CH466930A - Metallmasse und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Metallmasse und Verfahren zur Herstellung derselben

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CH466930A
CH466930A CH172465A CH172465A CH466930A CH 466930 A CH466930 A CH 466930A CH 172465 A CH172465 A CH 172465A CH 172465 A CH172465 A CH 172465A CH 466930 A CH466930 A CH 466930A
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sep
oxide
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nickel
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CH172465A
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B Alexander Guy
Kingsley Iler Ralph
Franklin West Sherwood
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Fansteel Metallurgical Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10Alloys containing non-metals
    • C22C1/1026Alloys containing non-metals starting from a solution or a suspension of (a) compound(s) of at least one of the alloy constituents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C32/00Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ

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Description


      Metallmasse    und Verfahren     zur    Herstellung derselben    Die Erfindung betrifft eine Metallmasse, die da  durch gekennzeichnet ist, dass sie eine kontinuierliche  Phase enthaltend     mindestens        ein    Metall mit einem  Schmelzpunkt oberhalb 1000  C aufweist, das minde  stens ein Oxyd mit einer freien Bildungsenergie A F  bei 27  C von 35 - 103     keal/g-Atom        Oxydsauerstoff     bilden     kann,    wobei die Masse als     diskontinuierliche     Phase (1) 0,

  5 - 30     Volo/o    hitzebeständige Teilchen aus  mindestens einer     Metallsauerstoffverbindung    mit einem       Q    F-Wert bei 1000  C von mehr als 99     kcal/g-Atom          Oxydsauerstoff    und Teilchengrössen bis höchstens  1000     Millimicron    und (2) 0,05 - 80     Vollo/o    Teilchen  einer Grösse bis höchstens 1000     Millimieron    eines       Metallcarbides,        -borides,        -nitrides,        -silicides,

          -alumini-          des    oder     -titanides    oder von     Bornitrid    oder     -carbid    ent  hält, und dass der die in den hitzebeständigen Oxyd  teilchen enthaltene Sauerstoffmenge übersteigende Sau  erstoffgehalt der Masse geringer als 0,5     Gew.        o/a    ist.  



  Vorzugsweise erfolgt die Herstellung der     erfin-          dungsgemässen        Metallmasse    dadurch, dass man eine       pulverförmige    Dispersion aus den hitzebeständigen       Metalloxydteilchen    (1) in der zusammenhängenden  Metallphase herstellt, die pulverförmige Dispersion mit  der Komponente (2) oder den bei Erwärmung diese  Komponente bildenden Stoffen in     solchen    Mengenver  hältnissen mischt, dass der Anteil der Komponente (2)  0,05 - 80     Volo/o    der fertigen Metallmasse darstellt, das  Gemisch auf eine Temperatur     T1    erhitzt, die höher als  die Lösetemperatur     T,    der Komponente (2)

   ist, und es  auf der Temperatur     T1    hält, bis die gesamte Kompo  nente (2) in Lösung vorliegt, die Lösung zur Ausschei  dung der Komponente (2) innerhalb weniger als 100  sec auf eine Temperatur     T2    kühlt, die um mindestens  200  C unter     T,    liegt, und das so erhaltene Produkt       bei        einer        Temperatur        Ta        altert,        die        höchstens        80        %        der     Temperatur     T3,    gemessen in absoluten Temperaturgra  den, beträgt.

    



  Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung  einer Metallmasse gemäss der Erfindung. Die im Quer  schnitt dargestellte kontinuierliche Phase oder metalli-         sche        Einbettungsmasse    1 besitzt     Korngrenzen    2 und  enthält als diskontinuierliche Phase hitzebeständige       Metalloxydteilchen    3 (Komponente [1]) und Teilchen  4 (Komponente [2]). Die dargestellten Abmessungen  sind nicht notwendigerweise massgetreu, und die Form  und Anzahl der Teilchen dienen nur zur Erläuterung.  



  Zur Herstellung einer Metallmasse gemäss der Er  findung wird vorzugsweise zunächst eine Dispersion  der     Metalloxydteilchen    in Metall hergestellt. Derartige  Verfahren sind in der Patentliteratur beschrieben und  diese Verfahren können auch hier angewandt werden.  



  Die in dem Metall     dispergierten        Oxydteilchen    der  Komponente (1) werden nachstehend auch als  Füll  stoff  bezeichnet.  Füllstoff  bedeutet hier nicht ein  Streck- oder Verdünnungsmittel, sondern einen wesent  lichen Bestandteil der neuen Metallmassen. Die we  sentlichen Eigenschaften der Komponente (1) sind  oben genannt.

   Vorzugsweise wird für die Komponente  (1) ein Material der genannten Art mit einem Schmelz  punkt oberhalb     9000 C    verwendet, das nicht sintert,  sich in dem Metall nicht in nennenswertem Ausmass  löst, bei Temperaturen unter 1000  C weder durch das  Metall der kontinuierlichen Phase noch durch Wasser  stoff zum entsprechenden Metall reduziert wird,     inbe-          zug    auf das Metall beständig ist bzw. eine höhere freie  Bildungsenergie besitzt als die Oxyde des     Metalles,    ei  nen höheren Schmelzpunkt als das Metall aufweisen  und mit der Komponente (2) nicht reagiert. Stoffe die  ser Art sind bekannt.  



  Die Grösse der Teilchen der Komponente (1) in  der fertigen Metallmasse beträgt höchstens 1000     Milli-          micron,    vorzugsweise durchschnittlich 5 - 500     m,p.    Da  zwischen den verschiedenen für die Komponente (1)  geeigneten hitzebeständigen Stoffe erhebliche Unter  schiede in der Dichte bestehen, wird die Grösse der  hitzebeständigen Teilchen zweckmässig aufgrund ihrer  Dichte und ihrer spezifischen Oberfläche definiert. Die  bevorzugten Teilchen der Komponente (1)     besitzen     eine spezifische Oberfläche im Bereich von 6/D bis  1200/D     m2/g,    wobei D die Dichte der Teilchen in           g/ml    bedeutet.

   Im     Falle    von kugelförmigen Teilchen  entspricht dies Teilchen mit Durchmessern von 5   1000     mg.    Unterhalb 5 mg ist es schwierig, Dispersio  nen der Teilchen in Metallen zu erhalten, weil die Teil  chen dann zum Sintern neigen. Teilchen, die grösser  als 1000 mg sind, machen das Metall spröde und füh  ren nicht zur Entwicklung der gewünschten Eigen  schaften im Endprodukt. Teilchen mit spezifischen  Oberflächen von 600/D bis 24/D     m2/g    werden beson  ders bevorzugt.  



  Der feinteilige hitzebeständige Stoff kann in Form  kristalliner oder amorpher Teilchen vorliegen. Die  Teilchen können kugelförmig sein, besonders wenn sie  amorph sind, oder sie können bestimmte     Kristallfor-          men    haben, z. B. Würfel, Fasern, Plättchen oder ande  re Formen. Im Falle von Fasern und Plättchen lassen  sich infolge des Formfaktors der Teilchen ungewöhnli  che und günstige Ergebnisse erzielen. Z.

   B.     erteilen     Fasern und Plättchen dem     geschmolzenen    Metall eine  sehr hohe     Viscosität    schon bei erheblich geringerer  Volumenbeladung,     als    sie im Falle von     kugel-    oder       würfelförmigen    Teilchen erforderlich ist. Andererseits  wendet man eine hohe Volumenbeladung mit einem  Füllstoff von niedriger Dichte, wie     Aluminiumoxydteil-          chen,    an, um die Dichte von Metallen, wie     Wolfram,          herabzusetzen.     



