Verfahren zur Herstellung von kompakten Werkstoffen aus Metallen oder Legierungen Es ist bekannt, metallische Werkstoffe, z. B. Silber, Gold, Kupfer, Nickel bzw. Legierungen von Metallen dadurch zu härten, dass man in das kompakte Metall eine in der Matrix unlösliche Phase, z. B. Oxyde, ins besondere Metall- und Metalloidoxyde, in feiner Ver teilung einbaut. Verwendet werden diese Werkstoffe vor allem für elektrische Kontakte, ferner als Lager werkstoffe, Bremsbeschläge und dergleichen. Neben der Härtung werden auch andere Eigenschaften, z.
B. die Warmfestigkeit, durch den Einbau des bzw. der Oxyde verbessert.
Es ist bekannt, derartige Werkstoffe nach dem Sinterverfahren herzustellen. Hierbei werden Metall pulver und Oxydpulver gemischt, dann gepresst und bei erhöhter Temperatur zu einem kompakten Werk stoff gesintert. Es ist hierbei schwierig, eine gleich mässige Verteilung des Oxydes in sehr feinteiliger Form zu erreichen. Es ist weiterhin bekannt, derartige Werk stoffe durch teilweise Oxydation von Legierungen zu erzeugen. Beispielsweise wird eine Silber-Cadmium- Legierung in einer Sauerstoffatmosphäre erhitzt.
Das Cadmium wird hierbei in Cadmiumoxyd umgesetzt, das in eine Matrix aus Feinsilber eingebettet ist. Der tech nische Aufwand bei der Herstellung aller dieser be kannten Werkstoffe ist sehr gross, ferner sind ihre Ver arbeitungseigenschaften, insbesondere bei spanloser Ver formung, nicht sehr gut.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Ver fahren zur Herstellung von kompakten Werkstoffen aus Metallen oder Legierungen, die mindestens eine in der Matrix unlösliche Phase in feinster Verteilung dispergiert enthalten, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz der unlöslichen Phase in einer Elek- trolytlösung dispergiert wird, worauf das Matrixmetall aus der Lösung elektrolytisch in Pulverform derart ab geschieden wird, dass die unlösliche Phase in die pulv rigen Metallteilchen eingebaut wird, wonach die letz teren zum kompakten Werkstoff verarbeitet werden.
Gemäss dem Verfahren können dispersionsgehär- tete Pulver hergestellt werden, so dass sich eine Agglo meration der unlöslichen Phase verhindern lässt und der für optimale Effekte notwendige Teilchenabstand be reits im dispersionsgehärteten Metallpulver vorliegt.
Das Pulver der einzubauenden Stoffe wird vorteilhafterweise mit einem Teilchenvolumen von kleiner als los 11m3 bis zu einer kleinsten Teilchengrösse von 10-3 ,um3 in der Elektrolytlösung suspendiert, wobei diese Teil chenvolumen Werte im Teilchendurchmesser von etwa 1 m lim (10 A) bis zu ungefähr 100 ,um entsprechen.
Als Matrixmetall können beispielsweise Silber, Kup fer, Nickel, Eisen oder ein Metall der Platingruppe bzw. entsprechende Legierungen verwendet werden, während als unlösliche Phase Oxyde, Carbide, Nitride, Boride oder Mischungen dieser Verbindungen bzw. ein in dem Matrixmetall unlöslicher Stoff, z. B. Graphit, verwendet werden.
Es ist auch möglich, die unlösliche Phase aus einer löslichen Verbindung, z. B. durch Hydrolyse, in dem Elektrolyten zu erzeugen.
Zweckmässig ist es, die Teilchen im Elektrolyten durch geeignete Zusätze kationisch aufzuladen oder durch partielle Hydrolyse vielatomige, hydroxydische Teilchen zu erzeugen, die noch positive Ionen darstel len, und die Ladungen zum Transport der Teilchen zur Kathode auszunutzen.
Falls sich, wie z. B. bei der Elektrolyse von Silber, das Metall als Pulver oder Kristalle abscheidet, kann dieses Vorprodukt mit eingebautem Oxyd durch Strang pressen, Sintern oder Schmelzen in einen verformbaren, kompakten Werkstoff umgewandelt werden.
