DE112010005201T5 - Herstellungsweise für ein metallenes Material und das metallene Material - Google Patents

Abstract

[Problem] Ein metallenes Material bzw. ein Herstellungsverfahren für ein metallenes Material bereitzustellen, bei dem ein poröser Körper aus einem unedlen Metall einfach herzustellen ist, dessen feine Poren eine Porengröße im Nanometerbereich haben. [Mittel zur Lösung des Problems] Ein metallenes Material 1, das aus einer chemischen Verbindung, einer Legierung oder einer nicht-gleichgewichteten Legierung besteht, wird in ein Metallbad getaucht, das aus dem ersten Bestandteil besteht; das metallene Material enthält den zweiten und dritten Bestandteil, die gegenüber dem ersten Bestandteil eine positive bzw. negative Mischwärme haben; außerdem liegen deren Schmelzpunkte über dem Gefrierpunkt des Metallbades; das Metallbad wird so gesteuert, dass sich der dritte Bestandteil in dem metallenen Material 1 verringert und dass dessen Temperatur niedriger als der Minimalwert der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis der zweite Bestandteil erreicht ist; dadurch lässt sich selektiv der dritte Bestandteil in dem Metallschmelzbad 3 lösen. Nachdem [das metallene Material] aus dem Metallschmelzbad 3 herausgenommen wurde, werden die Mischanhaftungen 5 entfernt mittels einer sauren oder alkalischen wässrigen Lösung 7, die selektiv nur die Mischanhaftungen 5, bestehend aus dem ersten Bestandteil und dem dritten Bestandteil, die am Umfang anhaften, herauslöst.