  Wenn die Grösse eines Teilchens mit einer einzigen  Zahl angegeben wird, so bezieht sie sich auf eine mitt  lere Abmessung. Bei kugelförmigen Teilchen ergibt  sich keine Schwierigkeit; aber bei     anisotropen    Teilchen  gilt als Teilchengrösse der dritte Teil aus der     Summe     der drei Teilchendimensionen. Z. B. kann     eine        Alumi-          niumoxydfaser    500 mg lang, aber nur 10 mg breit  und dick sein. Die Grösse dieses Teilchens beträgt  dann 1481-K  
EMI0002.0022     
    und liegt daher in dem erforderlichen     Submikronbe-          reich.     



  Die Teilchen können     Einzelteilchen.    mit     Grös-          sen    im     Submikronbereich,    aber auch Aggregate aus  kleineren Teilchen sein. Bei     Thoriumoxyd    können z. B.

    Aggregate mit Grössen bis zu 500 mg aus kugelförmi  gen     Einzelteilchen    mit     Durchmessern    von beispiels  weise 17 mg     zusammengesetzt        sein.    Es     können    auch  noch Aggregate als Ausgangsstoffe verwendet werden,  die grösser als 1000 mg sind, dann kommt es aber auf  die Leichtigkeit an, mit der sich im Verlaufe des Ver  fahrens endgültige Teilchen mit Grössen unter 1000       mit    bilden.  



  Die freie Bildungsenergie der Metalloxyde bei einer  bestimmten Temperatur ist ein Mass für die Hitzebe  ständigkeit, wobei A F in     kcal/g-Atom    Sauerstoff     in     dem Oxyd ausgedrückt wird. Es können auch Misch  oxyde verwendet werden, besonders diejenigen, in de  nen jedes einzelne Oxyd die oben angegebenen Eigen  schaften besitzt.

   Daher umfasst der Ausdruck  Metall  oxyd-Füllstoff  auch     Spinelle,        wie        MgA1204    und       CaA120,,    und     Metallaluminate.    Typische einzelne  Oxyde, die als Füllstoffe verwendet werden können,  sind Aluminiumoxyd,     Magnesiumoxyd,

          Hafniumoxyd     und die Oxyde der seltenen Erdmetalle     einschliesslich          Thoriumoxyd.    Eine typische Gruppe von geeigneten    Oxyden und     ihre    freien Bildungsenergien in     kcal    pro       g-Atom    Sauerstoff sind in der folgenden Tabelle ange  geben  
EMI0002.0050     
  
    Oxyd <SEP> A <SEP> F <SEP> bei <SEP> 1000  <SEP> C
<tb>  <B>Y203</B> <SEP> 125
<tb>  Ca0 <SEP> 122
<tb>  La203 <SEP> 121
<tb>  Be0 <SEP> 120
<tb>  Th02 <SEP> 119
<tb>  Mg0 <SEP> 112
<tb>  U02 <SEP> 105
<tb>  Hf02 <SEP> <B>105</B>
<tb>  Ce02 <SEP> 105
<tb>  A1203 <SEP> 104
<tb>  Zr02 <SEP> 100       Die zusammenhängende Metallphase,

   in der das  hitzebeständige Oxyd     dispergiert    wird, ist ein Metall  oder eine     Legierung    aus zwei oder mehreren Metallen,  von denen mindestens eines einen     Schmelzpunkt    ober  halb 1100  C und einen A     F-Wert        in    kcal pro     g-Atom     Sauerstoff bei 27  C von 45 bis 103 aufweist. Diese  Kategorie von Metallen umfasst einige Metalle, die bis  her als  inaktiv  eingestuft wurden.  



  In der folgenden Tabelle sind Metalle aufgeführt,  deren Oxyde     Q    F-Werte in kcal pro     g-Atom    Sauerstoff  im angegebenen Bereich von 45 bis 103 aufweisen:  
EMI0002.0059     
  
    Metall <SEP> Oxyd <SEP> A <SEP> F <SEP> des <SEP> Oxyds <SEP> bei <SEP> 27  <SEP> C
<tb>  Rhenium <SEP> Re03 <SEP> 45
<tb>  Nickel <SEP> Ni0 <SEP> 51
<tb>  Kobalt <SEP> Co0 <SEP> 52
<tb>  Eisen <SEP> Fe0 <SEP> 59
<tb>  Molybdän <SEP> Mo03 <SEP> 60
<tb>  Wolfram <SEP> W03 <SEP> 60
<tb>  Chrom <SEP> Cr203 <SEP> 83
<tb>  Mangan <SEP> MnO <SEP> 87
<tb>  Niob <SEP> Nb02 <SEP> 90
<tb>  Tantal <SEP> Ta205 <SEP> 92
<tb>  Silicium <SEP> Si02 <SEP> 98
<tb>  Vanadium <SEP> VO <SEP> 99
<tb>  Titan <SEP> TiO@ <SEP> 103       Alle in der obigen Tabelle aufgeführten Metalle  haben Schmelzpunkte über 1100  C und können daher  als die 

  zusammenhängende Metallphase verwendet  werden, in der das hitzebeständige Oxyd     dispergiert     wird. Ausser den oben     aufgeführten    Metallen und     zu-          sammen    mit ihnen können andere Metalle verwendet      werden, deren Oxyde freie Bildungsenergien ausserhalb  des oben angegebenen Bereiches aufweisen.  



  Nach einer besonders bevorzugten Ausführungs  form der Erfindung besteht die metallische     Einbet-          tungsmasse    aus mindestens einem der Metalle Kupfer,  Nickel, Kobalt, Eisen,     Molybdän,        Wolfram    und Chrom.  



  Die Menge an hitzebeständigen     Oxydteilchen    in der  zusammenhängenden Metallphase soll 0,5 bis 30     VolG/o     betragen und beträgt vorzugsweise 1 bis 10, insbeson  dere 1 bis 5     Volo/o.     



  Der Sauerstoffgehalt des Metalloxydes des     Metalles     selbst, ausschliesslich des     Sauerstoffgehaltes    der     disper-          gierten        Oxyd-Füllstoffteilchen,    soll niedrig sein, näm  lich unter 0,5     Gew.        o/o    und vorzugsweise unter 0,1       Gew.        o/o    liegen. Die oben beschriebenen Dispersionen  von hitzebeständigen Oxyden in Metallen können nach  bekannten Verfahren hergestellt werden.

   Eine solche  Methode besteht darin, Teilchen des hitzebeständigen  Oxydes aus einer kolloidalen Dispersion desselben zu  sammen mit einem hydratisierten Oxyd desjenigen       Metalles    gemeinsam auszufällen, welches die zusam  menhängende Metallphase bilden soll, den Nieder  schlag zu trocknen und das hydratisierte Metalloxyd  mit Wasserstoff oder einem reaktionsfähigen Metall,  wie Natrium oder Kalium, zu dem entsprechenden  Metall zu reduzieren. Die Reduktion mit einem reak  tionsfähigen Metall kann z. B. erfolgen, indem man das  hydratisierte Oxyd in einer Salzschmelze     dispergiert     und das reaktionsfähige Metall zu der Schmelze zu  setzt.  



  Die Dispersion des hitzebeständigen Oxydes in dem  Metall wird dann in die Pulverform übergeführt, falls  erforderlich, durch Mahlen, gegebenenfalls in der Ku  gelmühle. Bei einigen Herstellungsverfahren fällt das  Produkt bereits in Pulverform an, so dass in dieser  Verfahrensstufe kein weiteres Vermahlen oder sonsti  ges Zerteilen erforderlich ist.  



  Die Teilchengrösse des mit dem Füllstoff     versehe-          nen        Metallpulvers    wird     vorzugsweise    verhältnismässig  klein, z. B. unter     500,u,    gehalten und kann sogar 1     ,u     betragen.

   Allerdings können Pulverteilchen mit hoher  spezifischer Oberfläche (diejenigen, bei denen die sich  schliesslich bildenden Teilchen äusserst klein, nämlich  weniger als 10     ,u    gross, sind) leicht     pyrophor    sein; vor  zugsweise soll die spezifische Oberfläche des Metall  pulvers weniger als 10     m2/g    betragen, wobei Pulver mit  spezifischen Oberflächen von weniger als 2     m2/g    noch  stärker bevorzugt werden. Die Grösse der Pulverteil  chen liegt vorzugsweise im Bereich von 10 - 50     ,u.     Diese Grösse bezieht sich auf die Teilchenaggregate in  dem Pulver.

