DE1079330B

DE1079330B - Verfahren zum Abdichten der Korngrenzen in einem aus Kupferguss bestehenden Werkstueck

Info

Publication number: DE1079330B
Application number: DEM30408A
Authority: DE
Inventors: Thomas Raine
Original assignee: Metropolitan Vickers Electrical Co Ltd
Current assignee: Metropolitan Vickers Electrical Co Ltd
Priority date: 1955-05-06
Filing date: 1956-05-02
Publication date: 1960-04-07

Description

DEUTSCHES

Es ist bekannt, daß beim Gießen von Kupfer unter Vakuum sich zwischen den Kristallen des Metalls winzige Risse entwickeln, die Undichtigkeiten gegenüber einem Vakuum verursachen können. Diese Grenzlinien werden weiter geschwächt, wenn das Metall in erhitztem Zustand einer oxydierenden Atmosphäre ausgesetzt und anschließend in einer reduzierenden Atmosphäre behandelt wird. Die erwähnten Risse oder Sprünge ergeben sich aus der Oxydation an den Grenzen der Kristalle sowie aus der nachfolgenden Reduktion des auf diese Weise gebildeten Oxyds während des Erhitzens in der reduzierenden Atmosphäre. Diese Behandlung kann jedoch einen wesentlichen Teil eines Herstellungsverfahrens zur Fertigung von Teilen aus einem Block gegossenen Kupfers darstellen. Ferner werden durch die Korngrenzen schwache mechanische Bindeglieder in der Struktur des Werkstücks gebildet.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die Mikrolunker in aus Kupferlegierungen bestehenden Gußstücken zu beseitigen, indem das Gußstück mit einem Metall, das mit dem darunterliegenden Metall des Gußstücks Mischkristalle zu bilden vermag, überzogen und alsdann das mit dem Überzug versehene Gußstück einer Diffusionisglühung unterworfen wird. In diesem alteren Verfahren werden Kupfer, Zink, Zinn und Aluminium zur Verwendung vorgeschlagen, wobei die Erhitzung des Gußstücks bei einer Temperatur zwischen 700 und 850° C während eines Zeitraums von 1 bis 3 Stunden erfolgte. Man hielt es nicht für ratsam, bei Durchführung dieses älteren Verfahrens eine reduzierende Atmosphäre zu benutzen, da das Reduktionsgas, z.B. Wasserstoff, sich bei · hoher Temperatur leicht in dem "Metall auflöst.

Entgegen allen Erwartungen wurde nun gefunden, daß es selbst mit einer relativ sehr kurzen Erhitzungszeit, die bei einigen Minuten liegt, möglich ist, derartige Risse wirksam; abzudichten, wenn als Dichtungsmetall eine eutektische^Kitpfer-Silber-Legierung- verwandt und das Werkstück unter Vakuum oder in einer reduzierenden Atmosphäre erhitzt wird. .

Die Erfindung betrifft demgemäß ein Verfahren zürn Abdichten der Korngrenzen in einem aus Kupferguß bestehenden Werkstück durch Überziehen des Werkstücks mit einem Metall sowie anschließende Erhitzung, die dazu dient, um ein Legieren des Überzugsmetalls mit dem Werkstück zu bewirken.

Dies Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Kupferguß-Werkstück mit einer eutektische!! Kupfer-Silber-Legierung überzogen wird und daß die Erhitzung unter Vakuum oder in einer reduzierenden Atmosphäre während nur weniger Minuten bis zu einer über dem Schmelzpunkt liegenden Temperatur erfolgt, um das Eindringen der Le-

der Korngrenzen in einem aus Kupferguß

bestehenden Werkstück

Anmelder:

Metropolitan-Vickers Electrical Company Limited,
London

Vertreter: Dr. M. Herzfeld, Patentanwalt,
Düsseldorf, Kreuzstr. 32

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 6. Mai 1955

Thomas Raine, Bramhall, Cheshire (Großbritannien), ist als Erfinder genannt worden

gierung· in die Korngrenzen des Kupfers zu bewirken. ■ ■ .

Die durch die ■ Verwendung der eutektischen KtLpfer-Silber-Legierung bewirkte Zeitersparnis hat somit eine beträchtliche Verbilligung des durch die Erfindung vorgeschlagenen Abdichtverfahrens - zur Folge. - -

Das. Überziehen des Kupferstücks -mit der eutektischen Legierung erfolgt vorzugsweise durch Aufspritzen ; und· die ■ Erhitzung ■ in einer reduzierenden Atmosphäre kann bei · einer Temperatur von etwa SOO⁰ C stattfinden, wobei Wasserstoff das· vorzugsweise zu verwendende Gas ist. .„ ....

Die Erfindung ist insbesondere bei der Erzeugung von flüssigkeitsgekühlten Anoden für Röntgenröhren verwendbar; sie kann ferner z. B. bei der Behandlung von Kupfergliedern verwandt werden, die bestimmt sind, einen Teil der Umhüllung eines evakuierten Hohlkörpers zu bilden.

In der Zeichnung ist beispielsweise eine Röntgenröhre mit einer Anode aus Kupferguß dargestellt, deren Korngrenzen gemäß dem Verfahren der Erfindung abgedichtet sind.

Fig. 1 ist eine Ansicht, teilweise im Querschnitt, einer Röntgenröhre, wobei die Anode der Röhre dargestellt ist.

Fig. 2 ist eine Teilansicht der Anode im Querschnitt.