Description

• [Technisches Gebiet]
• Diese Erfindung bezieht sich auf die Herstellungsweise für ein metallenes Material und das metallene Material, das an seiner Oberfläche oder überall winzige Poren besitzt.
• [Technischer Hintergrund]
• Der Versuch, metallene Materialien mit einem hohen Mehrwert zu versehen, indem man sie porös macht, wurde bereits vor über einem halben Jahrhundert unternommen. Es wird von porösen Metallen erwartet, dass sie ausgesprochen vielseitig einsetzbar sein werden, etwa für extrem leichte Materialien, Materialien mit einer hohen spezifischen Härte, energieabsorbierende Materialien, schwingungsabsorbierende Materialien, Schalldämmmaterialien, Wärmedämmmaterialien, Elektrodenmaterial, Filtermaterial, medizinische Materialien, Material für Wärmetauscher oder Material für ölführende Lageraufnahmen; auch ihr Potential, Antworten zu geben beim Umweltschutz, im Energiesektor oder bei der Überalterung ist hoch.
• Dabei sind die Erwartungen besonders hoch bei porösen, metallenen Materialien mit winzigen Poren im Nanometerbereich bei einer Porengröße unter 1 μm; weil solche Materialien verglichen mit massiven Metallkörpern – eine viel größere Oberfläche haben, sind deren katalytischen Eigenschaften, deren Elektrodencharakteristik, ihre Eigenschaft Gas zu speichern und deren sensorischen Eigenschaften von einer Funktionalität, die mit herkömmlichen Materialien nicht erreicht werden kann. Bisher wurden für die Herstellung von porösen Metallen z. B. die folgenden Verfahren benutzt: das Schaumschmelzverfahren, das Gasexpansionsverfahren, die Precursor-Methode, die Hitzesynthesemethode, die Hochtemperatursynthese, das Auftragungsverfahren oder das Spacer-Verfahren; die durch diese Verfahren hergestellten Poren haben alle eine Größe von mehreren zehn Mikrometern; diese weiter zu verkleinern ist nicht so einfach möglich. Daher wurden poröse Metalle, deren Porengröße im Nanometer-Bereich liegt, hauptsächlich mit der im Folgenden beschriebenen Legierungsauflösungsmethode hergestellt.
• Bei der Legierungsauflösungsmethode wird ein poröser Körper hergestellt, indem man aus Legierungen oder chemischen Verbindungen – die sich dadurch auszeichnen, dass sie als Hauptbestandteil eine zusammengesetzte Schicht aus einem unedlen und einem edlen Metall besitzen, deren Standardelektrodenpotential jeweils Minus oder Plus ist – nur den Hauptbestandteil des unedlen Metalls aus dieser Schicht bei Raumtemperatur in einer sauren oder alkalischen wässrigen Lösung herauslöst und entfernt; zurück bleibt in der Schicht eine poröse Struktur des edlen Metalls (siehe z. B. Patentliteratur 1).
• Auch haben in den letzten Jahren metallene Materialien als medizinische Materialien Beachtung gefunden. Durch die Fortschritte im medizinischen Bereich werden die Menschen immer alter; dadurch werden in Zukunft aber auch die mit dem Alter einhergehenden Lebensbeeinträchtigungen durch die Funktionsminderungen bzw. -ausfälle bei allen Organen immer ernster werden; diese Funktionen wiederherzustellen wird damit zu einer äußerst wichtigen Aufgabe. Ein wirksames Mittel zur Lösung dieser Aufgabe ist die Entwicklung von medizinischen Vorrichtungen, die mit Keramiken, Makromolekülen oder metallenen Materialien arbeiten. Als Beispiele seien hier grob unterteilt genannt: Vorrichtungen für die plastische Chirurgie, wie künstliche Gelenke oder Material zu Stabilisierung von Knochen; Vorrichtungen für die innere Medizin und Chirurgie von Kreislauforganen, wie implantierte künstliche Herzen oder Staints in Adern; Vorrichtungen für die Nasen- und Ohrenabteilung, wie künstliche Innenohren und Mittelohren; Vorrichtungen in der Zahnmedizin, wie Implantate oder Zahnkorrekturdrähte; und Vorrichtung für die allgemeine Chirurgie, wie Katheter oder Geräte für Operationen.
• Metallene Materialien sind bezüglich ihrer Formbarkeit und Bearbeitbarkeit, ihrer Superelastizität und ihres Formgedächtnisses hervorragend; außerdem sind sie in Bezug auf Stabilität und Zähigkeit den Keramiken und Makromolekülen überlegen. Deshalb werden auch rund 80% der Vorrichtungen, die in den Körper implantiert werden und die man nicht durch Keramiken oder Makromoleküle ersetzen kann, so entwickelt, dass man dafür metallene Materialien benutzt. Der rostfreie Stahl SUS316L – ein rostfreier Austenitstahl, Ti-6Al-4V ELI, Kobalt-Chrom-Legierungen (Co-Cr), Ti-6Al-4Nb, nickelfreier rostfreier Stahl und Nitinol (eine Formgedächtnislegierung aus Titan und Nickel (Ti-Ni) mit einem Nickelatomanteil zwischen 48,5 und 51,5%) sind alles metallene Materialien, die in medizinischen Vorrichtungen verwendet werden und die weithin bekannt sind.
• Metallene Materialien für medizinische Vorrichtungen sind zwar in Hinblick auf Stabilität und Zähigkeit wichtige Materialien, gleichzeitig haben sie aber auch Probleme, die es zu überwinden gilt. Für gewöhnlich ionisieren metallene Materialien durch Korrosion, wenn sie in Kontakt mit lebendem Gewebe kommen, und lösen sich auf; dabei besteht die Gefahr von Vergiftungen; deshalb ist eine hohe Korrosionsfestigkeit beim Einsatz für medizinische Vorrichtungen unabdingbar. Als allergieauslösende Metalle (Allergene) sind u. A. bekannt: Nickel, Quecksilber, Kobalt, Palladium und Chrom, wobei durch Nickel ausgelöste Allergien besonders schwerwiegend sind. Nickel wurde auch als karzinogener Stoff identifiziert, so dass in allen Ländern als Gegenmaßnahme Elutionsstandards festgelegt wurden. Daraufhin wurde die Legierungsentwicklung unter der Prämisse betrieben, dass in Legierungen für medizinische Vorrichtungen kein Nickel mehr enthalten sein soll; für die Legierungsentwicklung ist diese Einschränkung aber ein großes Hindernis und momentan geht es mit der Entwicklung nicht recht voran.
• Um dieses Problem zu lösen gibt es Oberflächenvergütungsverfahren (siehe Patentliteratur 2 und 3); dabei werden elektrolytische wässrige Lösungen verwendet; sie lösen aus der Oberfläche der Legierung, die Nickel enthält, das Nickel heraus, wodurch ein Film entsteht, der im wesentlichen aus Titanoxid besteht und dessen Nickelkonzentration abgesenkt ist; dadurch wird das Herauslösen von Nickelionen im Körper unterdrückt.
• [Literatur zum Stand der Technik]
• [Patentliteratur]
• [Patentliteratur 1] Japanische Übersetzung des PCT-Antrags Nr. 2008-509742
• [Patentliteratur 2] Internationale Veröffentlichung Nr. 2007/018189
• [Patentliteratur 3] Ungeprüfte Veröffentlichung eines Patentantrages Nr. 2007-6941
• [Übersicht über die Erfindung]
• [Probleme, die diese Erfindung löst]
• Für die in der Patentliteratur 1 beschriebene Legierungsauflösungsmethode wurden Erfolge berichtet für das Porösmachen mit Poren im Nanometerbereich von edlen metallenen Materialien wie etwa Gold oder Platin; allerdings ist es schon prinzipiell unmöglich, unedle Metalle porös zu machen in einer Porengröße im Nanometerbereich, so dass es folglich auch keinen Erfolgsbericht hierüber gibt. Deshalb blieb das Problem bestehen, mittels der Legierungsauflösungsmethode ein poröses Material mit Poren im Nanometerbereich herzustellen mit Materialien, die hervorragende mechanische Eigenschaften und funktionale Eigenschaften habe wie etwa Ti, Zr, Ni, Cr, Mo, W – weil deren Standardelektrodenpotential Minus ist.
• Bei den in der Patentliteratur 2 und 3 beschriebenen Oberflächenvergütungsverfahren konnte in einer Schichtdicke von einigen hundert Nanometern ab der Oberfläche die Nickelkonzentration reduziert werden; allerdings ist das Titanoxid, das sich als Oxidschicht dabei auf der Oberfläche bildet, gewöhnlich brüchig und dessen Elastizitätsgrenzenverbiegung verkleinert sich – verglichen mit dem metallenen Trägermaterial. Deshalb treten bei der Verformung des Trägermaterials in der Oxidschicht an der Oberfläche Risse auf, so dass die Gefahr besteht, dass dort von dem freigelegten Trägermaterial her Nickelionen herausgespült werden, die zu den Allergenen zählen; bei der Biokompatibilität gibt es hier also noch ein Problem.
• Diese Erfindung wurde in Hinblick auf dieses Problem gemacht; es sollte ein Herstellungsverfahren für metallene Materialien bzw. ein metallenes Material bereitgestellt werden, bei dem in einfacher Weise aus unedlen metallenen Materialien poröse Körper hergestellt werden können, deren Porengröße im Nanometerbereich liegt. Außerdem sollten dabei die mechanischen Eigenschaften des gesamten Materials nicht verschlechtert werden; Ziel war, ein Herstellungsverfahren für metallene Materialien bzw. ein solches metallenes Material bereitzustellen, das eine hervorragende Biokompatibilität besitzt, wobei das Herauslösen von Nickelionen unterdrückt wird.
• [Mittel, um die Probleme zu lösen]
• Ein Herstellungsverfahren für metallene Materialien nach dieser Erfindung, das dazu dient, das oben beschriebene Ziel zu erreichen, zeichnet sich durch die folgenden Punkte aus: ein metallenes Material, das aus einer chemischen Verbindung, einer Legierung oder einer nicht-gleichgewichteten Legierung besteht, wird in ein Metallbad getaucht, das aus dem ersten Bestandteil besteht; das metallene Material enthält den zweiten und dritten Bestandteil, die gegenüber dem ersten Bestandteil eine positive bzw. negative Mischwärme haben; außerdem liegen deren Schmelzpunkte über dem Gefrierpunkt des Metallbades; das Metallbad wird so gesteuert, dass sich der dritte Bestandteil in dem metallenen Material verringert und dass dessen Temperatur niedriger als der Minimalwert der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis der zweite Bestandteil erreicht ist; dadurch lässt sich selektiv der dritte Bestandteil in dem Metallbad lösen und man erhält ein metallenes Material mit feinsten Zwischenräumen.
• Das Herstellungsverfahren von metallenen Materialien nach dieser Erfindung ist ein metallurgisches Verfahren, das die folgende Eigenschaft nutzt: wenn man ein metallenes Material, das aus einer chemische Verbindung, einer Legierung oder einer nicht-gleichgewichteten Legierung besteht, in ein Metallbad taucht, wird – abhängig von der Mischwärme zu dem Bestandteil des Metallbades – selektiv aus dem metallenen Material der dritte Bestandteil in einem Metallbad aufgelöst, so dass der verbleibende Bestandteil sich selbst eine Struktur mit feinen Zwischenräume schafft. Dadurch lassen sich mit diesem Herstellungsverfahren von metallenen Materialien nach dieser Erfindung metallene Materialien herstellen mit einer Porengröße im Nanometerbereich, indem ein Material, das in den geformten feinsten Zwischenräumen anhaftet, entfernt wird; ein solches Material lässt sich auch mit allen unedlen Metallen einfach herstellen. Außerdem lässt sich diese Erfindung auch auf Stoffe anwenden, die als Metallbestandteile etwa Zinn, Kohlenstoff oder Halbmetalle wie Silizium, Bor oder Germanium enthalten. Außerdem müssen der erste, zweite und dritte Bestandteil jeweils nicht unbedingt einfache, reine Elemente sein, sondern können auch aus zusammengesetzten Elementen bestehen.
• Bei dem Herstellungsverfahren für metallene Materialien nach dieser Erfindung werden metallene Materialien hergestellt, die aus einer chemische Verbindung, einer Legierung oder einer nicht-gleichgewichteten Legierung bestehen, die zunächst gleichzeitig einen zweiten Bestandteil und einen dritten Bestandteil enthalten. Weiterhin haben der zweite und dritte Bestandteil jeweils eine positive und negative Mischwärme und man wählt den ersten Bestandteil so aus, dass dessen Schmelzpunkt niedriger liegt als der des metallenen Materials bzw. der des zweiten Bestandteils. Das Metallbad wird so erhitzt, dass die Temperatur des ersten Bestandteils über dessen Schmelzpunkt liegt, aber niedriger als der Minimalwert der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis der zweite Bestandteil erreicht ist und wo sich der dritte Bestandteil des metallenen Materials verringert.
• In das Metallbad, das aus dem ersten Bestandteil besteht, wird das metallene Material, das den zweiten und dritten Bestandteil enthält, getaucht. Weil bei diesem Prozess der dritte Bestandteil in dem metallenen Material eine positive Mischwärme zu dem ersten Bestandteil besitzt, löst es sich in dem Metallbad auf. Weil gleichzeitig der zweite Bestandteil zu dem ersten Bestandteil eine negative Mischwärme besitzt, bleibt es an der Oberfläche des metallenen Materials zurück – ohne sich im Metallbad aufzulösen; indem sich diese mit anderen auf gleiche Weise verbliebenen zweiten Bestandteile miteinander verbinden, werden Partikel im Nanometerbereich geformt. Weil sich diese Partikel nur an manchen Stellen miteinander verbinden, formt sich von selbst eine Struktur mit Zwischenräumen im Nanometerbereich. Außerdem kann bei diesem Prozess auch die Größe der hergestellten Zwischenräume und deren Zwischenraumrate verändert werden, indem die Temperatur des Metallbades und die Eintauchzeit des metallenen Materials verändert wird.
