dadurch gekenn zeichnet, dass die hochschmelzenden Stoffe unmittelbar durch den elektrischen Licht bogen über ihren Schmelzpunkt hinaus auf Temperaturen über 300-0 C in Gegenwart von atomarem Wasserstoff erhitzt werden, der durch die mindestens teilweise Aufspal tung von zugeführtem normalen Wasserstoff unter der Einwirkung ödes Lichtbogens und bei Anwendung von Elektroden aus einem hochschmelzenden Metall gebildet wird. UNTERANSPRüCHE: 1.

   Verfahren nach Patentanspruch,,dadurch gekennzeichnet, dass die hochschmelzen den Stoffe auf Temperaturen von 3400 bis<B>3600'</B> C erhitzt werden. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass den Ausgangsstof fen geringe Mengen einer sauerstoffhal tigen Verbindung eines leichter schmel zenden Metalles, zusammen mit einer zur Reduktion dieser Verbindung aus reichenden Menge eines Reduktionsmit- tels zugemischt werden. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die sauerstoffhaltige Verbin dung vor,der Schmelzung zusetzt. 4. Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man -die sauerstoffhaltige Verbin dung während der Schmelzung zusetzt.. 5. Verfahren nach Patentanspruch und Un- teranspruch 2; dadurch gekennzeichnet, dass man die sauerstoffhaltige Verbin dung in Mengen bis zu 5 % zusetzt. 6.

   Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 2 und 5, dadurch ge kennzeichnet, dass man eine Kobaltver- bindung verwendet. 7. Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 2 und 5, .dadurch ge kennzeichnet, dass man eine Nickelver bindung verwendet. B. Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 2 und 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass man eine Eisenver bindung verwendet. 9.

   Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 2 und 5, dadurch ge kennzeichnet, dass man eine Kupferver bindung verwendet. 10. Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 2 und 5, ',dadurch ge kennzeichnet, dass man eine Manganver- bindung verwendet. 11. Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 2 und 5, dadurch ge- kennzeichnet, .dass man eine Silberver bindung verwendet. 12..

   Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 2 und 5, dadurch ge kennzeichnet, dass man ein Oxyd ver wendet. 13. Verfahren nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 2 und 5, dadurch ge kennzeichnet, dass man ein Karbonat ver- wendet.