<I>Beispiel 1</I> Der Elektrolyt zur Herstellung von Al.203-haltigen Silberpulvern besteht aus:
EMI0001.0048
100 <SEP> g/1 <SEP> konz. <SEP> H2S04
<tb> 2 <SEP> 9/l <SEP> A1203 Bei Badtemperaturen von 50<B><I>'</I></B> C, einer Badspan- nung von 5 Volt und kräftiger Badbewegung durch an sich bekannte Mittel scheiden sich an der aus korro sionsbeständigem Stahl oder Silber bestehenden Kathode unter Verwendung von Silberanoden nach 5stündiger Elektrolysedauer bei 15 A/dm2 1,7 kg Silberpulver mit 2.5 Vol. 1 A1203 ab.
Das Pulver wird durch Dekan tieren vom Elektrolyten getrennt, bis zum Neutralpunkt mit destilliertem Wasser und dann noch so lange ge waschen, bis die Waschflüssigkeit trübungsfrei ist. Das bei 220 C getrocknete Pulver ist über Strangpressen zu einem kompakten Werkstoff verarbeitet worden, der eine homogene Verteilung des Oxyds in der Sil bermatrix aufweist.
Das strangverpresste Material lässt sich mit den be kannten Methoden warm bzw. kalt zu Blech oder Draht weiterverformen. Die Warmfestigkeit des so er zeugten Werkstoffes ist im Bereich zwischen 200 bis 800-'C dreimal so gross wie die von Feinsilber bei nur geringfügigem Abfall der elektrischen Leitfähigkeit von 62,5 m,'-(-)mm2 auf 53 m/pmm2 . Die Verschweissneigung des Werkstoffes bei Einsatz als Starkstromkontakte ist um 50 " geringer als bei Feinsilber.
Die hohe Abrieb- und Korrosionsfestigkeit des Werkstoffes in Verbin dung mit seiner hohen Warmfestigkeit macht den Werk stoff ausser dem Einsatz für elektrische Kontakte auch als Konstruktionsmaterial für den chemischen Apparate bau geeignet.
<I>Beispiel 2</I> Der Elektrolyt zur Herstellung von SiC-haltigem Silberpulver kann bestehen aus:
EMI0002.0021
5 <SEP> g/1 <SEP> H:2S04
<tb> 2 <SEP> g/1 <SEP> SiC <SEP> (faserförmig)
<tb> 10 <SEP> g(1 <SEP> Ag2S0i. Unter den in Beispiel 1 genannten elektrolytischen Bedingungen scheidet sich an einer in diesem Fall mit 60 Umdrehungen/Minute rotierenden zylinderförmigen Kathode ein Silberpulver ab, welches 1,9 Vol. % SiC in gleichmässiger feinster Verteilung enthält.
Das ab geschiedene Pulver lässt sich nach Dekantieren und Waschen gemäss Beispiel 1 bei etwa 750 C strang- verpressen. Neben hoher Warmhärte und guter elektri scher Leitfähigkeit ist dieser Werkstoff gegen orga nische Säuren ebenso beständig wie Feinsilber und zeigt einen ungewöhnlichen Elastizitätsgrad.
<I>Beispiel 3</I> Al_2Oa-haltige Kupferpulver werden z. B. aus folgen den Elektrolyten hergestellt:
EMI0002.0028
12 <SEP> g/1 <SEP> Kupfer <SEP> (eingesetzt <SEP> als <SEP> CuS04)
<tb> 10 <SEP> g/1 <SEP> H2S04
<tb> 3 <SEP> g%1 <SEP> A120; Badtemperatur etwa 40 C. Bei einer Badspannung von etwa 7 Volt, Graphitanoden, starker Rührung und einer Stromdichte von etwa 20 A/dm2 scheidet sich an der Kathode feinteiliges Kupferpulver mit dendriti- schem Gefüge mit einem A120;3-Gehalt von 2,3 Vol. ab.
Verwendet man Kupferanoden, so genügen 5,5 bis 6 Volt Badspannung zur Kupferherstellung. Die An odenfläche soll 3- bis 4mal der Kathodenfläche sein.