■; 909 769/474

Gemäß der Zeichnung ist die Röntgenröhre mit einem Metallmantel 1 versehen, der aus einem sauerstofffreien, nahtlos gezogenen Kupferrohr gebildet sein kann. Am Ende dieses Mantels ist mit Hilfe eines Bundes 2 und der Abdichtungsmuffe 3 ein aus Glas bestehender röhrenförmiger Teil 4 befestigt, der dazu dient, die Elektronenröhre 5 isolierend zu tragen, welche auf einem flexiblen Metallring 6 aufruht. Die Elektronenröhre 5 umfaßt eine direkt beheizte Kathode 7 und ein umgebendes Steuergitter 8, welches dazu dient, die von der Kathode ausgesandten Elektronen in einen Strahl zusammenzufassen, der auf die Prallplatte 8 α auftrifft, welch letztere einen Teil der unter Vakuum gegossenen Kupferanode 9 bildet. Die Anode ist dicht mit dem Mantelrohr 1 verschmolzen und bildet den Abschluß des einen Endes dieses Rohres. Röntgenstrahlen, die von der Anode — als Ergebnis ihres Beschüsses durch den Kathodenstrahl — ausgesandt werden, gehen durch ein in dem Rohr 1 befindliches Fenster 10. a°

Die Anode 9 ist hohl ausgebildet, so> daß sie flüssigkeitsgekühlt werden kann. In Fig. 2 ist ein Teil derselben veranschaulicht, um die vorzugsweise anzubringenden Überzüge anzudeuten. Die eutektische Kupfer-Silber-Legierung, mit welcher die Außenseite der Anode — ausgenommen die Prallplatte 8 a — verkleidet ist, ist mit 11 bezeichnet.

Bei der Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird bei einem hohlen Kupferwerkstück 9 die üblicherweise aus Wolfram bestehende Scheibe oder 3<> Platte 8 a, die als Ziel für den Elektronenstrahl in der Röhre dient, in die Anode eingegliedert. Zu diesem Zweck kann die Herstellung der Anode in der Weise erfolgen, daß das Kupfer unter Vakuum in eine Form gegossen wird, in welche die Scheibe 8 α eingelassen ist, worauf man das Gußstück langsam und fortschreitend vom unteren Ende aus, wo die Scheibe sich befindet, abkühlen läßt. Diese fortschreitende Abkühlung hat eine grobe Korngröße im Kupfer zur Folge. Um die Grenzlinien zwischen den Körnern oder Kristallen abzudichten und um zu verhindern, daß sie während der zur Herstellung einer Röntgenröhre gehörigen Erhitzungs- und Abkühlungsprozesse Undichtigkeiten gegenüber einem Vakuum entwickeln, kann der innere hohle Teil des gegossenen Anodenkörpers 9 — wie bei 12 angedeutet — vernickelt werden, und zwar durch einen elektrolytischen Niederschlag in einer Stärke, die im Bereich von 0,001" bis 0,005" (0,0254 bis 0,127 mm) liegt. Der mit dem Überzug versehene Körper wird dann — wie vorstehend erwähnt — erhitzt, um das Nickel durch Diffusion an das Kupfer zu binden. Anschließend wird das Gußstück bearbeitet, bis es die erforderliche Größe besitzt, und um gegebenenfalls anhaftendes Kupfer von der Stirnfläche der Scheibe zu entfernen, worauf die bearbeitete Fläche z. B. mittels eines Kugelstrahlgebläses gerauht wird. Während dieses Vorgangs wird die Scheibe 8 a durch eine aus Neopren oder ähnlichem Material bestehende Platte geschützt. Darauf kommt die Anode 15 Minuten lang in siedendes Wasser, um etwa vom Kugelstrahlen verbliebenen Schrot zu lösen und zu entfernen.

Abschließend wird die Anode in einem geeigneten Lösungsmittel, z. B. Trichloräthylen, abgefettet. Die Oberfläche der Anode wird daraufhin mittels einer Spritzpistole mit (eutektischer) Ktipfer-Silber-Legierung gespritzt, wobei eine Schicht von ungefähr 0,005" (0,127 mm) Stärke, die bei 11 angedeutet ist, aufgetragen wird. Da diese Legierung an der aus Wolfram bestehenden Scheibe 8 a nicht haftet, ist es nicht erforderlich, die Scheibe während dieses Vorgangs abzuschirmen, was jedoch bei Verwendung anderer Materialien wahrscheinlich nötig sein würde. Die mit dem Überzug versehene Anode wird nunmehr in einem Vakuum oder in einer reduzierenden Atmosphäre, wie z. B. Wasserstoff¹, bis zu einer Temperatur von 800^!° C erhitzt und dieser Temperatur nur 1 Minute lang ausgesetzt. Diese Behandlung ist gerade ausreichend, um zu bewirken, daß die (eutektische) Kupfer-Silber-Legierung schmilzt, die Oberfläche des Kupfers benetzt und in die Korngrenzen zwischen den Kristallen eindringt.

Anoden für Röntgenröhren, die in dieser Weise behandelt wurden, haben sich als vollständig frei von Undichtigkeiten gegenüber einem Vakuum erwiesen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abdichten der Korngrenzen in einem aus Kupferguß bestehenden Werkstück durch Überziehen des Werkstücks mit einem Metall sowie anschließende Erhitzung, um ein Legieren des Überzugsmetalls mit dem Werkstück zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupferguß-Werkstück mit einer eutektischen Kupfer-Silber-Legierung überzogen wird und daß die Erhitzung unter Vakuum oder in einer reduzierenden Atmosphäre während nur weniger Minuten bis zu einer über dem Schmelzpunkt der Legierung liegenden Temperatur erfolgt, um das Eindringen der Legierung in die Korngrenzen des Kupfers zu bewirken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung bis auf eine Temperatur von 800° C in Wasserstoff durchgeführt wird.

3. Anwendung der Verfahrens nach Anspruch 1 zur Herstellung einer für eine Röntgenröhre bestimmten Anode.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 227 140.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen