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Metallischer, korrosionsfester und oxydationsbeständiger, poröser
Werkstoff, insbesondere für Filter und Maschinenteile Metallische, poröse Werkstoffe
sind bekannt und haben in den verschiedensten Industriezweigen Anwendung gefunden.
Diese Werkstoffe werden meist nach pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt.
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Werkstoffe auf Eisen-, Kupfer- und Bronzebasis können nicht als korrosionsfest
angesprochen werden.
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Um korrosionsfeste Werkstoffe zu erhalten, hat man Pulver aus nichtrostendem
säurefestem Spezialstahl verwendet. Die aus solchem Pulver hergestellten Werkstoffe
genügen ebenfalls nicht den Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit. Rostfreie
Stähle sind erst dann gegen aggressive Gase, Dämpfe und Flüssigkeiten beständig,
wenn glatte, polierte Oberflächen vorliegen, keine Ecken und Spalte vorhanden sind,
in denen sich Rückstände ansammeln können und das Gefüge vollkommen homogen ist,
um eine Bildung von Lokalelementen zu verhindern.
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Es wurde bereits bekannt, durch Verpressen von Metallpulver aus nicht
korrosionsbeständigen Metallen, z. B. Eisenpulver, Werkstücke herzustellen und diese
Werkstücke anschließend einer Diffusionsbehandlung mit korrosionsfesten Metallen,
beispielsweise Chrom, zu unterwerfen. Dabei läßt sich zwar eine sehr gut korrosionsbeständige
Oberflächenschicht auf solche Formstücke aufbringen, jedoch gelingt es nach diesem
bekannten Verfahren nicht, auch die Kernzone eines Formstücks korrosionsfest zu
machen, was jedoch in vielen Fällen, insbesondere wenn ein solches Formstück mechanisch
nachbearbeitet bzw. weiterverarbeitet werden soll, erforderlich ist.
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Eine Erweiterung der Pulvermetallurgie stellt die Fasermetallurgie
dar. Unter dem Begriff Fasermetallurgie versteht man die Herstellung von Werkstoffen
aus Metallwolle. Die Metallwolle wurde z. T. galvanisch oder nach anderen Verfahren
oberflächenbehandelt, um eine bessere Korrosionsbeständigkeit zu erreichen. Jedoch
ist es, wie aus der galvanotechnischen Literatur bekannt ist, nicht möglich, eine
porenfreie z. B. Chromschicht auf Metalle aufzubringen. Außerdem scheidet sich auf
Grund der begrenzten Streufähigkeit und Streutiefe galvanischer Bäder das aufzubringende
Metall nur in den Randzonen eines Formkörpers nieder.
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Es wurde zur Behebung dieser Schwierigkeiten bereits die Verwendung
von Metallwolle aus nichtrostendem säurefestem Spezialstahl bekannt. Die Herstellung
dieser Metallwolle stößt jedoch auf erhebliche Mühen und die daraus gefertigten
Teile verhalten sich bezüglich der Korrosionsbeständigkeit nicht besser als aus
Pulver aus nichtrostendem säurefestem Spezialstahl hergestellte Teile.
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Erfindungsgemäß werden die bisherigen Nachteile durch einen aus mit
die Temperatur-, Korrosions-und/oder Oxydationsbeständigkeft fördernden Legierungsbestandteilen
gasplattierten und anschließend durch Diffusionsglühen homogenisierten und gegebenenfalls
zuvor zu Körpern geformten Metallfasern, insbesondere Stahlfasern, bestehenden Werkstoff
behoben, der vorzugsweise für Filter und Maschinenteile geeignet ist.
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Der Erfindungsgedanke besteht darin, daß man als Grundwerkstoff Metallwolle,
im besonderen Stahlwolle, verwendet und die einzelnen Fasern nach einem an sich
bereits bekannten Verfahren veredelt in der Weise, daß Metalle, die korrosionsfest
sind oder mit dem Grundwerkstoff, der Metallwolle, eine korrosions- und oxydationsbeständige
Legierung bilden, bei hohen Temperaturen aus der Gasphase auf der Oberfläche niedergeschlagen
werden und durch Glühen auch in die Kemzone eindiffundieren, z. B.
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Inchromieren, Alitieren.
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Die Diffusionsbehandlung der Stahlwolle wird in der Temperaturhöhe
und Behandlungsdauer so eingestellt, daß die einzelnen Stahlfasern vollkommen in
einen homogenen Werkstoff übergeführt werden.
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Bei dieser Behandlung steigt der z. B. Chromgehalt der Stahlfasern
bis auf etwa 40 O/o an und bietet die Gewähr einer guten Oxydations- und Korrosionsbeständigkeit
ohne irgendwelche sonstige Nachbehandlung. Das Oberflächenbild der Metallfasern
wird durch diese Behandlung nur unwesentlich verändern. Die Duktilität und Elastizität
der Metallfasern
bleibt weitgehend erhalten. Diese Eigenschaften
sind für die spätere Verarbeitung und Verwendung dieser Werkstoffe von größter Bedeutung.
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Bei dem erfindungsgemäßen Werkstoff werden während des z. B. Inchromierens
eines Stahlwollestranges bzw. eines fertigen Formstückes aus Stahlwolle auch die
im Inneren des Werkstoffmaterials liegenden Fasern erfaßt und in der gleichen Weise
verändert wie die außen liegenden, frei zugänglichen Fasern.