   Die Pulver können porös sein, d. h. sie  können eine innere     Oberfläche    besitzen, vorausgesetzt,  dass die spezifische Oberfläche weniger als 10     m2/g     Pulver     beträgt.     



  Die wie oben beschrieben hergestellte pulverförmi  ge Dispersion kann nunmehr mit der Komponente (2)  oder den bei Erwärmung diese Komponente bildenden  Stoffen gemischt werden. Man kann somit den Stoff  als Komponente (2)     verwenden,    der schliesslich als  Ausscheidungsphase vorliegen soll. Man kann aber  auch Elemente oder Verbindungen verwenden, die sich  bei Erwärmung an Ort und Stelle unter Bildung desje  nigen Stoffes miteinander verbinden, der die endgültige  Ausscheidungsphase darstellt.  



  Für jedes gegebene System kann die Ausschei  dungsphase so gewählt werden, dass ihre Löslichkeit  mit fallender Temperatur sinkt. Wenn die Masse aus    Metall und Metalloxyd z. B. aus Nickel und     Thorium-          oxyd    besteht, kann man     Nickelaluminid,        NigAl,    als  Ausscheidungsphase wählen, indem man 5 - 10       Gew.        ü/o    Aluminium, bezogen auf die Gesamtmenge des  Nickels in der Probe, zusetzt. Ebenso kann man auch  Titan oder     Carbide    von Wolfram,     Molybdän,    Chrom  oder     Niob    für Nickellegierungen wählen.

   Andere Bei  spiele für die Ausscheidungsphase sind die     Titanide     oder die     Carbide    des Eisens, Chroms, Titans oder  Wolframs für Eisenlegierungen sowie     Alurninide,        Tita-          nide    oder     Carbide    von Wolfram, Chrom,     Tantal    oder       Niob    für     Kobaltlegierungen.     



  Allgemein werden als Ausscheidungsphase     Carbide,          Boride,        Nitride,        Silioide,        Aluminide    und     Titanide    von  Metallen oder     Bornitrid    und     -carbid    verwendet. Diese  Stoffe können als solche, aber auch in Form der ein  zelnen Elemente, aus denen sie sich bilden, zugesetzt  werden.  



  Unabhängig von der Methode der Einführung der  Ausscheidungskomponenten soll die endgültige Menge  der Ausscheidungsphase im Bereich von 0,05 bis 80,  vorzugsweise von 0,5 bis 60, insbesondere von 20 bis  60     Vol"/o    liegen.  



  Das Vermischen des     Dispersionspulvers    mit den  Komponenten der in dem Metall zu erzeugenden Aus  scheidungsphase kann auf verschiedenen Wegen erfol  gen. Bei der     Pulvermischmethode    werden die Kompo  nenten der Ausscheidungsphase in Pulverform mit  dem, wie oben beschrieben, hergestellten, pulverförmi  gen Gemisch aus hitzebeständigem Oxyd und Metall  pulver gemischt. Das Gemisch kann verdichtet, gesin  tert, bearbeitet, lösungsgeglüht und gealtert werden.  Ein anderes Verfahren ist ein Schmelzverfahren, wie es  in der     USA-Patentschrift    3 028 234 beschrieben ist.  Bei diesem Verfahren werden die Komponenten der  Ausscheidungsphase zu der Schmelze zugesetzt, die  Schmelze wird abgeschreckt und anschliessend wärme  gealtert, um die Ausscheidungsphase auszubilden.  



  Zum Modifizieren von Nickel, welches mit     Thori-          umoxyd        dispersionsgehärtet    worden ist, kann man z. B.  ein     Nickel-Thoriumoxyd-Pulver    mit Titan- und bzw.  oder Aluminiumpulver vermischen, wodurch man dem  Sintern und Abschrecken ein mit     Nickelaluminid    oder       Titanaluminid    ausscheidungsgehärtetes Produkt erhält,  oder man kann das     Nickelaluminid    oder das     Titanalu-          minid    in bereits umgesetzter Form als Pulver zusetzen.  



  Nach dem Vermischen der Komponenten der Aus  scheidungshärtungsphase mit der durch das hitzebe  ständige Oxyd     dispersionsgehärteten    Phase kann das  Gemisch in der nächsten Verfahrensstufe durch Erhit  zen über die Lösetemperatur     in    Lösung gebracht  werden. Die Lösetemperatur     T5        kann    nach bekannten  metallurgischen Verfahren folgendermassen bestimmt  werden: Kleine Stücke (Würfel mit 6,35 mm Kanten  länge) des zu untersuchenden     Metalles    werden auf ver  schiedene Temperaturen erhitzt und 3 oder 4 Stunden  auf diesen Temperaturen gehalten. Dann werden die  Stücke schnell in Wasser abgeschreckt und ihr Mikro  gefüge wird nach bekannten Verfahren auf die Gegen  wart der Ausscheidungsphase untersucht.

   In einigen  Stücken ist keine Ausscheidung zu erkennen, und die  Mindesttemperatur, auf die die Metallstücke erhitzt  werden müssen, damit keine Ausscheidung zu erken  nen ist, wird als  Lösetemperatur  bezeichnet.  



  Bei einem Verfahren gemäss der Erfindung wird  das Gemisch auf einer Temperatur     T1,    die höher ist  als die Lösetemperatur der Ausscheidungsphase, gehal-           ten,    -bis die Komponenten der Ausscheidungsphase in  Lösung     gegangen    sind. Ob die verschiedenen Kompo  nenten sich in Lösung befinden oder nicht, lässt sich  gewöhnlich leicht durch Besichtigung feststellen; jeden  falls genügt aber     mehrstündiges    (. B. 3- bis     4-ständi-          ges)    Erhitzen auf die Temperatur     Ti,    um zu gewährlei  sten, dass vollständige Lösung eingetreten ist.  



  Wenn     alle    Komponenten der Ausscheidungsphase  in Lösung gegangen sind, kann das Gemisch abge  schreckt werden. Bei diesem Abschrecken kann die  Temperatur     T2,    auf die das Gemisch gekühlt wird, und  die um mindestens 200  C unter der Lösetemperatur       Ts    liegt, in weniger als 100 Sekunden erreicht werden.  Die Abschreckung kann     natürlich    auch sehr schnell in  einer wesentlich kürzeren Zeit als 100 Sekunden erfol  gen, und die Temperatur     T2    kann um wesentlich mehr  als 200  C unter der Lösetemperatur liegen.

   Für die  meisten Metalle eignet sich Wasser als     Abschreckmit-          tel;    dem Fachmann sind aber auch verschiedene andere       Abschreckmethoden    bekannt, und alle diese Methoden,  wie Abschrecken mit Öl, Blasen mit Luft oder Kühlen  mit Luft, können     angewandt    werden.  



  Das abgeschreckte Metallprodukt, welches nun  mehr sowohl das     dispergierte    hitzebeständige Oxyd als  diskontinuierliche Phase als auch die diskontinuierliche  Ausscheidungsphase in der     zusammenhängenden    Me  tallphase enthält, kann bei einer Temperatur     Ta    ge  altert werden, die bis zur Lösetemperatur reichen kann  und gewöhnlich etwa 80 % der Lösetemperatur in ab  soluten Temperaturgraden beträgt. Durch diese Alte  rung wächst die Ausscheidungsphase bis zur gewünsch  ten     Teilchengrösse,    die im Bereich von 5     bis    1000     ,u     liegt. Wenn diese gewünschte Teilchengrösse erreicht  ist, wird die     Alterungsbehandlung    unterbrochen.

   Wenn  die     Lösetemperatur    eines     bestimmten    Metallsystems  z. B. 1000  C =<B>1273'</B> K beträgt,     kann    die     Alterungs-          temperatur    636 bis 1018  K = 363 bis 775  C betra  gen.  



  Typische     Alterungsbehandlungen    für     bestimmte     Metallsysteme sind in der nachstehenden Tabelle zu  sammengestellt:  
EMI0004.0030     
  
    Alterungs  behandlung
<tb>  Metall <SEP> Ausscheidungsphase <SEP> Temp. <SEP> TI, <SEP>  C <SEP> Temp., <SEP>  C <SEP> Zeit, <SEP> Std.
<tb>  Eisen <SEP> Eisentitanid <SEP> 1100 <SEP> 500 <SEP> 5
<tb>  Eisen <SEP> Nickeltitanid <SEP> 1100 <SEP> 500 <SEP> 10
<tb>  Nickel <SEP> Nickelaluminid <SEP> 1200 <SEP> 600 <SEP> 24
<tb>  Nickel <SEP> Nickeltitanid <SEP> 1200 <SEP> 600 <SEP> 24
<tb>  Kobalt <SEP> Kobaltaluminid <SEP> 1300 <SEP> 650 <SEP> 16
<tb>  Kobalt <SEP> Kobalttitanid <SEP> 1300 <SEP> 700 <SEP> 40       Die neuen Metallmassen gemäss der Erfindung, die  aus einer zusammenhängenden Metallphase bestehen,

    in der sowohl hitzebeständige     Oxydteilchen    als auch  ausgeschiedene     Carbid-,        Borid-,        Nitrid-,        Silicid-,        Alu-          minid-    oder     Titanidteiclehn,    beide in     Submikrongrösse,          dispergiert    sind, besitzen eine ausserordentlich hohe  Festigkeit, Standfestigkeit bei hohen Temperaturen und  Oxydationsbeständigkeit.

   Obwohl in der vorliegenden  Beschreibung nur auf zusammenhängende Metallpha  sen Bezug genommen wird, die aus einem einzigen  Metall bestehen, kann die     zusammenhängende    Phase    auch eine Legierung aus     zwei    oder mehreren Metallen  sein.  



  Die in den Metallprodukten enthaltenen ausge  schiedenen     Füllstoffteilchen    sind vorzugsweise durch  die ganze Metallphase hindurch verteilt. Die     Dispergie-          rung    lässt sich mit     Hilfe    des     Elektronenmikroskopes     und der Negativmethode nachweisen, indem die Ober  fläche eines     Metallstückes    poliert und geätzt, auf der  geätzten Oberfläche eine     Kohlenstoffschicht    abgeschie  den und das Metall durch Lösen, z. B. in einer Lösung  von Brom in     Äthanol,    entfernt wird.

   Eine     elektronen-          mikrophotographische    Aufnahme des hinterbleibenden       Kohlenstoffnegativs    zeigt die     Füllstoffteilchen        in          gleichmässiger    Verteilung in der ganzen Masse der       Metallkörner.     



  Das     Elektronenmikroskop    kann auch verwendet  werden, um die Grösse und Form der     Oxydfüllstoffteil-          chen    zu beobachten, die ebenfalls in dem Metall     di          spergiert    sind. Während die     Oxydteilchen    manchmal  gleichmässig durch die ganze     Metalleinbettungsmasse     hindurch verteilt sind, können auch Metallbereiche  vorhanden sein, die keine     Oxydteilchen    enthalten, und  andere Bereiche, in denen die     Oxydteilchen        gleichmäs-          sig        dispergiert    sind.

   Unter  gleichmässig     dispergiert      ist eine     gleichmässige    Verteilung der hitzebeständigen  Teilchen in jedem     einzelnen        ausgewählten    mikroskopi  schen Bereich des     Metalles    von etwa 10     ,u    Durchmes  ser zu verstehen.  



  Sowohl die     Oxyd-Füllstoffteilchen    als auch die aus  geschiedenen- Teilchen müssen in dem Produkt gemäss  der Erfindung im Grössenbereich von 5 bis 1000     my     liegen und sollen vorzugsweise Grössen von 5 bis 500       mu,    insbesondere von 10 bis 250     m,u,        aufweisen.     



  Zu den als Ausscheidungsphase in den     Prdodukten     gemäss der Erfindung bevorzugten Stoffen gehören die       Carbide    von Silicium, Titan,     Zirkonium,        Hafnium,          Niob,        Tantal,    Chrom,     Molybdän,    Wolfram, Bor, Eisen,       Thorium    und anderen seltenen Erdmetallen, die     Nitri-          de    von Bor, Silicium, Titan,     Zirkonium,        Hafnium,

          Cer     und     anderen    seltenen Erdmetallen sowie anderen       Übergangsmetallen,    die     Boride    der     übergangsmetalle     und die     Silicide,        Aluminide    und     Titanide    von Eisen,  Kobalt, Chrom, Mangan,     Molybdän,        Rhenium,        Vana-          dium,        Niob,        Tantan,        Hafnium,    Titan,     Zirkonium    und  Wolfram.

   Bei der Beschreibung der     erfindungsgemäs-          sen    Erzeugnisse wurden die     Oxyd-Füllstoffteilchen    als  einzelne, zusammenhängende Massen von Oxyd be  schrieben, die von Metall umgeben sind und durch das  Metall von anderen     Oxydmassen    getrennt sind. Die  Teilchen können aber auch Aggregate aus kleineren  Teilchen sein, die sich zu einer     Struktur        miteinander     vereinigt haben; in diesem Falle muss die Grösse der  Aggregate aber kleiner als 1000<I>mA</I> sein.  



  Da die     Oxydteilchen    praktisch     vollständig    von ei  nem     Metallüberzug    umgeben     sind,    der sie voneinander  getrennt hält, kommen sie nicht miteinander in Berüh  rung, und auf diese Weise wird das Zusammentreten  und Sintern des     Oxydfüllstoffes    verhindert.  



       Metallmassen,    in denen der     Oxydfüllstoff        Thorium-          oxyd,        Berylliumoxyd,        Magnesiumoxyd,        Calciumoxyd,     ein seltenes     Erdmetalloxyd    oder ein     Gemisch    von Oxy  den der seltenen Erdelemente der     Lanthaniden-    und       Actinidenreihe    ist, besitzen eine aussergewöhnliche  Beständigkeit bei     Hochtemperaturprüfungen,    wie Span  nungsbruchprüfungen und     Standfestigkeitsprüfungen,

       und stellen daher bevorzugte     Ausführungsformen    der  Erfindung dar. Diese Stoffe behalten ihre Eigenschaf-           ten    zu     einem    erheblich grösseren Ausmasse bei als  Metalle, die als Füllstoff z. B.     Siliciumdioxyd    enthal  ten, selbst wenn die bei dem Verarbeitungsverfahren  erzielte anfängliche Härte ähnlich ist. Die Ursache für  diese Verbesserung hängt mit der freien Bildungsener  gie des Füllstoffes zusammen.

   Deshalb enthalten die  Metallmassen gemäss der Erfindung als     dispergierte          Metalloxydteilchen    hitzebeständige Oxyde mit einer  freien Bildungsenergie bei 1000  C von mehr als 99       kcal/g-Atome    Sauerstoff in dem Oxyd. Noch stärker  werden Oxyde mit A F-Werten von 115 bis 123 kcal  bevorzugt.  



  Bei den nach pulvermetallurgischen Methoden her  gestellten Metallmassen gemäss der Erfindung ist infol  ge der Anwesenheit der feinteiligen     Oxyd-Füllstoffteil-          chen    die Korngrösse des     Metalles    in der Nachbarschaft  des     Oxydfüllstoffes    viel     kleiner,    als es     normalerweise     der Fall ist. Diese kleine     Korngrösse    bleibt sogar noch  nach dem Anlassen des Produktes auf Temperaturen  erhalten, die in absoluten Temperaturgraden bis zum       0,8-fachen    des Schmelzpunktes des Produktes reichen.