• Bei dem Herstellungsverfahren von metallenen Materialien nach dieser Erfindung sollten – nachdem das metallene Material aus dem Metallbad genommen wurde – mittels einer sauren oder alkalischen wässrigen Lösung Mischanhaftungen, die am Umfang oder auch im Inneren der Zwischenräume anhaften, und die den ersten Bestandteil bzw. dritten Bestandteil enthalten, selektiv herausgelöst und entfernt werden. Dadurch stellt man ein metallenes Material her, das feinste Poren im Nanometerbereich besitzt, das als Hauptbestandteil den zweiten Bestandteil hat und das von Mischanhaftungen befreit ist; dies erreicht man, indem man eine saure oder alkalische wässrige Lösung verwendet, die selektiv nur die Mischanhaftungen herauslöst, ohne dabei den zweiten Bestandteil aufzulösen. Ansonsten haften die zu entfernenden Mischanhaftungen etwa an den Außenflächen des hergestellten metallenen Materials oder im Inneren der feinen Zwischenräume oder füllen diese feinen Zwischenräume aus.
• Bei dem Herstellungsverfahren von metallenen Materialien nach dieser Erfindung sollte vorzugsweise für den ersten Bestandteil Mg, Ca, Bi oder Seltenerdmetalle genommen werden oder Mischungen wie Legierungen oder chemische Verbindungen, die eines dieser Elemente als Hauptbestandteil haben; für den zweiten Bestandteil sollten Ti, Zr, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fe oder Sn genommen werden oder gemischte Festkörpern wie Legierungen oder chemische Verbindungen, die eines oder mehrere dieser Elemente als Hauptbestandteil haben; für den dritten Bestandteil sollte Cu, Ni, Co, Fe oder Ca genommen werden oder gemischte Festkörpern wie Legierungen oder chemische Verbindungen, die eines oder mehrere dieser Elemente als Hauptbestandteil haben.
• Bei dem Herstellungsverfahren für metallene Materialien nach dieser Erfindung kann auch ein metallenes Material hergestellt werden, das eine oberflächenvergütete Schicht hat, die feinste Zwischenräume hat, indem das metallene Material in das Metallbad getaucht wird, wobei aus der Oberflächenschicht des metallenen Materials der dritte Bestandteil selektiv herausgelöst wird. In diesem Fall lässt sich ein metallenes Material herstellen, das nur an seiner oberflächenvergüteten Schicht Poren im Nanometerbereich besitzt.
• Bei dem Herstellungsverfahren für metallene Materialien nach dieser Erfindung kann der dritte Bestandteil aus Ni bestehen und das metallene Material kann aus einer nickelhaltigen Legierung bestehen. In diesem Fall löst sich das Nickel (Ni) in dem Metallbad auf und es lässt sich ein nickelfreies metallenes Material herstellen, bei dem der zurückbleibende zweite Bestandteil verdichtet ausgeformt ist und das mit feinen Poren ausgestattet ist. Unter ”nickelfrei” ist hier zu verstehen, dass die Konzentration der Nickelatomanteile im Material höchstens 1.0% beträgt. Wenn nur an der Oberflächenschicht des metallenen Materials Nickel herausgelöst wird, kann man eine Nickellegierung herstellen, deren Oberfläche nickelfrei vergütet ist. In diesem Fall werden nur an der nickelfreien vergüteten Oberfläche feine Poren ausgeformt; im Inneren der oberflächenvergüteten Schicht bleibt die nickelhaltige Legierung mit ihren hervorragenden mechanischen und funktionalen Eigenschaften erhalten. Bei dem so erhaltenen metallenen Material werden deshalb die mechanischen Eigenschaften für das Material als Ganzes nicht verschlechtert, das Herauslösen von Nickelionen aus der Oberflächenschicht wird unterdrückt und so wird eine hervorragende Biokompatibilität erreicht. Die Verweildauer der nickelhaltigen Legierung in dem Metallbad muss so eingestellt werden, dass die oberflächenvergütete Schicht sich nur soweit ausbreitet, dass die günstigen mechanischen Eigenschaften des Materials als Ganzes nicht schlechter werden.
• Bei dem Herstellungsverfahren für metallene Materialien nach dieser Erfindung kann das metallene Material auch eine nickelhaltige Legierung sein mit Ti als Hauptbestandteil, rostfreier Stahl, der Ni enthält, oder nickelhaltige Legierungen mit Co oder Cr als Hauptbestandteil. In diesen Fällen ist das metallene Material beispielsweise Nitinol (eine Formgedächtnislegierung aus Ti und Ni), eine nickelhaltige Legierung aus rostfreiem Stahl, die rostfreien Austenitstahl SUS316L enthält, oder nickelhaltige Kobalt-Chrom-Legierungen (Co-Cr) wie ASTM-F90, F562 oder F1058.
• Das metallene Material nach dieser Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass es mittels dem Herstellungsverfahren für metallene Materialien nach dieser Erfindung hergestellt wurde. Das metallene Material nach dieser Erfindung besitzt feine Poren im Nanometerbereich. Wenn dieses Material aus einer nickelhaltigen Legierung besteht, bei der nur aus der Oberflächenschicht des metallenen Materials das Nickel herausgelöst wurde, bleiben die mechanischen Eigenschaften des Materials als Ganzes erhalten und weil das Herauslösen der Nickelionen unterdrückt wird, besitzt es eine hervorragende Biokompatibilität.
• [Wirkung der Erfindung]
• Mittels dieser Erfindung konnte ein Herstellungsverfahren bereitgestellt werden, mit dem sich nicht-edle metallene Materialien einfach porös machen lassen mit einer Porengröße im Nanometerbereich bzw. ein solches metallenes Material. Außerdem konnte ein Herstellungsverfahren bzw. ein solches metallenes Material bereitgestellt werden, bei dem das Material als Ganzes nicht seine günstigen mechanischen Eigenschaften verliert und man erhält eine hervorragende Biokompatibilität, bei der das Herauslösen von Nickelionen unterdrückt wird.
• [Einfache Erläuterungen zu den Abbildungen]
• [ ] Das Herstellungsverfahren für metallene Materialien nach der ersten Anwendungsform dieser Erfindung, wobei (a) eine Seitenansicht ist, die den Arbeitsschritt zeigt, wenn das metallene Material in das Metallschmelzbad getaucht ist; (b) ist eine vergrößerte Seitenansicht eines Teiles davon; (c) ist eine Seitenansicht von dem metallenen Material, das aus dem Metallschmelzbad herausgenommen wurde; (d) ist eine Seitenansicht, die den Arbeitsschritt zeigt, wenn das metallene Material in die saure oder alkalische wässrige Lösung getaucht ist; und (e) ist eine Seitenansicht, die das hergestellte metallene Material zeigt.
• [ ] Eine Mikroskopaufnahme eines porös ausgeformten Titan-Zirkonium-Metalls, das mittels dem Herstellungsverfahren für metallene Materialien nach der ersten Anwendungsform dieser Erfindung hergestellt ist.
• [ ] Ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Atomverhältnis des Kupfers, das in dem metallenen Material enthalten ist, und der Porenrate des hergestellten metallenen Materials zeigt – und zwar von dem porösen Titan-Zirkonium-Metall aus .
• [ ] Das Herstellungsverfahren für metallene Materialien nach der zweiten Anwendungsform dieser Erfindung, wobei (a) eine Seitenansicht ist, die den Arbeitsschritt zeigt, wenn das metallene Material in das Metallschmelzbad getaucht ist; (b) ist eine vergrößerte Seitenansicht eines Teiles davon; (c) ist eine Seitenansicht von dem metallenen Material, das aus dem Metallschmelzbad herausgenommen wurde; (d) ist eine Seitenansicht, die den Arbeitsschritt zeigt, wenn das metallene Material in die saure oder alkalische wässrige Lösung getaucht ist; (e) ist eine Seitenansicht, die das hergestellte metallene Material zeigt; und (f) ist eine Seitenansicht, die die durch die gestrichelte Linie markierte Stelle des hergestellten metallenen Materials von (e) vergrößert zeigt.
• [ ] Eine Mikroskopaufnahme von einer Schnittfläche eines Nitinoldrahtes, dessen Oberfläche mit einer Titanschicht vergütet ist und der mittels des Herstellungsverfahrens für metallene Materialien nach der zweiten Anwendungsform dieser Erfindung hergestellt wurde.
• [ ] Ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Atomverhältnis des Ytterbiums, das in dem Metallschmelzbad enthalten ist, und der Dicke der vergüteten Titanoberfläche zeigt; hier handelt es sich um ein Nitinol-Metall, dessen Oberfläche mit Titan vergütet wurde und das mittels des Herstellungsverfahrens für metallene Materialien nach der zweiten Anwendungsform dieser Erfindung hergestellt wurde, wobei für das Metallschmelzbad als Bestandteil eine Mg-Yb-Legierung verwendet wurde.
• [Beschreibung der Anwendungsformen dieser Erfindung]
• Im Folgenden werden anhand der Abbildungen Anwendungsformen dieser Erfindung erläutert. Die bis zeigen die erste Anwendungsform für das Herstellungsverfahren für metallene Materialien bzw. für ein solches metallenes Material. Hier soll zunächst eine Anwendungsform dieser Erfindung erläutert werden, wofür als Beispiel ein Titanmaterial hergestellt wird, das mit feinen Poren ausgestattet ist; dazu wird für den ersten Bestandteil Magnesium, für den zweiten Bestandteil Titan und für dritten Bestandteil Kupfer verwendet. Für diesen Fall berechnet sich nach dem Modell von Miedema die Mischwärme, die zwischen Magnesium und Titan auftritt, die zwischen Titan und Kupfer auftritt und die zwischen Magnesium und Kupfer auftritt jeweils mit 16 kJ/mol, –9 kJ/mol und –3 kJ/mol (siehe Zeitschrift des "The Japan Institut of Metals": 2005, Band 46, Seite 2818). Von den positiven und negativen Vorzeichen her stoßen sich Magnesium und Titan ab, während Titan und Kupfer sowie Magnesium und Kupfer die Eigenschaft haben, Mischungen zu formen, die die Gestalt einer chemischen Verbindung oder einer Legierung haben können.
• Zuerst wird das metallene Material 1 mit den Bestandteilen Titan und Kupfer hergestellt. Dies wird, wie in gezeigt, in dem Schmelztiegel 2 in das Metallschmelzbad 3 (Metallbad) getaucht, das Magnesium als Bestandteil hat; das Metallschmelzbad wird so eingestellt, dass sich das Kupfer in dem metallenen Material 1 verringert, die Temperatur aber niedriger als der Minimalwert der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis der Titanbestandteil erreicht ist. Der Kupferbestandteil innerhalb des metallenen Materials 1 beginnt sich dann in dem Metallschmelzbad 3 aufzulösen, der Titanbestandteil bleibt aber an der Oberfläche des metallenen Materials 1 zurück; indem sich die anderen verbliebenen Titanbestandteile immer wieder miteinander verbinden, formen sich von selbst partikelförmige Gebilde 4 von einer Größe im Nanometerbereich, wie in gezeigt. Diese winzigen partikelförmigen Gebilde 4 verbinden sich an manchen Stellen miteinander und formen zwischen sich Zwischenräume in einer Größe im Nanometerbereich; diese Zwischenräume werden von Magnesiumbestandteilen ausgefüllt, aus denen das Kupfer herausgelöst wurde.
• Das metallene Material 1, das der oben beschriebenen Bearbeitung unterzogen wurde, wird aus dem Metallschmelzbad 3 herausgenommen und auf Raumtemperatur gekühlt. Wie in gezeigt, haften an dem Teil des metallenen Materials, das in das Metallschmelzbad 3 getaucht war, im Inneren und am Umfang Mischanhaftungen aus Kupfer und Magnesium an. Wenn man diesen Teil des metallenen Materials 1, an dem die Mischanhaftungen 5 sind – wie in gezeigt – in den Behälter 6 taucht, in dem eine saure oder alkalische wässrige Lösung 7 ist, dann werden nur die Mischanhaftungen 5 in der sauren oder alkalischen wässrigen Lösung 7 herausgelöst und entfernt. Nimmt man es danach aus der sauren oder alkalischen wässrigen Lösung 7 heraus und lässt es an der Luft trocknen, hat man – wie in gezeigt – das aus Titan gebildete metallene Material 8 hergestellt, das mit Poren mit einer Porengröße im Nanometerbereich ausgestattet ist. Im Folgenden wird die erste Anwendungsform nach dieser Erfindung an einem konkreten Beispiel erläutert.
• [Anwendungsform 1]
• Es wurde in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Bogenschmelzverfahren etwa 30 g von Cu₇₀Ti₁₅Zr₁₅ hergestellt, das ein Atomverhältnis Cu:Ti:Zr von 70:15:15 hat. Diese Vorlegierung wurde mechanisch zerkleinert und danach wurden etwa 5 g davon in eine 70 mm lange Quarzdüse mit einem Innendurchmesser von 7 mm eingeschoben, wo in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Kupfergussgießverfahren das metallene Material 1 hergestellt wurde, ein runder Stab von 1 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 50 mm.