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Der erfindungsgemäße Werkstoff kann in der Weise hergestellt werden,
daß man entweder die Diffusions- und Glühbehandlung an der losen Metallfaser vornimmt
oder daß die Metallfasern zunächst verpreßt und danach gasplattiert und homogenisiert
werden. Für spezielle Zwecke kann die Diffusionsbehandlung auch vor, nach oder während
einer Drucksinterbehandlung erfolgen.
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Die als Grundmaterial für den erfindungsgemäßen Werkstoff eingesetzte
Metallwolle wird vorteilhaft durch Abspanen von Draht oder Band gewonnen und in
Faserstärken in der Größenordnung von einem Tausendstel- bis mehrere Zehntelmillimeter,
Breiten von einem Tausendstel- bis mehrere Millimeter und Längen bis zu einigen
Metern verwendet. Es eignen sich besonders Stahlwollefasern, da diese beim Inchromieren
ihre Form praktisch beibehalten.
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Die Diffusionsbehandlung von Stahlwollefasern mit Chrom wird zweckmäßig
bei Temperaturen von 1000 bis 11000 C während zwei bis drei Stunden durchgeführt
und das Glühen erfolgt vorteilhaft etwa 0,5 bis 3 Stunden lang bei etwa 1100 bis
14000 C.
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Diffusions- und Glühbehandlung lassen sich auch in einer Stufe, vorteilhaft
bei etwa 1100 bis 12000 C über 1 bis 3 Stunden durchführen.
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Chrom wird in sehr vielen Fällen als Diffusionsmetall bevorzugt.
Jedoch lassen sich auch sonstige Metalle, z. B. Nickel oder Aluminium, im erfindungsgemäßen
Werkstoff verwenden.
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Der erfindungsgemäße Werkstoff läßt sich infolge seiner guten Duktilität
und Elastizität mit vergleichsweise geringem Aufwand mechanisch weiterbearbeiten
und behält dabei stets seine Korrosionsbeständigkeit. Beispielsweise läßt sich ein
mit Chrom diffus sionsbehandelter und homogenisierter Stahlwollestrang auf eine
Walze, die aus einem Proffleisenskelett besteht, aufwickeln und, nach Überspannen
mit einem Leinen- oder Filztuch, in Bügelmaschinen und Mangelgeräten verwenden.
Dort wird aus dem Walzeninneren der heiße Wasserdampf zugeführt und das Walzenpolster
muß deshalb absolut korrosionsfest und gleichzeitig durchlässig für den Dampf sein.
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Diese Voraussetzungen sind beim erfindungsgemäßen Werkstoff in idealer
Weise gegeben. Ähnliche Walzenanordnungen werden in der keramischen Industrie zur
Entwässerung von Schlickermassen benötigt. Die Walze taucht dabei an der Unterseite
in den Schlicker
ein und nimmt eine dünne Schicht des Schlickers mit.
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Im Inneren des Walzenfilters wird ein Vakuum erzeugt, wodurch das
überschüssige Wasser abgefiltert wird. Auch in diesem Anwendungsfall werden hohe
Anforderungen bezüglich der Korrosionsbeständigkeit gestellt. Der hohe Porositätsgrad
von inchromierter Stahlwolle ist eine gute Voraussetzung für die Funktionsfähigkeit
einer solchen, mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff ausgestatteten Vorrichtung.
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Neben solchen Maschinenteilen lassen sich vorteilhaft auch Filter
aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff herstellen. Die Einsatzmöglichkeiten so hergestellter
Filter liegen z. B. auf dem Gebiet der Staubfilterung in SO2haltigen, feuchten und
heißen Atmosphären.
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Der erfindungsgemäße Werkstoff eignet sich auf Grund seiner hohen
Oxydations- und Korrosionsbeständigkeit und des geringen spezifischen Gewichtes
bei großer Porosität ferner auch für die Herstellung von Turbinenschaufeln, für
die sogenannte Schwitzkühlung bei hohen Temperaturen.
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Beispiel Stahlwollestränge, bestehend aus vielen Einzelfasern, die
parallel zueinander ausgerichtet sind, werden in eine stehende Inchromierungsretorte
eingebracht. Anschließend werden die Chrom- und Keramikstücke so in die Retorte
eingefüllt, daß sie keinerlei Druck oder Zug auf die Stahlwollestränge ausüben können.
Durch die verschlossene Retorte wird nun ein Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff
als Schutzgas geleitet. Gleichzeitig führt man geringe Mengen Chlorwasserstoff zu,
der durch Reaktion mit den Chromstücken und der Stahlwolle den Inchromierungsprozeß
bewirkt. Die Diffusions- und Glühbehandlung wird in einer Stufe 2 Stunden lang bei
Temperaturen zwischen 1150 und 11800 C vorgenommen. Nach dem Abkühlen liegt ein
in seinem ursprünglichen Aussehen praktisch nicht veränderter, poröser, in seinem
äußeren Volumen nur wenig veränderter Stahlwollestrang vor, der insgesamt korrosionsfest
ist und als Werkstoff zu den gewünschten Zwecken verwendet werden kann.