    Eine Korngrösse unter 10     ,u    und sogar unter<I>2</I>     ,u    ist  bei den pulvermetallurgischen Produkten gemäss der  Erfindung üblich. Produkte, die     Füllstoffteilchen    in  Berührung mit Metallkörnern in der Grössenordnung  unter     10,a    enthalten, werden bevorzugt.  



  Eine andere bevorzugte Art von Erzeugnissen     ge-          mäss    der Erfindung besteht aus einer zusammenhän  genden Metallphase, in der die     Oxyd-Füllstoffteilchen     ungleichmässig, die ausgeschiedenen Teilchen aber  gleichmässig     dispergiert    sind. Auch diese     Erzeugnisse     werden nach pulvermetallurgischen Methoden herge  stellt. Die Metallkörner sind in den Bereichen, die die       Oxydteilchen    enthalten, weniger als 10 und vorzugs  weise weniger als 2     ,u    gross. In Bereichen, die frei von       Oxydteilchen    sind, kann die Korngrösse     40,u    oder  sogar noch mehr betragen.

   Diese Produkte werden mit  unter als Produkte mit  Inselstruktur  bezeichnet. Der  Ausdruck  Inselstruktur  soll den heterogenen Cha  rakter des festen Produktes gemäss dieser Ausfüh  rungsform der Erfindung zum Ausdruck bringen, kann  aber     unter    Umständen .eine ungenaue Bezeichnung  sein. Es gibt z. B. immer Metallbereiche, die den hitze  beständigen     Oxyd-Füllstoff    enthalten, und die mit Me  tallbereichen vermengt sind, die keine     Oxydteilchen     enthalten, und es ist unwesentlich, welches die Insel  und welches die     Einbettungsmasse    ist.

   Dies hängt da  von ab, welche Komponente im überwiegenden Anteil  vorliegt, die die     Oxyd-Füllstoffteilchen    enthaltende  Komponente oder die keine solchen Teilchen enthal  tende Komponente. Die Produkte mit Metallbereichen,  welche keinen     Oxyd-Füllstoff    enthalten,     sind        duktiler     als diejenigen, in denen der Füllstoff gleichmässig  durch die ganze Masse hindurch verteilt ist. Dies ist  wahrscheinlich darauf     zurückzuführen,    dass die Metall  körner in den von     Füllstoffteilchen    freien Bereichen zu  einer viel grösseren     Korngrösse,    wie 40     ,u    oder mehr,  wachsen.  



  Bei den Metallerzeugnissen mit Inselstruktur kön  nen Grösse und Form der Füllstoff enthaltenden und  von Füllstoff freien Bereiche innerhalb weiter Grenzen  schwanken. Die Eigenschäften der Grösse und Form  dieser Bereiche sind ein Ergebnis der Teilchengrösse  und Teilchenform der Metallpulver, aus denen die Er  zeugnisse hergestellt worden sind, sowie der Verfah  rensstufen des     Verdichtens,        Sinterns,        Bearbeitens    und       Anlassens    bei der Herstellung.

      Eine bevorzugte Gruppe von Erzeugnissen gemäss  der Erfindung besteht aus     hochschmelzenden    Massen,  die in der zusammenhängenden Metallphase minde  stens eines der Metalle Eisen, Kobalt, Nickel,     Molyb-          dän    und Wolfram enthalten. Diese Erzeugnisse zeich  nen sich durch ihre sehr hohen     Festigkeiten    bei hohen  Temperaturen, z. B. über 815  C, aus.  



  Eine besondere bevorzugte Klasse der neuen Er  zeugnisse besteht aus     chromhaltigen        Legierungen.    Diese  Legierungen sind überraschend oxydationsbeständig.  Da sie infolge des Einschlusses der hitzebeständigen       Oxyd-Füllstoffteilchen    und der ausgeschiedenen Füll  stoffteilchen     Hochtemperaturfestigkeit    aufweisen, eig  nen sie sich zur Verwendung bei hohen Temperaturen,  z. B. im Bereich von 650 bis 1040  C und unter Um  ständen noch höheren Temperaturen.

   Zu dieser bevor  zugten Klasse gehören auch rostfreie     Stahllegierungen.     Sie können aus     Nickel-Eisen-Grundmischungengen,    die  hitzebeständige Oxyde, wie     Thoriumoxyd,    als Füllstof  fe enthalten, hergestellt werden, indem die Grundmi  schung mit Kohlenstoff-, Chrom-, Nickel- und Eisen  pulvern gemischt wird.

   In ähnlicher Weise kann man       andere        Legierungen        des        Chroms,        wie        solche        aus        80        %          Nickel        und        20        %        Chrom,        herstellen,        die        Thoriumoxyd     als hitzebeständiges Oxyd und     Nickelaluminid    und  bzw.

   oder     Nickeltitanid    als Ausscheidungsphase enthal  ten. Von dieser Gruppe werden Eisen-, Nickel- und       Kobaltlegierungen,    die 10 bis 25 0/0 Chrom enthalten,  besonders bevorzugt. Insbesondere werden solche Le  gierungen bevorzugt, die 90 bis 50 0/0 der Summe von  Eisen, Kobalt und Nickel, 0 bis 20 0/0 der Summe von       Molybdän        und        Wolfram        und    0     bis    5     %        Mangan,

          Sili-          cium        und        Niob        zusammen        mit        10        bis        25        %        Chrom        ent-          halten.     



  Für die oben genannten Chromlegierungen und  andere     Hochtemperaturlegierungen    verwendet man  vorzugsweise sehr stabile hitzebeständige Oxyde als  Füllstoffe, d. h. Füllstoffe, die eine hohe freie Bil  dungsengergie aufweisen, wie     Berylliumoxyd,        Calcium-          oxyd,        Thoriumoxyd    und die Oxyde der seltenen     Erd-          metalle.    Diese Füllstoffe haben eine freie Bildungsener  gie bei 1000  C von mehr als 115     kcal/g-Atom    Sauer  stoff in dem Oxyd.

   Oxyde mit freien Bildungsenergien  bei 1000  C bis 123     kcal/g-Atom    Sauerstoff stehen zur  Zeit zur Verfügung, und wenn noch beständigere Oxy  de hergestellt werden können, so gehören auch diese zu  dieser Gruppe von Oxyden. Diese Oxyde werden vor  zugsweise zusammen mit einer Ausscheidungsphase  verwendet, die aus     Titaniden,        Aluminiden    und     Carbi-          den    von Metallen ausgewählt ist.  



  Zur Verwendung bei den höchsten Temperaturen  werden Legierungen bevorzugt, bei denen die zusam  menhängende Phase Metalle mit den höchsten  Schmelzpunkten enthält, wie     Niob,        Tantal        Molybdän,     Wolfram oder zwei oder mehrere dieser Metalle. Da       Molybdän    und Wolfram nicht die höchste Oxydations  beständigkeit besitzen, werden diese Metalle gewöhn  lich nicht für sich allein verwendet; in Legierungen mit  anderen Metallen sind sie jedoch verwendbar. Legie  rungen des Wolframs und     Molybdäns    mit anderen  Metallen, wie Nickel, Eisen, Kobalt, Chrom, Titan,       Zirkonium,        Niob,    Aluminium und Silicium, sind be  sonders wertvoll.

   Zu dieser bevorzugten Gruppe gehö  ren auch Legierungen, wie     molybdänreicher    Stahl,     Nik-          kel-Molybdänstahl,        Molybdän-Eisen-Nickel-Legierun-          gen,        Wolfram-Chrom-Legierungen    und     Molybdän-          Chrom-Legierungen.    Zu dieser     Klasse    gehören     ferner         Legierungen des     Molybdäns    oder Wolframs mit     Niob     oder Titan oder mit     Niob    und Titan.

       Molybdän-Titan-          Legierungen,        die        10        bis        90        %        Titan        enthalten,        sowie          Molybdän-Niob-Legierungen    und     Wolfram-Niob-Legie-          rungen    gehören ebenfalls zu dieser Gruppe.

   Die letzt  genannten Legierungen können nach dem oben ge  nannten     Pulvermischverfahren    unter Verwendung einer  Grundmischung aus     Molybdän    und Füllstoff hergestellt  werden, die mit     Niobpulver    und einer die Ausschei  dung bildenden Phase vermischt wird.  



  Erzeugnisse gemäss der Erfindung, bei denen die  Ausscheidungsphase aus einem     Metallaluminid    besteht,  sind ebenfalls besonders     wertvoll.    Aluminium bildet       intermetallische    Verbindungen, die leicht und oxyda  tionsbeständig sind. Zur Herstellung eines Erzeugnisses  dieser Art kann man z. B. eine Grundmischung aus       Lanthanoxyd    und Nickel zu Aluminiumpulver zuset  zen, so dass eine Masse aus Aluminium, Nickel und       Lanthanoxyd    entsteht. Ebenso kann man Aluminium  Nickel-Kobalt-Legierungen,     Aluminium-Eisen-Legierun-          gen    und Legierungen herstellen, die sowohl Aluminium  als auch     Molybdän    enthalten.  



  Die Erzeugnisse gemäss der Erfindung eignen sich  besonders zur Herstellung von Bauteilen, die unter  starker Spannung bei hohen     Temperaturen    Formbe  ständigkeit aufweisen müssen. Unter  hohen  Tempe  raturen werden Temperaturen im Bereich des 0,5 bis       0,8-fachen    des     Schmelzpunktes    des     Metalles        in    der  Masse, ausgedrückt in absoluten Temperaturgraden,  verstanden.  



  Metallprodukte der oben beschriebenen Art zur       Verwendung    bei äusserst hohen Temperaturen können  z. B. zur Herstellung von     Gasturbinenschaufeln    ver  wendet werden. Solche Schaufeln arbeiten unter einem  äusserst hohen Temperaturgefälle. Die Spitzenbereiche  und die mit ihnen zusammenarbeitenden Flügel befin  den sich auf Höchsttemperaturen, die so hoch sind,  dass die meisten hitzebeständigen Metalle ihnen kaum  widerstehen können. Die Fussabschnitte der Turbinen  schaufeln andererseits arbeiten bei verhältnismässig  niedrigeren     Temperaturen,    müssen aber die höchsten  Spannungen aushalten.  



  Die modifizierten Metalle gemäss der Erfindung  eignen sich besonders gut für derartige Anwendungs  zwecke, wie für Gasturbinen, weil sie im Vergleich zu  anderen Metallen sowohl bei den höchsten Temperatu  ren als auch bei mässigen Temperaturen die höchsten       Festigkeiten    aufweisen.

   Es wird angenommen, dass die  se     Hochtemperaturbeständigkeit    hauptsächlich auf die  Anwesenheit der     dispergierten        hitzebeständigen    Oxyd  teilchen zurückzuführen ist, und dass die äusserst hohe  Festigkeit bei mässigen Temperaturen hauptsächlich  auf die Ausscheidungsphase zurückzuführen ist; es ist  jedoch offensichtlich, dass zwischen diesen Faktoren  eine Wechselwirkung besteht, die zu Metallprodukten  mit     wertvollen    Eigenschaften führt, die bei gesonderter       Betrachtung    der einzelnen Faktoren als überraschend  bezeichnet werden müssen.

      <I>Beispiel 1</I>  Eine Lösung von Nickelnitrat wird durch Lösen  von 4362 g     Nickelnitrat-hexahydrat        Ni(NO3)2        .6H20     in Wasser und Verdünnen auf 5 1 hergestellt. Ein     Tho-          riumoxydsol    wird durch     Dispergieren    von     oalciniertem          Thoriumoxalat,        Th(C_04)2,    in Wasser hergestellt,

   wel  ches     Thoriumnitrat        enthält.    Das     Thoriumoxyd    in die  sem     Sol    besteht aus Einzelteilchen mit einem mittleren    Durchmesser von etwa 5 bis 10     mu.    58 g dieses     kol-          loidalen        Aquasols        (26        %        Th02)        werden        auf        51        ver-          dünnt.     



  Zu 51 Wasser von     Raumtemperatur    werden die  Nickelnitratlösung, das verdünnte     Thoriumoxydsol    und  eine     Ammoniumhydroxyd-Ammoniumearbonatlösung     gesondert und gleichzeitig mit gleichmässigen Ge  schwindigkeiten unter gutem Rühren zugesetzt, wobei  eine Ausfällung des Nickels und des     Thoriumoxyds     stattfindet. Bei der Ausfällung wird der     pH-Wert    im  Reaktionsgefäss auf 7,5 gehalten. Auf diese Weise bil  det sich ein Niederschlag von     Nickelhydroxyd-carbonat     um die     Thoriumoxydteilchen    herum.

   Das Gemisch  wird     abfiltriert    und durch Auswaschen von     Ammoni-          umnitrat    befreit. Der Filterkuchen wird im Ofen bei  300  C     getrocknet.     



  Das Produkt wird in der Hammermühle auf Korn  grösse unterhalb 44     ,u    gepulvert und im Ofen auf  500  C erhitzt.     Über    das Pulver wird     langsam    Wasser  stoff mit ausreichender     Geschwindigkeit    geleitet, um  das Nickeloxyd theoretisch in 4 Stunden zu reduzieren.       Während    dieser Reduktion wird der Wasserstoff 8  Stunden mit gleichmässiger     Geschwindigkeit    übergelei  tet.

   Dann wird die Temperatur auf 700  C erhöht und  die Strömung von trockenem, reinem Wasserstoff  ebenfalls stark erhöht, und schliesslich wird die Tem  peratur auf 900  C gesteigert, um die Reduktion zu       vervollständigen    und das     reduzierte    Pulver zu sintern.  



  Das so erhaltene Pulver besitzt eine spezifische  Oberfläche von 4     m2/g    und eine Schüttdichte von  2,3     g/ml.    Das Pulver enthält 2     Volo/o        Th02.     



  93 Teile des     Thoriumoxyd-Nickelpulvers    werden  mit 7 Teilen     Aluminiumpulver    vermischt, wobei das       Aluminiumpulver    als Komponente zur Umsetzung  mit einem Teil des Nickelpulvers zur Bildung einer       Nickelaluminidphase    bei der Weiterverarbeitung dient.  Das     Pulvergemisch    wird dann unter einem hydrauli  schen Druck von 4,7     t/cm2    zu einem Barren von  25,4 mm Durchmesser und 50,8 mm Länge     verpresst.     



  Der Barren wird 20 Stunden bei 550  C und     dann     5 Stunden bei 1200  C in sehr reinem Wasserstoff (der  völlig frei von Sauerstoff und Stickstoff ist und einen  Taupunkt unterhalb -70  C aufweist)     gesintert.     



  Der     gesinterte    Barren wird dann auf 1204  C er  hitzt, in einem     Behälter    bei 593  C überführt und       schliesslich    aus diesem Behälter durch eine     Strangpres-          se    mit     einem        90 -Hals    zu einer 6,35 mm starken Stan  ge     straggepresst.    Die     Heissbearbeitung    wird also bei  Temperaturen durchgeführt, die hoch genug sind, um  ein Lösungsglühen zu bewirken. Die     stranggepresste     Stange wird 24 Stunden bei 600 C     wärmegealtert.     



  Die Festigkeit des     Nickel-Nickelaluminid-Thorium-          oxyd-Produktes    ist gegenüber derjenigen von reinem  Nickel,     Nickel-Nickelaluminid    oder     Nickel-Thorium-          oxyd        verbessert.    Die Verbesserung in der       0,

  2        %-Streckgrenze        ist        besonders        bei        482        bis        815         C          bemerkbar.        Vergleichswerte    ergeben sich aus der fol  genden Tabelle:

    
EMI0006.0127     
  
    Zusammensetzung <SEP> Streckgrenze, <SEP> kg/mm2
<tb>  510<B><I>0</I></B> <SEP> C <SEP> 7040 <SEP> C <SEP> 982<B>0</B> <SEP> C
<tb>  Nickel <SEP> 11,95 <SEP> 5,6 <SEP> 1,05
<tb>  Nickel <SEP> -2o/oTh02 <SEP> 35,86 <SEP> 7,73 <SEP> 6,3
<tb>  Nickel <SEP> - <SEP> 7 <SEP> % <SEP> Al
<tb>  als <SEP> Aluminid <SEP> 26 <SEP> - <SEP> 3,5       
EMI0007.0001     
  
    Zusammensetzung <SEP> Streckgrenze, <SEP> kg/mm2
<tb>  510  <SEP> C <SEP> 704  <SEP> C <SEP> 982  <SEP> C
<tb>  Nickel <SEP> - <SEP> 2 <SEP> % <SEP> Th02 <SEP> - <SEP> 7 <SEP> % <SEP> Al
<tb>  als <SEP> Aluminid <SEP> 80,85 <SEP> 33,75 <SEP> 7,03
<tb>  100 <SEP> Stunden-Spannungsbruch,
<tb>  kg/mm2
<tb>  <U>510  <SEP> C <SEP> 7</U>04  <SEP> C <SEP> <U>9</U>82  <SEP> C
<tb>  Ni <SEP> - <SEP> 2 <SEP> 0/<B>9</B> <SEP> Th02 <SEP> 7,73 <SEP> 5,6 <SEP> 2,

  81
<tb>  Ni <SEP> - <SEP> 2 <SEP> % <SEP> Th02 <SEP> - <SEP> 7 <SEP> % <SEP> Al <SEP> 28,1 <SEP> 7,73 <SEP> 2,95       Eine weitere Verbesserung, durch die sich das Pro  dukt dieses Beispiels kennzeichnet, ist diejenige der  Oxydationsbeständigkeit. Die Oxydationsgeschwindig  keit an der Luft bei 982  C, bestimmt durch die Ge  wichtszunahme, ist bei dem Produkt dieses Beispiels  kleiner als bei geknetetem Nickel als nichtmodifizier  ter Kontrollprobe. Ebenso ist     die        Eindringtiefe    des An  griffs nach der Oxydation bei 982  C bedeutend gerin  ger als diejenige bei geknetetem Nickel.  



  Eine     elektronenmikrophotographische    Aufnahme  wird hergestellt, um die Verteilung des     Thoriumoxyds     und des     Nickelaluminids    in der     Thoriumoxyd-Nickel-          Nickelaluminid-Probe    zu zeigen. Die Aufnahme zeigt,  dass Bereiche vorhanden sind, in denen eine homogene  Verteilung des     Thoriumoxyds    in dem Nickel besteht.  In diesen Bereichen sind die     Nickelaluminidteilchen     ebenfalls homogen verteilt.  



  Die     elektronenmikrophotographischen    Aufnahmen  werden folgendermassen hergestellt: Ein 6,35 mm     dik-          ker    Stab aus Nickel, welches     dispergiertes        Thorium-          oxyd    und     Nickelaluminid    enthält, wird zerschnitten,  und der Querschnitt wird in einem     Bakelithalter    befe  stigt und mechanisch poliert. Die polierte Schnittfläche  wird gereinigt und mit Äthylalkohol getrocknet.

   Die       Proben        werden        elektrolytisch        in        10        %iger        HCl        in     Äthylalkohol geätzt. Nach dem chemischen Ätzen wird  die Probe in einen Vakuumverdampfer eingebracht. In  dem Verdampfer werden zwei Kohlestäbe zusammen  gebracht, und es wird Strom angelegt, bis Sprühen auf  tritt. Infolge des Sprühens scheidet sich ein sehr dün  ner     Kohlenstoffilm    auf der geätzten Oberfläche ab. Die  mit Kohlenstoff bedeckte Oberfläche wird durch Rit  zen mit einer scharfen Klinge in Quadrate mit  1,5875     mm    Seitenlänge unterteilt.  



  Die eingeritzte Probe wird in eine     Petrischale        ge-          legt,        die        eine        1%ige        Bromlösung        enthält.        Die        Kohlen-          stoffquadrate    werden durch den chemischen Angriff  von der Metalloberfläche abgelöst.

   Sie schwimmen auf  der Oberfläche der     Lösung,werden    auf     Elektronenmi-          kroskop-Drahtnetzen    aufgenommen und mit einem       Phillips    EM     100-Dreiphasen-Elektronenmikrospop    be  trachtet. Andernfalls können die Proben auch in po  liertem Zustande besichtigt werden.  



  Die Bromlösung dient zur Ablösung des Kohlen  stoffs, da sie nur das Grundmetall, nicht aber das  Oxyd oder das     Kohlenstoffnegativ    angreift.  



  Alle Proben werden mit dem Elektronenmikroskop  mit 1250- bzw.     5000-facher    Vergrösserung photogra  phiert. Von den     1250-fach        vergrösserten    Negativen  werden     5000-fach    vergrösserte Positive und von  den     5000-fach    vergrösserten Negativen 20     000-fach     vergrösserte Positive hergestellt.    In dem 20     000-fach    vergrösserten Bild sind die  Korngrenzen (Linien) deutlich erkennbar.

   In den Be  reichen, in denen sich die     Thoriumoxyd-Füllstoffteil-          chen    befinden, besitzen diese Körner eine mittlere  Grösse von etwa 2 bis     4,u.    Die Grösse der     Thorium-          oxydteilchen    beträgt etwa     0,1,u.    In den Bereichen, in  denen sich kein Füllstoff befindet, liegt die Korngrösse  im Bereich von<I>50</I>     ,u    und mehr, ist also 25mal so  gross wie diejenige der Körner in den     Füllstoffberei-          chen.     



  <I>Beispiel 2</I>       Eine        Probe        von        Eisenpulver,        die    5     Vol.-%        Alumi-          niumoxyd,        A1203,    enthält, wird nach der Methode des  Beispiels 1     unter    Verwendung einer Dispersion von       M203    in verdünnter Salpetersäure anstelle des     Th02          Sols    und von Eisennitratlösung anstelle der Nickelni  tratlösung hergestellt.

   Die     A120,-    Dispersion wird her  gestellt, indem handelsübliches     A120,-    Pulver in sehr  verdünnter Salpetersäure aufgeschlämmt, die     Auf-          schlämmung    in der     Kolloidmühle    gemahlen und die  sich in einer 25,4 cm hohen Säule im Verlaufe von 24  Stunden absetzende Fraktion entfernt wird.  



  Das von Eisenoxyd vollständig freie     Fe-A1,0,-          Pulver    wird mit Kohlenstoff in solcher Menge     ver-          mischt,        dass        eine        0,3        %        Kohlenstoff        enthaltende        Legie-          rung    entsteht. Das Pulvergemisch wird unter einem  hydrostatischen Druck von 14     t/cm2    gepresst, 24 Stun  den bei 1350  C gesintert und schliesslich durch       Strangpressen    bei 1038  C im Verhältnis 16:1 ver  jüngt.

   Die     stranggepresste    Stange wird 5 Stunden bei  427 C wärmegealtert.  



  <I>Beispiel 3</I>  Ein     Nickel-Chrom-Thoriumoxyd-Pulver,    welches 2       Vol.-%        Thoriumoxyd        enthält,        wird        nach        dem        Verfah-          ren    des Beispiels 1 hergestellt.

   Die drei Ausgangslösun  gen bestehen aus (a) 4580 g     Ni(NO3)2.    6     H20    in 61       destilliertem        Wasser,        (b)        147        g        20,2        %igem        Th02        Sol,     verdünnt auf 61, und (c) 121 einer zu 2/3 gesättigten       Ammoniumcarbonatlösung.    Am Ende des Zusatzes der  Ausgangslösungen beträgt der     pH-Wert    7,0.

   Dann wer  den zwei weitere Lösungen zugesetzt, nämlich (a)  1698 g     Cr(NO3)3.9        H20,    verdünnt auf 61, und (b) 61  einer zu     2/3    gesättigten     Ammoniumcarbonatlösung.     Der endgültige     pH-Wert    beträgt 7,0.  



  Der beim Filtrieren erhaltene nasse Filterkuchen  wiegt 8500 g. Er wird     übernacht    bei 125  C getrock  net, dann auf 450  C erhitzt und auf Teilchengrössen  unterhalb     149,u    gepulvert.  



  1432 des gemischten     Oxydpulvers    werden mit 53 g  Kohlenstoff gemischt, und das Gemisch wird in einen  Reduktionsofen eingebracht. Reiner, trockener Wasser  stoff wird 16 Stunden mit einer Geschwindigkeit von  5 bis 8     I/Min.    über die Probe geleitet, wobei die Tem  peratur auf 500  C gehalten wird. Der Wasserstoff  strom wird fortgesetzt und die Temperatur auf  1080  C gesteigert. Nach 72 Stunden beträgt der Tau  punkt des abströmenden Wasserstoffs -50  C. Der  Ofen wird auf Raumtemperatur erkalten gelassen und  die Probe herausgenommen.  



       Das        reduzierte        Ni-Cr-Th02        Pulver        enthält        2,1%          Th02,        weniger        als        0,01        %        Kohlenstoff        und        weniger        als          0,

  01%        Sauerstoffüberschuss        über        den        Sauerstoff        des          Th02.    Dieses Pulver wird mit     NisAl-Pulver    vermischt,  indem 100 Gewichtsteile des     Ni-Cr-Th02    Pulvers zu  60 Gewichtsteilen     Ni3Al-Pulver    zugesetzt werden.      Das     Pulvergemisch    wird nach Beispiel 2     verpresst,     gesintert und     stranggepresst.    Die     stranggepresste    Stan  ge wird bei 1200  C lösungsgeglüht, abgeschreckt und  dann 16 Stunden bei 750 C wärmegealtert.  



  <I>Beispiel 4</I>  Es ist bekannt, dass das übermässige Kornwachs  tum bei     Metallegierungen,    von denen hohe     Festigkeiten     bei sehr hohen Temperaturen verlangt werden, einen  schädlichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaf  ten der     Metallegierungen    hat. Man hat versucht, die  Korngrösse mit     Hilfe    von     Carbidphasen    unter Kontrol  le zu halten, die nicht in Lösung gehen, wenn das Me  tall lösungsgeglüht wird. Daher können zum Lösungs  glühen nur solche Temperaturen angewandt werden,  bei denen das     Carbid    sich nicht löst.

   Die meisten     Nik-          kellegierungen    müssen auf mehr als 1065  C erhitzt  werden, um y' (d. h. die     intermetallische    Verbindung,  wie z. B.     Nickelaluminid)    in Lösung zu bringen; sie  dürfen jedoch nicht über 1177  C erhitzt werden, da  mit das     Carbid    sich nicht löst und kein übermässiges  Kornwachstum eintritt.  



  In diesem Beispiel werden Metallproben, die 2       Gew.-%        Thoriumoxyd        und        8,0        Gew.-%        Aluminium     enthalten, und in denen das Aluminium in Form von       Nickelaluminid    vorliegt, nach dem     Strangpressen    auf  1204  C bzw. 1300  C erhitzt. Dann werden sie bei  555  C gealtert. Die so erhaltenen     Zugfestigkeiten    bei  510  C betragen 76 bzw. 77,3     kg/mm2.    Die     metallo-          graphische    Untersuchung zeigt, dass in keiner der Le  gierungen ein Kornwachstum stattgefunden hat.

   Die  Produkte gemäss der Erfindung können also infolge  der Anwesenheit der     dispergierten    hitzebeständigen       Oxydteilchen    auf höhere Lösungstemperaturen erhitzt  werden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE I. Metallmasse, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine kontinuierliche Phase, enthaltend mindestens ein Metall mit einem Schmelzpunkt oberhalb 1000 C, aufweist, das mindestens ein Oxyd mit einer freien Bil dungsenergie AF bei 27 C von 35-103 kcal/g-Atom Oxydsauerstoff bilden kann, wobei die Masse als dis- kontinuierliche Phase (1) 0,
    5-30 Vol.-% hitzebeständi- ge Teilchen aus mindestens einer Metallsauerstoffver- bindung mit einem QF-Wert bei 1000 C von mehr als 99 kcal/g-Atom Oxydsauerstoff und Teilchengrössen bis höchstens 1000 Millimicron und (2) 0,
    05-80 Vol.-% Teilchen einer Grösse bis höchstens 1000 Mil- limicron eines Metallcarbides, -borides, -nitrides, -sili- cides, -aluminides oder -titanides oder von Bornitrid oder -carbid enthält,
    und dass der die in den hitzebe ständigen Oxydteilchen enthaltene Sauerstoffmenge übersteigende Sauerstoffgehalt der Masse geringer als 0,5 Gew.-% ist. II. Verfahren zur Herstellung einer Metallmasse nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man eine pulverförmige Dispersion aus den hitzebe ständigen Metalloxydteilchen (1) in der zusammenhän genden Metallphase herstellt, ide pulverförmige Di spersion mit der Komponente (2) oder den bei Erwär mung diese Komponente bildenden Stoffen in solchen Mengenverhältnissen mischt,
    dass der Anteil der Kom- ponente (2) 0,05-80 Vol.-% der fertigen Metallmasse darstellt, das Gemisch auf eine Temperatur T1 erhitzt, die höher als die Lösetemperatur T, der Komponente (2) ist, und es auf der Temperatur T1 hält, bis die ge samte Komponente (2) in Lösung vorliegt, die Lösung zur Ausscheidung der Komponente (2) innerhalb weni ger als 100 sec auf eine Temperatur T2 kühlt,
    die um mindestens 200 C unter Ts liegt, und das so erhaltene Produkt bei einer Temperatur T., altert, die höchstens 80 % der Temperatur Ts, gemessen in absoluten Tem- peraturgraden, beträgt.
    UNTERANSPRÜCHE 1. Metallmasse nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der überschüssige Sauerstoffge- halt kleiner als 0,1 Gew.-% ist. 2.
    Metallmasse nach Patentanspruch 1 oder Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Komponente (2) 0,5-60 Vol.-% beträgt. 3. Metallmasse nach Patentanspruch I oder Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusam- menhängende Metallphase aus mindestens einem der Metalle Nickel, Kobalt, Eisen, Molybdän, Wolfram und Chrom besteht.
    4. Metallnasse nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen (2) aus Chromcarbid bestehen. 5. Metallmasse nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammenhängende Phase aus Nickel besteht, in welchem 2-10 Vol.-% Thorium- oxydteilchen (1) von Submikrongrösse und 0,
    5-60 Vol.-% Nickelaluminidteilchen (2) von Submikrongrös- se dispergiert sind, und dass der den Sauerstoffgehalt des Thoriumoxyds übersteigende Sauerstoffgehalt der Masse geringer als 0,1 Gew.-% ist. 6.
    Metallmasse nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass sie als zusammenhängende Phase eine solche aus mindestens einem Metall mit einem Schmelzpunkt oberhalb 1100 C enthält. 7. Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch ge kennzeichnet, dass die pulverförmige Dispersion mit 0,5-60 Vol.-% der Komponente (2) gemischt wird. <I>Anmerkung des</I> Eidg. <I>Amtes für geistiges Eigentum:
    </I> Sollten Teile der Beschreibung mit der im Patentanspruch gegebenen Definition der Erfindung nicht in Einklang stehen, so sei daran erinnert, dass gemäss Art. 51 des Patentgesetzes der Patentanspruch für den sachlichen Geltungsbereich des Patentes massgebend ist.
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