• Dann wurden 10 g reinen Magnesiums in den Schmelztiegel 2 aus Graphit gegeben, der einen Innendurchmesser von 30 mm und eine Tiefe von 50 mm hat; dann wurde dies in einer Atmosphäre aus reinem Argongas mittels Hochfrequenzen geschmolzen und so geregelt, dass stets eine Flüssigkeitstemperatur von 700°C gehalten wurde; so wurde das Metallschmelzbad 3 hergestellt. Bei dieser Temperatur werden die Kupferbestandteile in dem Cu₇₀Ti₁₅Zr₁₅ verringert, die Temperatur muss aber so eingestellt sein, dass sie tiefer als die 900°C des Minimalwertes der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis der Ti₅₀Zr₅₀-Bestandteil erreicht ist. Das rundstabförmige metallene Material 1 wird mittels eines Molybdändrahtes hineingehängt; nachdem es etwa eine Sekunde in das Magnesium-Metallschmelzbad 3 getaucht wurde, wird es in Argongasatmosphäre herausgenommen und gekühlt. Das Element Kupfer hat sich in dieser Zeit aus dem rundstabförmigen metallenen Material 1 in das Magnesium-Metallschmelzbad 3 gelöst; das verbliebene Titan und Zirkonium verbinden sich immer wieder miteinander und formen so Legierungspartikel 4 mit einer Partikelgröße von etwa 500 nm; indem sich diese an manchen Stellen miteinander verbinden, entstehen Zwischenräume, die mit den Mischanhaftungen 5 aus dem Magnesiumbestandteil – in das auch das Kupfer gelöst wurde – gefüllt werden.
• Der Teil des rundstabförmigen metallenen Materials 1, der aus dem Magnesium-Metallschmelzbad 3 herausgezogen und gekühlt wurde und der die Mischanhaftungen 5 hat, wurde in ein Becherglas 6 gegeben, in dem eine wässrige Lösung von Salpetersäure 7 war, die auf eine Konzentration von 0.1 mol eingestellt war, wo er bei Zimmertemperatur 30 Minuten verblieb; nachdem die aus Magnesium und Kupfer bestehenden Mischanhaftungen 5 herausgelöst und entfernt wurden, wurde er in normaler Luftatmosphäre herausgezogen und getrocknet.
• Das Ergebnis davon ist in gezeigt – es wurde ein aus Ti₅₀Zr₅₀ geformtes metallenes Material 8 hergestellt, das feine Poren besitzt mit einer Porengröße im Nanometerbereich. Die Analyse von einem Foto einer Schnittfläche ergab, dass die Porenrate bei 40% liegt; die spezifische Oberfläche, die definiert ist als das Verhältnis von Titan-Zirkonium-Oberflächen zu Titan-Zirkonium-Volumen, wurde auf etwa 2.4 × 10⁷ m²/m³ berechnet.
• Indem man bei dem metallenen Material 1 die Atomverhältnisse von Titan, Zirkonium und Kupfer ändert, kann man die Porenrate und die spezifische Oberfläche des daraus hergestellten porösen metallenen Materials 8 aus Titan und Zirkonium einstellen. Der Zusammenhang zwischen dem Atomverhältnis des Kupfers in dem metallenen Material 1 und der Porenrate des hergestellten porösen metallenen Materials 8 aus Titan und Zirkonium wird in gezeigt.
• Wie in gezeigt, wird die Porenrate des hergestellten porösen metallenen Materials 8 umso größer, je höher das Kupferatomverhältnis ist, das dann in dem Magnesium-Metallschmelzbad 3 herausgelöst wird.
• [Anwendungsform 2]
• Es wurde in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Bogenschmelzverfahren etwa 30 g von Cu₅₀Ti₃₀Ag₂₀ hergestellt, das ein Atomverhältnis Cu:Ti:Ag von 50:30:20 hat. Diese Vorlegierung wurde mechanisch zerkleinert und danach wurden etwa 5 g davon in eine 70 mm lange Quarzdüse mit einem Innendurchmesser von 7 mm eingeschoben, wo in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Kupfergussgießverfahren das metallene Material 1 hergestellt wurde, ein runder Stab von 1 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 50 mm.
• Dann wurden 10 g reinen Magnesiums in den Schmelztiegel 2 aus Graphit gegeben, der einen Innendurchmesser von 30 mm und eine Tiefe von 50 mm hat; dann wurde dies in einer Atmosphäre aus reinem Argongas mittels Hochfrequenzen geschmolzen und so geregelt, dass stets eine Flüssigkeitstemperatur von 700°C gehalten wurde; so wurde das Magnesium-Metallschmelzbad 3 hergestellt. Bei dieser Temperatur werden die Kupferbestandteile in dem Cu₅₀Ti₃₀Ag₂₀ verringert, die Temperatur muss aber so eingestellt sein, dass sie tiefer als die 950°C des Minimalwertes der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis der Titanbestandteil erreicht ist. Das rundstabförmige metallene Material 1 wird mittels eines Molybdändrahtes hineingehängt; nachdem es etwa eine Sekunde in das Magnesium-Metallschmelzbad 3 getaucht wurde, wird es in Argongasatmosphäre herausgenommen und gekühlt. Die Elemente Kupfer und Silber haben sich in dieser Zeit aus dem rundstabförmigen metallenen Material 1 in das Magnesium-Metallschmelzbad 3 gelöst; das verbliebene Titan verbindet sich immer wieder miteinander und formt so winzige Partikel 4 mit einer Partikelgröße von etwa 400 nm; indem sich diese an manchen Stellen miteinander verbinden, entstehen Zwischenräume, die mit den Mischanhaftungen 5 aus dem Magnesiumbestandteil – in das auch das Kupfer und Silber gelöst wurden – gefüllt werden.
• Das aus dem Magnesium-Metallschmelzbad 3 herausgezogene und gekühlte metallene Material 1, wurde für 30 Minuten bei Zimmertemperatur in eine wässrige Lösung von Salpetersäure 7, die auf eine Konzentration von 0.1 mol eingestellt war, gegeben; nachdem die aus Magnesium, Kupfer und Silber bestehenden Mischanhaftungen 5 herausgelöst und entfernt wurden, wurde es in normaler Luftatmosphäre herausgezogen und getrocknet.
• Im Ergebnis wurde ein aus Titan geformtes metallenes Material 8 hergestellt, das feine Poren besitzt mit einer Porengröße im Nanometerbereich. Die Analyse von einem Foto einer Schnittfläche ergab, dass die Porenrate bei 43% liegt; die spezifische Oberfläche, die definiert ist als das Verhältnis von Titan-Oberfläche zu Titan-Volumen, wurde auf etwa 2.1 × 10⁷ m²/m³ berechnet.
• [Anwendungsform 3]
• Es wurde in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Bogenschmelzverfahren etwa 30 g von Cu₇₀Ti₃₀ hergestellt, das ein Atomverhältnis Cu:Ti von 7:3 hat. Diese Vorlegierung wurde mechanisch zerkleinert und danach wurden etwa 5 g davon in eine 70 mm lange Quarzdüse mit einem Innendurchmesser von 7 mm eingeschoben, wo in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Kupfergussgießverfahren das metallene Material 1 hergestellt wurde, ein runder Stab von 1 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 50 mm.
• Dann wurden 10 g reinen Magnesiums in den Schmelztiegel 2 aus Graphit gegeben, der einen Innendurchmesser von 30 mm und eine Tiefe von 50 mm hat; dann wurde dies in einer Atmosphäre aus reinem Argongas mittels Hochfrequenzen geschmolzen und so geregelt, dass stets eine Flüssigkeitstemperatur von 700°C gehalten wurde; so wurde das Magnesium-Metallschmelzbad 3 hergestellt. Bei dieser Temperatur werden die Kupferbestandteile in dem Cu₇₀Ti₃₀ verringert, die Temperatur muss aber so eingestellt sein, dass sie tiefer als die 868°C des Minimalwertes der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis der Titanbestandteil erreicht ist. Das rundstabförmige metallene Material 1 wird mittels eines Molybdändrahtes hineingehängt; nachdem es etwa eine Sekunde in das Magnesium-Metallschmelzbad 3 getaucht wurde, wird es in Argongasatmosphäre herausgenommen und gekühlt. Das Element Kupfer hat sich in dieser Zeit aus dem rundstabförmigen metallenen Material 1 in das Magnesium-Metallschmelzbad 3 gelöst; das verbliebene Titan verbindet sich immer wieder miteinander und formt so winzige Partikel 4 mit einer Partikelgröße von etwa 400 nm; indem sich diese an manchen Stellen miteinander verbinden, entstehen Zwischenräume, die mit den Mischanhaftungen 5 aus dem Magnesiumbestandteil – in das auch das Kupfer gelöst wurde – gefüllt werden.
• Der Teil des rundstabförmigen metallenen Materials 1, der aus dem Magnesium-Metallschmelzbad 3 herausgezogen und gekühlt wurde und der die Mischanhaftungen 5 hat, wurde in ein Becherglas 6 gegeben, in dem eine wässrige Lösung von Salpetersäure 7 war, die auf eine Konzentration von 0.1 mol eingestellt war, wo es bei Zimmertemperatur 30 Minuten verblieb; nachdem die aus Magnesium und Kupfer bestehenden Mischanhaftungen 5 herausgelöst und entfernt wurden, wurde es in normaler Luftatmosphäre herausgezogen und getrocknet.
• Im Ergebnis wurde ein aus Titan geformtes metallenes Material 8 hergestellt, das feine Poren besitzt mit einer Porengröße im Nanometerbereich. Die Analyse von einem Foto einer Schnittfläche ergab, dass die Porenrate bei 47% liegt; die spezifische Oberfläche, die definiert ist als das Verhältnis von Titan-Oberfläche zu Titan-Volumen, wurde auf etwa 2.4 × 10⁷ m²/m³ berechnet.
• [Anwendungsform 4]
• Es wurde in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Bogenschmelzverfahren etwa 30 g von Cr₃₀Co₇₀ hergestellt, das ein Atomverhältnis Cr:Co von 3:7 hat. Diese Vorlegierung wurde mechanisch zerkleinert und danach wurden etwa 6 g davon in eine 70 mm lange Quarzdüse mit einem Innendurchmesser von 7 mm eingeschoben, wo in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Kupfergussgießverfahren das metallene Material 1 hergestellt wurde, ein runder Stab von 1 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 50 mm.
• Dann wurden 15 g reinen Cers in den Schmelztiegel 2 aus Graphit gegeben, der einen Innendurchmesser von 30 mm und eine Tiefe von 50 mm hat; dann wurde dies in einer Atmosphäre aus reinem Argongas mittels Hochfrequenzen geschmolzen und so geregelt, dass stets eine Flüssigkeitstemperatur von 900°C gehalten wurde; so wurde das Cer-Metallschmelzbad 3 hergestellt. Bei dieser Temperatur werden die Kobaltbestandteile in dem Cr₃₀Co₇₀ verringert, die Temperatur muss aber so eingestellt sein, dass sie tiefer als die 1395°C des Minimalwertes der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis der Chrombestandteil erreicht ist. Das rundstabförmige metallene Material 1 wird mittels eines Molybdändrahtes hineingehängt; nachdem es etwa eine Sekunde in das Cer-Metallschmelzbad 3 getaucht wurde, wird es in Argongasatmosphäre herausgenommen und gekühlt. Das Element Kobalt hat sich in dieser Zeit aus dem rundstabförmigen metallenen Material 1 in das Cer-Metallschmelzbad 3 gelöst; das verbliebene Chrom verbindet sich immer wieder miteinander und formt so winzige Partikel 4 mit einer Partikelgröße von etwa 700 nm; indem sich diese Partikel 4 an manchen Stellen miteinander verbinden, entstehen Zwischenräume, die mit den Mischanhaftungen 5 aus dem Cerbestandteil – in das auch das Kobalt gelöst wurde – gefüllt werden.
• Der Teil des rundstabförmigen metallenen Materials 1, der aus dem Cer-Metallschmelzbad 3 herausgezogen und gekühlt wurde und der die Mischanhaftungen 5 hat, wurde in ein Becherglas 6 gegeben, in dem eine wässrige Lösung von Salpetersäure 7 war, die auf eine Konzentration von 0.1 mol eingestellt war, wo es bei Zimmertemperatur 30 Minuten verblieb; nachdem die aus Cer und Kobalt bestehenden Mischanhaftungen 5 herausgelöst und entfernt wurden, wurde es in normaler Luftatmosphäre herausgezogen und getrocknet.
• Im Ergebnis wurde ein aus Chrom geformtes metallenes Material 8 hergestellt, das feine Poren besitzt mit einer Porengröße im Nanometerbereich. Die Analyse von einem Foto einer Schnittfläche ergab, dass die Porenrate bei 35% liegt; die spezifische Oberfläche, die definiert ist als das Verhältnis von Chrom-Oberfläche zu Chrom-Volumen, wurde auf etwa 2.0 × 10⁷ m²/m³ berechnet.
• [Anwendungsform 5]
• Es wurde in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Bogenschmelzverfahren etwa 30 g von Zr₃₀Cu₇₀ hergestellt, das ein Atomverhältnis Zr:Cu von 3:7 hat. Diese Vorlegierung wurde mechanisch zerkleinert und danach wurden etwa 5 g davon in eine 70 mm lange Quarzdüse mit einem Innendurchmesser von 7 mm eingeschoben, wo in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Kupfergussgießverfahren das metallene Material 1 hergestellt wurde, ein runder Stab von 1 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 50 mm.