Durch Strangpressen wird dieses Kupferpulver zu einem kompakten Werkstoff weiterverarbeitet; derselbe zeichnet sich durch eine starke Erhöhung der Rekri- stallisations-Temperatur auf 480 bis 510 C aus. Seine 100 Stunden-Zeitstandsfestigkeit beträgt bei 500 C 5,5 kp/mm2, sie ist also dreimal so gross wie diejenige von Reinstkupfer. Die elektrische Leitfähigkeit beträgt etwa 85 % des Reinkupfers. Der stranggepresste Werk stoff eignet sich wegen seiner guten Abriebfestigkeit als Kontaktwerkstoff für Schleifringe und Schleifkontakte, als Schweisselektroden,
als Werkstoff in Vakuumröhren und als Fahrdraht elektrischer Bahnen. <I>Beispiel 4</I> Der Elektrolyt zur Herstellung von AI.2Oa-haltigem Eisenpulver besteht aus:
EMI0002.0048
250 <SEP> g/1 <SEP> FeC12
<tb> 50 <SEP> g/1 <SEP> NH4CI
<tb> 10 <SEP> g; <SEP> l <SEP> A120 Der pH-Wert liegt zwischen 0,5. 2,5. Bei einer Badtemperatur von 60 C und einer Stromdichte von 3 A/dm2 scheidet sich an der Kathode unter Verwen dung von Eisenanoden ein Eisen mit 0,8 Vol. % A120:3 ab.
Das kathodische Produkt muss nach der Durchfüh rung des Waschprozesses durch einen anschliessenden Mahlvorgang in eine für Sinterzwecke geeignete Korn grössenverteilung gebracht werden; anschliessend wird es durch Glühung in reduzierender Atmosphäre bei 500 bis 700 C von mitgebildeten Eisenoxyden befreit und gleichzeitig entspannt. Dieses Pulver eignet sich bevorzugt zur Herstellung von Stahl-Sinterformteilen, die dort verwendet werden, wo besonders hohe Ab riebfestigkeit verlangt wird (z. B. auf Reibung bean spruchte Motorenteile in der Automobil-Industrie).
Durch nachträgliches Tränken poröser Sinterkör- per mit an sich bekannten Gleitmitteln (z. B. MoS2) kann derartigen A1203-Sinterformteilen eine zusätzliche Schmierwirkung verliehen werden, so dass sie als Lager werkstoff, als Kugellagersitz, als ölführender Schmier ring und dergleichen verwendet werden.
<I>Beispiel 5</I> Platin-Phosphatbad aus H2PtCl1, Na2HP04, (NH3)2HP04 zum Beispiel
EMI0002.0071
Dazu 2 bis 5 g/1 Si02 Typ TK-302 der Anmelderin, stark rühren, 35 C, 2 A/dm2, - 4 V, Platinanoden, Stahlkathode, über einem dünnen, festen Platinfilm entsteht ein loses, schwarzes Platinpulver mit < <B>10%</B> Stromausbeute, das abgekratzt wird. Das Platinpulver enthält 1,2% Si02.
Das Verfahren, Metallpulver mit eingelagerten, nichtmetallischen Teilchen elektrolytisch zu erzeugen, kann in vielerlei Abwandlungen angewandt werden. Verwendet man nichtmetallische Teilchen mit Durch messern von 5 bis 20 ,um, so erzeugt man höhere nichtmetallische Anteile im Pulver. Diese sind einem Cermet ähnlicher als einem Metallpulver. Als nicht metallische Teilchen kann jede elektrisch schlechtlei- tende, nicht mit dem Elektrolyten reagierende, wohl aber darin suspendierbare Substanz verwendet werden, z. B. Si02, Th02, Ce203 usw.
Ebenso sind in der Zusammensetzung der Bäder viele Abwandlungen möglich (z. B. saure, neutrale, cyankalische, Pyrophosphat-Bäder, Borfluorid-Elektro- lyse). Ebenso liegt es in Rahmen der Möglichkeit, statt wässriger Elektrolyte solche organische Stoffe als Lösungsmittel zu verwenden, die Metallverbindungen unter Ionisierung lösen und eine elektrolytische Metall abscheidung gestatten.
Beispiele hierfür sind: 1. Herstellung von dispersionsgehärtetem Alumi nium. Einem Elektrolyten, der aus NaF - 2 A1 (C2H5)3 besteht, werden 30 g/1 A1203 zugesetzt. Aus der Sus pension wird mit einer Stromdichte von 0,5 A/dm@ Aluminium unter Einbau von rund 1 Gew. % A1203 (in feiner Verteilung) abgeschieden.
2. Herstellung von dispersionsgehärtetem Indium. Einen Elektrolyten, der aus In (C4H9)3 besteht, werden 40 g/1 A1201 zugesetzt. Aus der Suspension wird mit einer Stromdichte von 0,1 A/dm2 Indium unter Ein bau von etwa 1 Gew. % A1203 (in feiner Verteilung) abgeschieden.