DE1133135B - Verfahren zum Herstellen reiner borhaltiger Vorlegierungen aus Metallen der Eisengruppe - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen reiner borhaltiger Vorlegierungen aus Metallen der Eisengruppe Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von reinen borhaltigen Legierungen mit den Metallen Eisen, Nickel oder Kobalt, wobei diese Metalle auch gemeinsam in der Legierung enthalten sein können.
• Legierungen dieser Art werden als Vorlegierungen verwendet, um Bor in Sintermetalle, wie etwa porös gesinterte Filterelemente aus nichtrostendem Stahl, Hartmetallegierungen, gesinterte Magnete auf der Basis Eisen-Aluminium-Nickel-Kobalt oder auch in Schmelzen zu Desoxydationszwecken u. dgl. einzubringen. Der Borgehalt dieser Legierungen schwankt in weiten Grenzen. So werden für manche Zwecke z. B. Borvorlegierungen verwendet, deren Borgehalt über 20 0/0 liegt. Normalerweise ist es allerdings so, daß solche Borvorlegierungen 5 0/0 oder jedenfalls weniger als 10% Bor enthalten. Wesentlich für die genannten Zwecke ist es, daß die Vorlegierungen sehr rein sind, d. h. also im wesentlichen nur aus den gewünschten Komponenten bestehen. Insbesondere in der Hartmetallfertigung, aber auch bei der Herstellung gesinterter Teile aus nichtrostendem Stahl ist es wichtig, daß die Vorlegierung kein Aluminium enthält.
• Es ist bekannt, Legierungen der genannten Art durch unmittelbare Synthese aus den Elementen mittels Drucksinterverfahrens herzustellen. Hierbei wird von sehr reinem Bor ausgegangen, welches in Mischung mit einem geeigneten Metall entweder im Kohlerohrofen oder in einem Wolframrohr der Drucksinterung unterworfen wird. Dieses Verfahren ist einerseits wegen der erforderlichen Apparatur, andererseits aber auch wegen der geringen Durchsätze und wegen des hohen Preises für reines Bor sehr teuer. Es scheidet daher für die großtechnische Herstellung derartiger Vorlegierungen aus.
• Die Hauptmenige der bisher verwendeten Eisen-Bor-, Nickel-Bor- und Kobalt-Bor-Legierungen wurde nach dem aluminothermischen Verfahren gewonnen. Hierbei wird von Boroxyd (B2 03) und einem Metalloxyd, etwa Eisenoxyd, Nickeloxyd oder Kobaltoxyd und metallischem Aluminium ausgegangen. Das Gemisch dieser Komponenten wird entzündet, wobei das metallische Aluminium das Boroxyd und auch das Metalloxyd reduziert unter Bildung der gewünschten Borlegierung. Dieses Verfahren führt zu einem Produkt mit Aluminiumgehalten, die meist in der Größenordnung zwischen 3 und 5% liegen. Wie bereits betont, sind solche Aluminiumgehalte für viele Zwecke störend.
• Aus der Literatur ist ein weiteres Verfahren bekannt, bei dem Preßlinge aus einer Mischung von Metall mit Borkarbid (B4 C) und Boroxyd (B, 0s) in Wasserstoffatmosphäre im Kohlerohrofen erhitzt werden. Hierbei entsteht das gewünschte Metallborid und Kohlenoxyd. Auch dieses Verfahren ist verhältnismäßig aufwendig, da die pulverförmigen Ausgangsstoffe zunächst zu Preßlingen verarbeitet und diese in einem Kohlerohrofen erhitzt werden müssen. Auf diese Weise ist das Durchsetzen größerer Mengen in einer Charge nicht möglich, wodurch das Verfahren verhältnismäßig unwirtschaftlich wird.
• Es wurde nun gefunden, daß sich Borkarbid(B4C) unmittelbar mit den Metallen Eisen, Nickel oder Kobalt zu der gewünschten borhaltigen Vorlegierung umsetzen läßt, sofern eine Mischung dieser Komponenten im Vakuum geschmolzen wird. Praktisch wird hierbei so vorgegangen, daß das Gemisch der Komponenten, also beispielsweise von Borkarbid und Kobaltmetall, erwärmt wird, wobei zunächst eine sogenannte Feststoffreaktion einsetzt.
• In dem Maße, in dem reines Bor gebildet wird, tritt mehr und mehr eine flüssige Phase auf, bis schließlich der gesamte Ansatz geschmolzen ist. Ist dieser Zustand erreicht, so ist die Reaktion beendet. Dennoch empfiehlt es sich, die Schmelze einige Zeit, etwa 1/2 bis 11/2 Stunden flüssig zu halten, um insbesondere den Kohlenstoffgehalt auf möglichst geringe Werte abzusenken. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schmelztemperatur auf mehr als 1550° C gesteigert wird. Hierdurch wird eine Überhitzung des Schmelzbades erreicht, durch die das Bad weitgehend gereinigt wird. Der Grund hierfür ist darin zu suchen, daß bei der Reaktion Metallkarbide entstehen, welche im Vakuum verhältnismäßig leicht flüchtig sind.. Durch die überhitzung des Bades entweder während der Reaktion oder nach Beendigung derselben werden auch die letzten Reste dieser Karbide noch ausgetrieben und dadurch die Reinigung des Bades bewirkt.
• Erfindungsgemäß wird dementsprechend ein Verfahren zum Herstellen reiner borhaltiger Vorlegierungen aus Metallen der Eisengruppe und vorzugsweise weniger als 10% Bor vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Mischung aus Borkarbid und wenigstens einem der Metalle Nickel, Kobalt oder Eisen im Vakuum geschmolzen wird. Die Schmelztemperatur soll hierbei vorzugsweise wenigstens 1550° C und das Vakuum wenigstens 1 mm Hg betragen.
• Zur Durchführung des Verfahrens wird die Mischung der Komponenten in einem Tiegel, der z. B. aus gesintertem Aluminiumnitrid bestehen kann, im Vakuumofen auf die erforderliche Temperatur erhitzt. Derartige Vakuumvorrichtungen sind handelsüblich. Wenn der Tiegehnhalt geschmolzen ist, wird die Schmelze noch eine gewisse Zeit, etwa 1/2 bis 11/2 Stunden, stehengelassen- und sodann auf Raumtemperatur abgekühlt. Nach dem Erstarren und vollständigen Erkalten kann die Legierung aus dem Tiegel entfernt und infolge ihrer Sprödigkeit leicht durch Mahlen zerkleinert werden. Zahlreiche Untersuchungen an so hergestellten Schmelzen haben ergeben, daß die Legierungen sehr rein sind. Die gefundenen Kohlenstoffgehalte lagen durchschnittlich bei 0,02%. Sonstige Verunreinigungen, insbesondere Aluminium, waren nicht vorhanden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Herstellen reiner borhaltiger Vorlegierungen aus Metallen der Eisengruppe und vorzugsweise weniger als 10% Bor, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus Borkarbid und wenigstens einem der Metalle Nickel, Kobalt oder Eisen im Vakuum geschmolzen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzvorgang unter Vakuum von wenigstens l mm Hg durchgeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmelztemperatur von wenigstens 1550° C eingehalten wird.