• Dann wurden 15 g reinen Cers in den Schmelztiegel 2 aus Graphit gegeben, der einen Innendurchmesser von 30 mm und eine Tiefe von 50 mm hat; dann wurde dies in einer Atmosphäre aus reinem Argongas mittels Hochfrequenzen geschmolzen und so geregelt, dass stets eine Flüssigkeitstemperatur von 830°C gehalten wurde; so wurde das Cer-Metallschmelzbad 3 hergestellt. Bei dieser Temperatur werden die Kupferbestandteile in dem Zr₃₀Cu₇₀ verringert, die Temperatur muss aber so eingestellt sein, dass sie tiefer als die 891°C des Minimalwertes der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis der Zirkoniumbestandteil erreicht ist. Das rundstabförmige metallene Material 1 wird mittels eines Molybdändrahtes hineingehängt; nachdem es etwa eine Sekunde in das Cer-Metallschmelzbad 3 getaucht wurde, wird es in Argongasatmosphäre herausgenommen und gekühlt. Das Element Kupfer hat sich in dieser Zeit aus dem rundstabförmigen metallenen Material 1 in das Cer-Metallschmelzbad 3 gelöst; das verbliebene Zirkonium verbindet sich immer wieder miteinander und formt so winzige Partikel 4 mit einer Partikelgröße von etwa 600 nm; indem sich diese Partikel 4 an manchen Stellen miteinander verbinden, entstehen Zwischenräume, die mit den Mischanhaftungen 5 aus dem Cerbestandteil – in das auch das Kupfer gelöst wurde – gefüllt werden.
• Der Teil des rundstabförmigen metallenen Materials 1, der aus dem Cer-Metallschmelzbad 3 herausgezogen und gekühlt wurde und der die Mischanhaftungen 5 hat, wurde in ein Becherglas 6 gegeben, in dem eine wässrige Lösung von Salpetersäure 7 war, die auf eine Konzentration von 0.1 mol eingestellt war, wo es bei Zimmertemperatur 30 Minuten verblieb; nachdem die aus Cer und Kupfer bestehenden Mischanhaftungen 5 herausgelöst und entfernt wurden, wurde es in normaler Luftatmosphäre herausgezogen und getrocknet.
• Im Ergebnis wurde ein aus Zirkonium geformtes, poröses metallenes Material 8 hergestellt, das feine Poren besitzt mit einer Porengröße im Nanometerbereich. Die Analyse von einem Foto einer Schnittfläche ergab, dass die Porenrate bei 36% liegt; die spezifische Oberfläche, die definiert ist als das Verhältnis von Zirkonium-Oberfläche zu Zirkonium-Volumen, wurde auf etwa 2.0 × 10⁷ m²/m³ berechnet.
• [Anwendungsform 6]
• Es wurde in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Bogenschmelzverfahren etwa 30 g von Mo₃₀Ni₇₀ hergestellt, das ein Atomverhältnis Mo:Ni von 30:70 hat. Aus dieser Vorlegierung wurde in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Kupfergussgießverfahren das rundstabförmige metallene Material 1 hergestellt mit 1 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 50 mm.
• Dann wurden 15 g reinen Cers in den Schmelztiegel 2 aus Graphit gegeben, der einen Innendurchmesser von 30 mm und eine Tiefe von 50 mm hat; dann wurde dies in einer Atmosphäre aus reinem Argongas mittels Hochfrequenzen geschmolzen und so geregelt, dass stets eine Flüssigkeitstemperatur von 1100°C gehalten wurde; so wurde das Cer-Metallschmelzbad 3 hergestellt. Bei dieser Temperatur werden die Nickelbestandteile in dem Mo₃₀Ni₇₀ verringert, die Temperatur muss aber so eingestellt sein, dass sie tiefer als die 1312°C des Minimalwertes der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis der Molybdänbestandteil erreicht ist. Das rundstabförmige metallene Material 1 wird mittels eines Molybdändrahtes hineingehängt; nachdem es etwa eine Sekunde in das Cer-Metallschmelzbad 3 getaucht wurde, wird es in Argongasatmosphäre herausgenommen und gekühlt. Das Element Nickel hat sich in dieser Zeit aus dem rundstabförmigen metallenen Material 1 in das Cer-Metallschmelzbad 3 gelöst; das verbliebene Molybdän verbindet sich immer wieder miteinander und formt so winzige Partikel 4 mit einer Partikelgröße von etwa 700 nm; indem sich diese Partikel 4 an manchen Stellen miteinander verbinden, entstehen Zwischenräume, die mit den Mischanhaftungen 5 aus dem Cerbestandteil – in das auch das Nickel gelöst wurde – gefüllt werden.
• Der Teil des rundstabförmigen metallenen Materials 1, der aus dem Cer-Metallschmelzbad 3 herausgezogen und gekühlt wurde und der die Mischanhaftungen 5 hat, wurde in ein Becherglas 6 gegeben, in dem eine wässrige Lösung von Salpetersäure 7 war, die auf eine Konzentration von 0.1 mol eingestellt war, wo es bei Zimmertemperatur 30 Minuten verblieb; nachdem die aus Cer und Nickel bestehenden Mischanhaftungen 5 herausgelöst und entfernt wurden, wurde es in normaler Luftatmosphäre herausgezogen und getrocknet.
• Im Ergebnis wurde ein aus Molybdän geformtes metallenes Material 8 hergestellt, das feine Poren besitzt mit einer Porengröße im Nanometerbereich. Die Analyse von einem Foto einer Schnittfläche ergab, dass die Porenrate bei 40% liegt; die spezifische Oberfläche, die definiert ist als das Verhältnis von Molybdän-Oberfläche zu Molybdän-Volumen, wurde auf etwa 1.9 × 10⁷ m²/m³ berechnet.
• [Anwendungsform 7]
• Es wurde in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Elektronenstrahlschmelzverfahren etwa 30 g von Ni₇₀W₃₀ hergestellt, das ein Atomverhältnis W:Ni von 30:70 hat. Aus dieser Vorlegierung wurde in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Bogenschmelz-Schrägkupfergussgießverfahren das rundstabförmige metallene Material 1 hergestellt mit 1.5 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 30 mm hergestellt.
• Dann wurden 15 g reinen Cers in den Schmelztiegel 2 aus Graphit gegeben, der einen Innendurchmesser von 30 mm und eine Tiefe von 50 mm hat; dann wurde dies in einer Atmosphäre aus reinem Argongas mittels Hochfrequenzen geschmolzen und so geregelt, dass stets eine Flüssigkeitstemperatur von 1600°C gehalten wurde; so wurde. das Cer-Metallschmelzbad 3 hergestellt. Bei dieser Temperatur werden die Nickelbestandteile in dem W₃₀Ni₇₀ verringert, die Temperatur muss aber so eingestellt sein, dass sie tiefer als die 1850°C des Minimalwertes der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis der Wolframbestandteil erreicht ist. Das rundstabförmige metallene Material 1 wird mittels eines Molybdändrahtes hineingehängt; nachdem es etwa eine Sekunde in das Cer-Metallschmelzbad 3 getaucht wurde, wird es in Argongasatmosphäre herausgenommen und gekühlt. Das Element Nickel hat sich in dieser Zeit aus dem rundstabförmigen metallenen Material 1 in das Cer-Metallschmelzbad 3 gelöst; das verbliebene Wolfram verbindet sich immer wieder miteinander und formt so winzige Partikel 4 mit einer Partikelgröße von etwa 700 nm; indem sich diese Partikel 4 an manchen Stellen miteinander verbinden, entstehen Zwischenräume, die mit den Mischanhaftungen 5 aus dem Cerbestandteil – in das auch das Nickel gelöst wurde – gefüllt werden.
• Der Teil des rundstabförmigen metallenen Materials 1, der aus dem Cer-Metallschmelzbad 3 herausgezogen und gekühlt wurde und der die Mischanhaftungen 5 hat, wurde in ein Becherglas 6 gegeben, in dem eine wässrige Lösung von Salpetersäure 7 war, die auf eine Konzentration von 0.1 mol eingestellt war, wo es bei Zimmertemperatur 30 Minuten verblieb; nachdem die aus Cer und Nickel bestehenden Mischanhaftungen 5 herausgelöst und entfernt wurden, wurde es in normaler Luftatmosphäre herausgezogen und getrocknet.
• Im Ergebnis wurde ein aus Wolfram geformtes, poröses metallenes Material 8 hergestellt, das feine Poren besitzt mit einer Porengröße im Nanometerbereich. Die Analyse von einem Foto einer Schnittfläche ergab, dass die Porenrate bei 30% liegt; die spezifische Oberfläche, die definiert ist als das Verhältnis von Wolfram-Oberfläche zu Wolfram-Volumen, wurde auf etwa 2.1 × 10⁷ m²/m³ berechnet.
• [Anwendungsform 8]
• Es wurde in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Elektronenstrahlschmelzverfahren etwa 30 g von Ta₃₆Ni₆₄ hergestellt, das ein Atomverhältnis Ta:Ni von 36:64 hat. Diese Vorlegierung wurde mechanisch zerkleinert und danach wurden etwa 7 g davon in eine 70 mm lange Quarzdüse mit einem Innendurchmesser von 7 mm eingeschoben, wo in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Kupfergussgießverfahren das metallene Material 1 hergestellt wurde, ein runder Stab von 1 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 50 mm.
• Dann wurden 15 g reinen Cers in den Schmelztiegel 2 aus Graphit gegeben, der einen Innendurchmesser von 30 mm und eine Tiefe von 50 mm hat; dann wurde dies in einer Atmosphäre aus reinem Argongas mittels Hochfrequenzen geschmolzen und so geregelt, dass stets eine Flüssigkeitstemperatur von 900°C gehalten wurde; so wurde das Cer-Metallschmelzbad 3 hergestellt. Bei dieser Temperatur werden die Nickelbestandteile in dem Ta₃₆Ni₆₄ verringert, die Temperatur muss aber so eingestellt sein, dass sie tiefer als die 1395°C des Minimalwertes der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis der Tantalbestandteil erreicht ist. Das rundstabförmige metallene Material 1 wird mittels eines Molybdändrahtes hineingehängt; nachdem es etwa eine Sekunde in das Cer-Metallschmelzbad 3 getaucht wurde, wird es in Argongasatmosphäre herausgenommen und gekühlt. Das Element Nickel hat sich in dieser Zeit aus dem rundstabförmigen metallenen Material 1 in das Cer-Metallschmelzbad 3 gelöst; das verbliebene Tantal verbindet sich immer wieder miteinander und formt so winzige Partikel 4 mit einer Partikelgröße von etwa 700 nm; indem sich diese Partikel 4 an manchen Stellen miteinander verbinden, entstehen Zwischenräume, die mit den Mischanhaftungen 5 aus dem Cerbestandteil – in das auch das Nickel gelöst wurde – gefüllt werden.
• Der Teil des rundstabförmigen metallenen Materials 1, der aus dem Cer-Metallschmelzbad 3 herausgezogen und gekühlt wurde und der die Mischanhaftungen 5 hat, wurde in ein Becherglas 6 gegeben, in dem eine wässrige Lösung von Salpetersäure 7 war, die auf eine Konzentration von 0.1 mol eingestellt war, wo es bei Zimmertemperatur 30 Minuten verblieb; nachdem die aus Cer und Nickel bestehenden Mischanhaftungen 5 herausgelöst und entfernt wurden, wurde es in normaler Luftatmosphäre herausgezogen und getrocknet.
• Im Ergebnis wurde ein aus Tantal geformtes, poröses metallenes Material 8 hergestellt, das feine Poren besitzt mit einer Porengröße im Nanometerbereich. Die Analyse von einem Foto einer Schnittfläche ergab, dass die Porenrate bei 29% liegt; die spezifische Oberfläche, die definiert ist als das Verhältnis von Tantal-Oberfläche zu Tantal-Volumen, wurde auf etwa 1.8 × 10⁷ m²/m³ berechnet.
• [Anwendungsform 9]
• Es wurde in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Bogenschmelzverfahren etwa 30 g von Fe₅₀Ti₅₀ hergestellt, das ein Atomverhältnis Fe:Ti von 50:50 hat. Diese Vorlegierung wurde mechanisch zerkleinert und danach wurden etwa 7 g davon in eine 70 mm lange Quarzdüse mit einem Innendurchmesser von 7 mm eingeschoben, wo in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Kupfergussgießverfahren das metallene Material 1 hergestellt wurde, ein runder Stab von 1 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 50 mm.
• Dann wurden 15 g reinen Samariums in den Schmelztiegel 2 aus Graphit gegeben, der einen Innendurchmesser von 30 mm und eine Tiefe von 50 mm hat; dann wurde dies in einer Atmosphäre aus reinem Argongas mittels Hochfrequenzen geschmolzen und so geregelt, dass stets eine Flüssigkeitstemperatur von 1080°C gehalten wurde; so wurde das Samarium-Metallschmelzbad 3 hergestellt. Bei dieser Temperatur werden die Eisenbestandteile in dem Fe₅₀Ti₅₀ verringert, die Temperatur muss aber so eingestellt sein, dass sie tiefer als die 1085°C des Minimalwertes der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis der Titanbestandteil erreicht ist. Das rundstabförmige metallene Material 1 wird mittels eines Molybdändrahtes hineingehängt; nachdem es etwa eine Sekunde in das Samarium-Metallschmelzbad 3 getaucht wurde, wird es in Argongasatmosphäre herausgenommen und gekühlt. Das Element Eisen hat sich in dieser Zeit aus dem rundstabförmigen metallenen Material 1 in das Samarium-Metallschmelzbad 3 gelöst; das verbliebene Titan verbindet sich immer wieder miteinander und formt so winzige Partikel 4 mit einer Partikelgröße von etwa 400 nm; indem sich diese Partikel 4 an manchen Stellen miteinander verbinden, entstehen Zwischenräume, die mit den Mischanhaftungen 5 aus dem Samariumbestandteil – in das auch das Eisen gelöst wurde – gefüllt werden.
• Der Teil des rundstabförmigen metallenen Materials 1, der aus dem Samarium-Metallschmelzbad 3 herausgezogen und gekühlt wurde und der die Mischanhaftungen 5 hat, wurde in ein Becherglas 6 gegeben, in dem eine wässrige Lösung von Salpetersäure 7 war, die auf eine Konzentration von 0.1 mol eingestellt war, wo es bei Zimmertemperatur 30 Minuten verblieb; nachdem die aus Samarium und Eisen bestehenden Mischanhaftungen 5 herausgelöst und entfernt wurden, wurde es in normaler Luftatmosphäre herausgezogen und getrocknet.
• Im Ergebnis wurde ein aus Titan geformtes, poröses metallenes Material 8 hergestellt, das feine Poren besitzt mit einer Porengröße im Nanometerbereich. Die Analyse von einem Foto einer Schnittfläche ergab, dass die Porenrate bei 31% liegt; die spezifische Oberfläche, die definiert ist als das Verhältnis von Titan-Oberfläche zu Titan-Volumen, wurde auf etwa 2.2 × 10⁷ m²/m³ berechnet.
• [Anwendungsform 10]
• Es wurde in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Bogenschmelzverfahren etwa 30 g von Cu₇₀T_25,4Zr_1,7Cr_2,9 hergestellt, das ein Atomverhältnis Cu:Ti:Zr:Cr von 70:25,4:1,7:2,9 hat. Diese Vorlegierung wurde mechanisch zerkleinert und danach wurden etwa 5 g davon in eine 70 mm lange Quarzdüse mit einem Innendurchmesser von 7 mm eingeschoben, wo in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Kupfergussgießverfahren das metallene Material 1 hergestellt wurde, ein runder Stab von 1 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 50 mm.
• Dann wurden 10 g reinen Magnesiums in den Schmelztiegel 2 aus Graphit gegeben, der einen Innendurchmesser von 30 mm und eine Tiefe von 50 mm hat; dann wurde dies in einer Atmosphäre aus reinem Argongas mittels Hochfrequenzen geschmolzen und so geregelt, dass stets eine Flüssigkeitstemperatur von 800°C gehalten wurde; so wurde das Magnesium-Metallschmelzbad 3 hergestellt. Bei dieser Temperatur wird der Kupferbestandteil in dem Cu₇₀Ti_25,4Zr_1,7Cr_2,9 verringert, die Temperatur muss aber so eingestellt sein, dass sie tiefer als die 868°C des Minimalwertes der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis der Ti_84,7Zr_5,6Cr_9,7-Bestandteil erreicht ist. Das rundstabförmige metallene Material 1 wird mittels eines Molybdändrahtes hineingehängt; nachdem es etwa 60 Sekunden in das Magnesium-Metallschmelzbad 3 getaucht wurde, wird es in Argongasatmosphäre herausgenommen und gekühlt. Das Element Kupfer hat sich in dieser Zeit aus dem rundstabförmigen metallenen Material 1 in das Magnesium-Metallschmelzbad 3 gelöst; das verbliebene Titan, Zirkonium und Chrom verbinden sich immer wieder miteinander und formen so winzige Partikel 4 mit einer Partikelgröße von etwa 500 nm; indem sich diese Partikel 4 an manchen Stellen miteinander verbinden, entstehen Zwischenräume, die mit den Mischanhaftungen 5 aus dem Magnesiumbestandteil – in das auch das Kupfer gelöst wurde – gefüllt werden.
• Der Teil des rundstabförmigen metallenen Materials 1, der aus dem Magnesium-Metallschmelzbad 3 herausgezogen und gekühlt wurde und der die Mischanhaftungen 5 hat, wurde in ein Becherglas 6 gegeben, in dem eine wässrige Lösung von Salpetersäure 7 war, die auf eine Konzentration von 0.1 mol eingestellt war, wo es bei Zimmertemperatur 30 Minuten verblieb; nachdem die aus Magnesium und Kupfer bestehenden Mischanhaftungen 5 herausgelöst und entfernt wurden, wurde es in normaler Luftatmosphäre herausgezogen und getrocknet.
• Im Ergebnis wurde ein aus Ti_84,7Zr_5,6Cr_9,7 geformtes metallenes Material 8 hergestellt, das feine Poren besitzt mit einer Porengröße im Nanometerbereich. Durch eine Strukturanalyse mittels Röntgenbeugung (XRD) wurde festgestellt, dass die Kristallstruktur der porösen, vergüteten Oberflächenschicht 9 eine kubisch-raumzentrierte (bcc) Struktur hat. Die Analyse von einem Foto einer Schnittfläche ergab, dass die Porenrate bei 31% liegt; die spezifische Oberfläche, die definiert ist als das Verhältnis von Titan-Zirkonium-Chrom-Oberfläche zu Titan-Zirkonium-Chrom-Volumen, wurde auf etwa 2.2 × 10⁷ m²/m³ berechnet.
• [Anwendungsform 11]
• Es wurde in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Bogenschmelzverfahren etwa 30 g von Ni₇₀Fe_23,4Cr_6,6 hergestellt, das ein Atomverhältnis Ni:Fe:Cr von 70:23,4:6,6 hat. Diese Vorlegierung wurde mechanisch zerkleinert und danach wurden etwa 5 g davon in eine 70 mm lange Quarzdüse mit einem Innendurchmesser von 7 mm eingeschoben, wo in einer Atmosphäre aus reinem Argongas nach dem Kupfergussgießverfahren das metallene Material 1 hergestellt wurde, ein runder Stab von 1 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 50 mm.
• Dann wurden 10 g reinen Magnesiums in den Schmelztiegel 2 aus Graphit gegeben, der einen Innendurchmesser von 30 mm und eine Tiefe von 50 mm hat; dann wurde dies in einer Atmosphäre aus reinem Argongas mittels Hochfrequenzen geschmolzen und so geregelt, dass stets eine Flüssigkeitstemperatur von 900°C gehalten wurde; so wurde das Magnesium-Metallschmelzbad 3 hergestellt. Bei dieser Temperatur wird der Nickelbestandteil in dem Ni₇₀Fe_23,4Cr_6,6 verringert, die Temperatur muss aber so eingestellt sein, dass sie tiefer als die 1430°C des Minimalwertes der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis der Fe₇₈Cr₂₂-Bestandteil erreicht ist. Das rundstabförmige metallene Material 1 wird mittels eines Molybdändrahtes hineingehängt; nachdem es etwa 60 Sekunden in das Magnesium-Metallschmelzbad 3 getaucht wurde, wird es in Argongasatmosphäre herausgenommen und gekühlt. Das Element Nickel hat sich in dieser Zeit aus dem rundstabförmigen metallenen Material 1 in das Magnesium-Metallschmelzbad 3 gelöst; das verbliebene Eisen und Chrom verbinden sich immer wieder miteinander und formen so winzige Partikel 4 mit einer Partikelgröße von etwa 800 nm; indem sich diese Partikel 4 an manchen Stellen miteinander verbinden, entstehen Zwischenräume, die mit den Mischanhaftungen 5 aus dem Magnesiumbestandteil – in das auch das Nickel gelöst wurde – gefüllt werden.
• Der Teil des rundstabförmigen metallenen Materials 1, der aus dem Magnesium-Metallschmelzbad 3 herausgezogen und gekühlt wurde und der die Mischanhaftungen 5 hat, wurde in ein Becherglas 6 gegeben, in dem eine wässrige Lösung von Salpetersäure 7 war, die auf eine Konzentration von 0.1 mol eingestellt war, wo es bei Zimmertemperatur 30 Minuten verblieb; nachdem die aus Magnesium und Nickel bestehenden Mischanhaftungen 5 herausgelöst und entfernt wurden, wurde es in normaler Luftatmosphäre herausgezogen und getrocknet.
• Im Ergebnis wurde ein aus Fe₇₈Cr₂₂ geformtes metallenes Material 8 hergestellt, das feine Poren besitzt mit einer Porengröße im Nanometerbereich. Die Analyse von einem Foto einer Schnittfläche ergab, dass die Porenrate bei 31% liegt; die spezifische Oberfläche, die definiert ist als das Verhältnis von Eisen-Chrom-Oberfläche zu Eisen-Chrom-Volumen, wurde auf etwa 2.2 × 10⁷ m²/m³ berechnet.
• Die bis zeigen die zweite Anwendungsform für das Herstellungsverfahren für metallene Materialien bzw. ein solches metallenes Material. Hier soll die zweite Anwendungsform dieser Erfindung erläutert werden, wofür als Beispiel ein Nitinol-Material hergestellt wird, das eine vergütete Oberflächenschicht hat, die – nachdem das Nickel aus der Oberflächenschicht herausgelöst wurde – durch das verbleibende Titan mit feinen Poren gebildet wird; als metallenes Material wird Nitinol, eine Formgedächtnisnickellegierung aus Titan und Nickel (Ti-Ni) mit einem Nickelatomanteil zwischen 48,5 und 51,5%, verwendet; dazu wird für den ersten Bestandteil Cer, für den zweiten Bestandteil Titan und für dritten Bestandteil Nickel verwendet.
• Wenn Nitinol verwendet wird, berechnet sich nach dem Modell von Miedema die Mischwärme, die zwischen Cer und Titan auftritt, die zwischen Titan und Nickel auftritt und die zwischen Cer und Nickel auftritt jeweils mit +18 kJ/mol, –35 kJ/mol und –28 kJ/mol (siehe Zeitschrift des "The Japan Institut of Metals": 2005, Band 46, Seiten 2818–2819). Von den positiven und negativen Vorzeichen her stoßen sich Cer und Titan ab, während Titan und Nickel sowie Cer und Nickel die Eigenschaft haben, Mischungen zu formen, die die Gestalt einer chemischen Verbindung oder einer Legierung haben können.
• Wie in gezeigt, wird das aus Nitinol bestehende metallene Material 1 in das Metallschmelzbad 3 (Metallbad) in dem Schmelztiegel 2 aus Titan getaucht, das Cer als Bestandteil hat; das Cer wird so eingestellt, dass sich das Nickel in dem Nitinol verringert, die Temperatur aber niedriger als der Minimalwert der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis der Titanbestandteil erreicht ist. Der Nickelbestandteil an der Oberfläche des metallenen Materials 1 beginnt dann sich in dem Metallschmelzbad 3 aufzulösen, der Titanbestandteil bleibt aber an der Oberfläche des metallenen Materials 1 zurück; indem sich die anderen verbliebenen Titanbestandteile immer wieder miteinander verbinden, formen sich von selbst partikelförmige Gebilde 4 von einer Größe in einem Bereich zwischen Nano- und Mikrometer, wie in gezeigt. Diese winzigen partikelförmigen Gebilde 4 verbinden sich an manchen Stellen miteinander und formen zwischen sich Zwischenräume in einer Größe in einem Bereich zwischen Nano- und Mikrometer; diese Zwischenräume werden von Mischanhaftungen 5 aus Cer ausgefüllt, in das sich das Nickel herausgelöst und vermischt hat.
• Das metallene Material 1, das der oben beschriebenen Bearbeitung unterzogen wurde, wird aus dem Metallschmelzbad 3 herausgenommen und auf Raumtemperatur gekühlt. Wie in gezeigt, werden die Stellen, die in das Metallschmelzbad 3 getaucht waren und an denen Mischanhaftungen 5 sind – diese haften an der Oberfläche des metallene Materials 1 an bzw. füllen die Zwischenräume aus – wie in gezeigt, in ein Gefäß 6 – ein Becherglas – mit einer sauren oder alkalischen wässrigen Lösung 7 getaucht; dort werden nur die Mischanhaftungen 5 in die sauren oder alkalischen wässrigen Lösung 7 herausgelöst und entfernt. Danach wird es aus der sauren oder alkalischen wässrigen Lösung 7 herausgenommen und an der Luft trocknen gelassen; so lässt sich – wie in den und (f) gezeigt – ein Nitinol-Metall 8 herstellen, das eine mit Titan vergütete Oberfläche 9 hat, die mit feinen Poren versehen ist mit einer Porengröße im Bereich zwischen Nano- und Mikrometer. Im Folgenden wird ein konkretes Beispiel für die zweite Anwendungsform dieser Erfindung gezeigt.
• [Anwendungsform 12]
• Als metallenes Material 1 dient ein Nitinol-Draht (eine Formgedächtnisnickellegierung aus Titan und Nickel (Ti-Ni) mit einem Nickelatomanteil von 51%), der einen Durchmesser von 330 μm und eine Länge von 50 mm hat. Dann wurden etwa 50 g Cer in den Schmelztiegel 2 aus Titan gegeben, der einen Innendurchmesser von 50 mm und eine Tiefe von 15 mm hat; dann wurde dies in einer Atmosphäre aus reinem Argongas mittels Hochfrequenzen geschmolzen und so geregelt, dass stets eine Flüssigkeitstemperatur von 850°C gehalten wurde; so wurde das Metallschmelzbad 3 hergestellt. Bei dieser Temperatur wird der Nickelbestandteil in dem Nitinol verringert, die Temperatur muss aber so eingestellt sein, dass sie tiefer als die 942°C des Minimalwertes der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis der Titanbestandteil erreicht ist.
• Das metallene Material 1 aus Nitinol-Draht wird etwa 240 Sekunden lang in das Metallschmelzbad 3 getaucht; danach wird es in Argongasatmosphäre herausgenommen und gekühlt. Das Element Nickel an der Oberfläche des metallenen Materials 1 hat sich in dieser Zeit Cer-Metallschmelzbad 3 herausgelöst; das verbliebene Titan verbindet sich immer wieder miteinander und formt so Titanpartikel 4 mit einer Partikelgröße von etwa 1 μm; indem sich diese an manchen Stellen miteinander verbinden, entstehen Zwischenräume, die mit den Mischanhaftungen 5 aus dem Cerbestandteil – in das auch das Nickel gelöst wurde – gefüllt werden.
• Der Teil mit den Mischanhaftungen 5, der aus dem Cer-Metallschmelzbad 3 herausgezogen und gekühlt wurde und der an der Oberflächenschicht des metallenen Materials 1 die Mischanhaftungen 5 hat, wurde in ein Becherglas 6 mit einer 30%igen wässrige Lösung von Salpetersäure 7 gegeben, wo er bei Zimmertemperatur 30 Minuten verblieb; nachdem die aus Cer und Nickelbestandteilen bestehenden Mischanhaftungen 5 herausgelöst und entfernt wurden, wurde es in normaler Luftatmosphäre herausgezogen und getrocknet.
• Im Ergebnis wurde – wie in gezeigt – ein Nitinoldraht 8 hergestellt, der eine poröse, mit Titan vergütete Oberflächenschicht 9 besitzt; diese Schicht hat von der Oberfläche ab eine Dicke von 5 μm und die Zwischenräume haben eine Größe von etwa 1 μm. Durch eine Elementaranalyse mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS) ergab sich, dass sich in der vergüteten Titanoberfläche 9 99 Atomanteile Titan konzentrierten und der Atomanteil des Nickels auf 0.9% reduziert war.
• Die Dicke der vergüteten Oberflächenschicht aus Titan 9, die auf der Nitinol-Oberfläche hergestellt wird, lässt sich steuern, indem man für das Metallschmelzbad 3 eine Legierung wählt aus Ytterbium, das wie das Cer ein Seltenerdmetall ist, und aus Magnesium, dessen Nickelherauslösegeschwindigkeit unter der des Ytterbiums liegt und indem man das Atomverhältnis des Ytterbiums verändert. Die Beziehung von dem Atomverhältnis des Ytterbiums in dem Metallschmelzbad 3 zu der Dicke der vergüteten Oberflächenschicht aus Titan 9 wird in gezeigt. Diese Beziehung gilt nur, wenn die Temperatur des Metallschmelzbades 3 850°C beträgt und die Eintauchzeit 240 Sekunden beträgt.
• Wie in gezeigt, wird die vergütete Oberflächenschicht aus Titan 9 umso dicker, je höher das Atomverhältnis des Ytterbiums in dem Metallschmelzbad 3 ist, das – verglichen mit Magnesium – eine höhere Nickelherauslösegeschwindigkeit hat.
• [Anwendungsform 13]
• Als metallenes Material 1 wurde eine SUS316L-Platte vorbereitet, 10 mm breit, 30 mm lang und 1 mm dick. SUS316L ist eine Stahlsorte, die für einen typischen rostfreien Austenitstahl steht, mit hervorragenden Eigenschaften bezüglich Korrosionsbeständigkeit, Magnetisierbarkeit, Walzbarkeit, Verarbeitbarkeit und Schweißbarkeit; er zeichnet sich besonders dadurch aus, dass er eine hervorragende Lochfraßkorrosionsbeständigkeit und Korngrenzenkorrosionsbeständigkeit hat. Dann wurden 10 g reinen Magnesiums in den Schmelztiegel 2 aus Graphit gegeben, der einen Innendurchmesser von 30 mm und eine Tiefe von 50 mm hat; dann wurde dies in einer Atmosphäre aus reinem Argongas mittels Hochfrequenzen geschmolzen und so geregelt, dass stets eine Flüssigkeitstemperatur von 800°C gehalten wurde; so wurde das Metallschmelzbad 3 hergestellt. Bei dieser Temperatur werden die Nickelbestandteile in dem SUS316L verringert, die Temperatur muss aber so eingestellt sein, dass sie tiefer als die etwa 1450°C des Minimalwertes der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis die verbleibenden Bestandteile erreicht sind – nachdem Nickel usw. aus dem SUS316L herausgelöst wurde.
• Das aus der SUS316L-Platte bestehende metallene Material 1 wird mittels eines Molybdändrahtes hineingehängt; nachdem es etwa 60 Sekunden in das Magnesium-Metallschmelzbad 3 getaucht wurde, wird es in Argongasatmosphäre herausgenommen und gekühlt. Das Element Nickel hat sich in dieser Zeit aus der Oberflächenschicht des metallenen Materials 1 in das Magnesium-Metallschmelzbad 3 gelöst; die verbliebenen Bestandteile verbinden sich immer wieder miteinander und formen so grübchenförmige Zwischenräume in der Größe von etwa 3 μm; an dieser Oberfläche haften Mischanhaftungen 5 an, die aus Magnesiumbestandteilen und dem darin gelösten Nickel bestehen.
• Der Teil mit den Mischanhaftungen 5, der aus dem Magnesium-Metallschmelzbad 3 herausgezogen und gekühlt wurde und der an der Oberflächenschicht des metallenen Materials 1 die Mischanhaftungen 5 hat, wurde in ein Becherglas 6 mit einer 30%igen wässrige Lösung von Salpetersäure 7 gegeben, wo er bei Zimmertemperatur 30 Minuten verblieb; nachdem die aus Magnesium- und Nickelbestandteilen bestehenden Mischanhaftungen 5 herausgelöst und entfernt wurden, wurde es in normaler Luftatmosphäre herausgezogen und getrocknet.
• Im Ergebnis wurde ein metallenes Material aus SUS316L 8 hergestellt, das eine poröse, vergütete Oberflächenschicht 9 besitzt; diese Schicht hat von der Oberfläche ab eine Dicke von 8 μm und die Zwischenräume haben eine Größe von etwa 3 μm. Durch eine Elementaranalyse mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS) ergab sich, dass sich an der vergüteten Oberflächenschicht 9 die Nickelkonzentration bis auf 0.8 Atomanteile reduziert hatte.
• [Anwendungsform 14]
• Als metallenes Material 1 wurde eine ASTM-F90-Platte vorbereitet, 10 mm breit, 30 mm lang und 1 mm dick. Die ASTM-F90-Legierung ist eine Legierung, die als Hauptbestandteil Kobalt enthält, daneben aber auch 19.0–21.0 Massenanteile Chrom, 14.0–16.0 Massenanteile Wolfram, 9.0–11.0 Massenanteile Nickel, 0.05–0.15 Massenanteile Kohlenstoff, 1.0–2.0 Massenanteile Mangan, maximal 3 Massenanteile Eisen und maximal 0.4 Massenanteile Silizium; sie zeichnet sich durch eine hervorragende Formbarkeit und Verarbeitbarkeit aus. Dann wurden 10 g reinen Magnesiums in den Schmelztiegel 2 aus Graphit gegeben, der einen Innendurchmesser von 30 mm und eine Tiefe von 50 mm hat; dann wurde dies in einer Atmosphäre aus reinem Argongas mittels Hochfrequenzen geschmolzen und so geregelt, dass stets eine Flüssigkeitstemperatur von 950°C gehalten wurde; so wurde das Metallschmelzbad 3 hergestellt. Bei dieser Temperatur werden die Nickelbestandteile in dem ASTM-F90 verringert, die Temperatur muss aber so eingestellt sein, dass sie tiefer als die etwa 1410°C des Minimalwertes der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis die verbleibenden Bestandteile erreicht sind – nachdem Nickel usw. aus dem ASTM-F90 herausgelöst wurde.
• Das aus der ASTM-F90-Platte bestehende metallene Material 1 wird mittels eines Molybdändrahtes hineingehängt; nachdem es etwa 300 Sekunden in das Magnesium-Metallschmelzbad 3 getaucht wurde, wird es in Argongasatmosphäre herausgenommen und gekühlt. Das Element Nickel hat sich in dieser Zeit aus der Oberflächenschicht des metallenen Materials 1 in das Magnesium-Metallschmelzbad 3 gelöst; die verbliebenen nickelfreien Bestandteile verbinden sich immer wieder miteinander und formen so grübchenförmige Zwischenräume in der Größe von etwa 1.5 μm, die die vergütete Oberflächenschicht 9 bilden; an dieser Oberfläche haften Nickelmischanhaftungen 5 an, die aus Magnesiumbestandteilen und dem darin gelösten Nickel bestehen.
• Der Teil mit den Mischanhaftungen 5, der aus dem Magnesium-Metallschmelzbad 3 herausgezogen und gekühlt wurde und der an der Oberflächenschicht des metallenen Materials 1 die Mischanhaftungen 5 hat, wurde in ein Becherglas 6 mit einer 30%igen wässrige Lösung von Salzsäure 7 gegeben, wo er bei Zimmertemperatur 30 Minuten verblieb; nachdem die aus Magnesium- und Nickelbestandteilen bestehenden Mischanhaftungen 5 herausgelöst und entfernt wurden, wurde es in normaler Luftatmosphäre herausgezogen und getrocknet.
• Im Ergebnis wurde ein nickelfreies metallenes Material aus ASTM-F90 8 hergestellt, das eine poröse, vergütete Oberflächenschicht 9 besitzt; diese Schicht hat von der Oberfläche ab eine Dicke von 3 μm und die grübchenförmigen Zwischenräume haben eine Größe von etwa 1.5 μm. Durch eine Elementaranalyse mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS) ergab sich, dass sich an der porösen vergüteten Oberflächenschicht 9 die Nickelkonzentration bis auf 0.7 Atomanteile reduziert hatte.
• [Anwendungsform 15]
• Als metallenes Material 1 wurde eine ASTM-F562-Platte vorbereitet, 10 mm breit, 30 mm lang und 1 mm dick. Die ASTM-F562-Legierung ist eine Kobaltlegierung, die daneben aber auch 19.0–21.0 Massenanteile Chrom, 9.0–10.5 Massenanteile Molybdän, 33.0–37.0 Massenanteile Nickel, maximal 0.025 Massenanteile Kohlenstoff, 0.15 Massenanteile Mangan, maximal 1.0 Massenanteile Eisen, maximal 0.15 Massenanteile Silizium und maximal 1.0 Massenanteile Titan enthält; sie zeichnet sich durch eine hervorragende Festigkeit, Walzbarkeit und Korrosionsbeständigkeit aus. Dann wurden 10 g reinen Magnesiums in den Schmelztiegel 2 aus Graphit gegeben, der einen Innendurchmesser von 30 mm und eine Tiefe von 50 mm hat; dann wurde dies in einer Atmosphäre aus reinem Argongas mittels Hochfrequenzen geschmolzen und so geregelt, dass stets eine Flüssigkeitstemperatur von 850°C gehalten wurde; so wurde das Metallschmelzbad 3 hergestellt. Bei dieser Temperatur werden die Nickelbestandteile in dem ASTM-F562 verringert, die Temperatur muss aber so eingestellt sein, dass sie tiefer als die etwa 1440°C des Minimalwertes der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis die verbleibenden Bestandteile erreicht sind – nachdem Nickel usw. aus dem ASTM-F562 herausgelöst wurde.
• Das aus der ASTM-F562-Platte bestehende metallene Material 1 wird mittels eines Molybdändrahtes hineingehängt; nachdem es etwa 300 Sekunden in das Magnesium-Metallschmelzbad 3 getaucht wurde, wird es in Argongasatmosphäre herausgenommen und gekühlt. Das Element Nickel hat sich in dieser Zeit aus der Oberflächenschicht des metallenen Materials 1 in das Magnesium-Metallschmelzbad 3 gelöst; die verbliebenen nickelfreien Bestandteile verbinden sich immer wieder miteinander und formen so grübchenförmige Zwischenräume in der Größe von etwa 3 μm, die die vergütete Oberflächenschicht 9 bilden; an dieser Oberfläche haften Nickelmischanhaftungen 5 an, die aus Magnesiumbestandteilen und dem darin gelösten Nickel bestehen.
• Der Teil mit den Mischanhaftungen 5, der aus dem Magnesium-Metallschmelzbad 3 herausgezogen und gekühlt wurde und der an der Oberflächenschicht des metallenen Materials 1 die Mischanhaftungen 5 hat, wurde in ein Becherglas 6 mit einer 30%igen wässrige Lösung von Salzsäure 7 gegeben, wo er bei Zimmertemperatur 30 Minuten verblieb; nachdem die aus Magnesium und Nickelbestandteilen bestehenden Mischanhaftungen 5 herausgelöst und entfernt wurden, wurde es in normaler Luftatmosphäre herausgezogen und getrocknet.
• Im Ergebnis wurde ein nickelfreies metallenes Material aus ASTM-F562 8 hergestellt, das eine poröse, vergütete Oberflächenschicht 9 besitzt; diese Schicht hat von der Oberfläche ab eine Dicke von 5 μm und die grübchenförmigen Zwischenräume haben eine Größe von etwa 3 μm. Durch eine Elementaranalyse mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS) ergab sich, dass sich an der porösen vergüteten Oberflächenschicht 9 die Nickelkonzentration bis auf 0,9 Atomanteile reduziert hatte.
• [Anwendungsform 16]
• Als metallenes Material 1 wurde eine ASTM-F1058-grade1-Platte vorbereitet, 10 mm breit, 30 mm lang und 1 mm dick. Die ASTM-F1058-grade1-Legierung ist eine Eisenlegierung, die daneben aber auch 19.0–21.0 Massenanteile Chrom, 6.0–8.0 Massenanteile Molybdän, 14.0–16.0 Massenanteile Nickel, maximal 0.025 Massenanteile Kohlenstoff, 1.5–2.5 Massenanteile Mangan, maximal 1.20 Massenanteile Silizium, maximal 0.1 Massenanteile Beryllium und 39.0–41.0 Massenanteile Kobalt enthält; sie zeichnet sich durch eine hervorragende Bearbeitbarkeit aus. Dann wurden 10 g reinen Magnesiums in den Schmelztiegel 2 aus Graphit gegeben, der einen Innendurchmesser von 30 mm und eine Tiefe von 50 mm hat; dann wurde dies in einer Atmosphäre aus reinem Argongas mittels Hochfrequenzen geschmolzen und so geregelt, dass stets eine Flüssigkeitstemperatur von 900°C gehalten wurde; so wurde das Metallschmelzbad 3 hergestellt. Diese Temperatur muss auf eine Temperatur eingestellt werden, bei der sich die Nickelbestandteile in dem ASTM-F1058-grade1 verringern und die unterhalb 1460°C ist – dies ist der Minimalwert der Liquiduskurventemperatur, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis die verbleibenden Bestandteile erreicht sind – nachdem Nickel usw. aus dem ASTM-F1058-grade1 herausgelöst wurde.
• Das aus der ASTM-F1058-grade1-Platte bestehende metallene Material 1 wird mittels eines Molybdändrahtes hineingehängt; nachdem es etwa 300 Sekunden in das Magnesium-Metallschmelzbad 3 getaucht wurde, wurde es in Argongasatmosphäre herausgenommen und gekühlt. Das Element Nickel hat sich in dieser Zeit aus der Oberflächenschicht des metallenen Materials 1 in das Magnesium-Metallschmelzbad 3 gelöst; die verbliebenen nickelfreien Bestandteile verbinden sich immer wieder miteinander und formen so grübchenförmige Zwischenräume in der Größe von etwa 3 μm, die die vergütete Oberflächenschicht 9 bilden; an dieser Oberfläche haften Nickelmischanhaftungen 5 an, die aus Magnesiumbestandteilen und dem darin gelösten Nickel bestehen.
• Der Teil mit den Mischanhaftungen 5, der aus dem Magnesium-Metallschmelzbad 3 herausgezogen und gekühlt wurde und der an der Oberflächenschicht des metallenen Materials 1 die Mischanhaftungen 5 hat, wurde in ein Becherglas 6 mit einer 30%igen wässrige Lösung von Salzsäure 7 gegeben, wo er bei Zimmertemperatur 30 Minuten verblieb; nachdem die aus Magnesium- und Nickelbestandteilen bestehenden Mischanhaftungen 5 herausgelöst und entfernt wurden, wurde es in normaler Luftatmosphäre herausgezogen und getrocknet.
• Im Ergebnis wurde ein nickelfreies metallenes Material aus ASTM-F1058-grade1 8 hergestellt, das eine poröse, vergütete Oberflächenschicht 9 besitzt; diese Schicht hat von der Oberfläche ab eine Dicke von 5 μm und die grübchenförmigen Zwischenräume haben eine Größe von etwa 3 μm. Durch eine Elementaranalyse mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS) ergab sich, dass sich an der vergüteten Oberflächenschicht 9 die Nickelkonzentration bis auf 0.8 Atomanteile reduziert hatte.
• Bezugszeichenliste

1

Metallenes Material

2

Schmelztiegel

3

Metallschmelzbad

4

Partikel

5

Mischanhaftungen

6

Gefäß

7

(Saure oder alkalische) wässrige Lösung

8

Metallenes Material

9

Vergütete Oberflächenschicht

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• ASTM-F90, F562 oder F1058 [0021]
• ”The Japan Institut of Metals”: 2005, Band 46, Seite 2818 [0030]
• ”The Japan Institut of Metals”: 2005, Band 46, Seiten 2818–2819 [0080]
• ASTM-F90-Platte [0093]
• ASTM-F90-Legierung [0093]
• ASTM-F90 [0093]
• ASTM-F90 [0093]
• ASTM-F90-Platte [0094]
• ASTM-F90 [0096]
• ASTM-F562-Platte [0097]
• ASTM-F562-Legierung [0097]
• ASTM-F562 [0097]
• ASTM-F562 [0097]
• ASTM-F562-Platte [0098]
• ASTM-F562 [0100]
• ASTM-F1058-grade1-Platte [0101]
• ASTM-F1058-grade1-Legierung [0101]
• ASTM-F1058-grade1 [0101]
• ASTM-F1058-grade1 [0101]
• ASTM-F1058-grade1-Platte [0102]
• ASTM-F1058-grade1 [0104]

Claims (7)

1. Auf ein Herstellungsverfahren für metallene Materialien, das sich dadurch auszeichnet, dass ein metallenes Material, das aus einer chemischen Verbindung, einer Legierung oder einer nicht-gleichgewichteten Legierung besteht, in ein Metallbad getaucht wird, das aus dem ersten Bestandteil besteht; das metallene Material enthält den zweiten und dritten Bestandteil, die gegenüber dem ersten Bestandteil eine positive bzw. negative Mischwärme haben; außerdem liegen deren Schmelzpunkte über dem Gefrierpunkt des Metallbades; das Metallbad wird so gesteuert, dass sich der dritte Bestandteil in dem metallenen Material verringert und dass dessen Temperatur niedriger als der Minimalwert der Liquiduskurventemperatur ist, innerhalb des Zusammensetzungsschwankungsbereiches bis der zweite Bestandteil erreicht ist; dadurch lässt sich selektiv der dritte Bestandteil in dem Metallbad lösen und man erhält ein metallenes Material mit feinsten Zwischenräumen.
2. Auf ein Herstellungsverfahren für metallene Materialien wie in Anspruch 1 beschrieben, das sich dadurch auszeichnet, dass – nachdem [das metallene Material] aus dem Metallbad herausgenommen wurde – mittels einer sauren oder alkalischen wässrigen Lösung selektiv nur die Mischanhaftungen, die den ersten Bestandteil und den dritten Bestandteil enthalten und die am Umfang oder in den feinen Zwischenräumen anhaften, herausgelöst und entfernt werden.
3. Auf ein Herstellungsverfahren für metallene Materialien wie in den Ansprüchen 1 und 2 beschrieben, das sich dadurch auszeichnet, dass für den ersten Bestandteil Mg, Ca, Bi oder Seltenerdmetalle genommen wird oder Mischungen wie Legierungen oder chemische Verbindungen, die eines dieser Elemente als Hauptbestandteil haben; für den zweiten Bestandteil werden Ti, Zr, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fe oder Sn genommen oder gemischte Festkörpern wie Legierungen oder chemische Verbindungen, die eines oder mehrere dieser Elemente als Hauptbestandteil haben; für den dritten Bestandteil werden Cu, Ni, Co, Fe oder Ca genommen oder gemischte Festkörpern wie Legierungen oder chemische Verbindungen, die eines oder mehrere dieser Elemente als Hauptbestandteil haben.
4. Auf ein Herstellungsverfahren für metallene Materialien wie in den Ansprüchen 1, 2 oder 3 beschrieben, das sich dadurch auszeichnet, dass man ein metallenes Material erhält – das an seiner vergüteten Oberflächenschicht feine Zwischenräume besitzt – indem man das metallene Material in ein Metallschmelzbad taucht, wo sich aus der Oberflächenschicht des metallenen Materials der dritte Bestandteil selektiv herauslösen lässt.
5. Auf ein Herstellungsverfahren für metallene Materialien wie in den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4 beschrieben, das sich dadurch auszeichnet, dass der dritte Bestandteil aus Nickel besteht und dass das metallene Material aus einer nickelhaltigen Legierung besteht.
6. Auf ein Herstellungsverfahren für metallene Materialien wie in Anspruch 5 beschrieben, das sich dadurch auszeichnet, dass das metallene Material aus einer Legierung besteht, die Ni enthält und als Hauptbestandteil Ti hat, aus rostfreiem Stahl, der Ni enthält oder aus einer Legierung, die als Hauptbestandteil Co und Cr hat und Ni enthält.
7. Auf ein metallenes Material, das mittels einem Herstellungsverfahren für metallene Materialien hergestellt wurde, auf das einer der Ansprüche von 1 bis 6 zutrifft.

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