DE1187804B

DE1187804B - Use of a composite material with a platinum jacket for the production of heat-resistant platinum moldings by non-cutting deformation

Info

Publication number: DE1187804B
Application number: DED33537A
Authority: DE
Inventors: Dr Gerhard Reinacher
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1960-06-11
Filing date: 1960-06-11
Publication date: 1965-02-25

Description

Verwendung eines Verbundwerkstoffes mit Platinmantel für die Herstellung von warmfesten Platinformkörpern durch spanlose Verformung Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Verbundwerkstoffes mit Platinmantel für die Herstellung von warmfesten Platinformkörpern, insbesondere Platingeräten und Platinheizleitern, an die hohe Festigkeitsforderungen bei erhöhten Temperaturen gestellt werden durch spanlose Verformung.Use of a composite material with a platinum jacket for production of heat-resistant platinum moldings by non-cutting deformation The invention relates to the use of a composite material with a platinum jacket for the production of heat-resistant platinum moldings, in particular platinum devices and platinum heating conductors, to which high strength requirements at elevated temperatures are made non-cutting deformation.

Für viele chemische Zwecke, z. B. in analytischen Laboratorien oder bei der Handhabung von geschmolzenen Silikaten, wie Gesteinen oder Gläsern, besteht ein Bedarf an Platinapparaturen, Geräten und Heizleitern, die neben hoher chemischer Beständigkeit auch eine beträchtliche Warmfestigkeit aufweisen müssen, da solche Geräte und Formkörper bei Temperaturen zwischen 700 und 1500° C beansprucht werden, ohne daß sie ihre Formhaltigkeit und mechanische Festigkeit einbüßen dürfen. Es handelt sich dabei beispielsweise um Tiegel, Schalen, Rührer, Glasspinndüsen, Gießmundstücke und ähnliche Gegenstände, aber auch um Heizleiter in Form von Drähten oder Bädern, die für Hochtemperaturöfen verwendet werden.For many chemical purposes, e.g. B. in analytical laboratories or when handling molten silicates such as rocks or glasses a need for platinum apparatus, devices and heating conductors, in addition to high chemical Resistance must also have a considerable heat resistance, as such Devices and moldings are exposed to temperatures between 700 and 1500 ° C, without losing their dimensional stability and mechanical strength. It These are, for example, crucibles, bowls, stirrers, glass spinnerets, pouring mouthpieces and similar objects, but also around heating conductors in the form of wires or baths, which are used for high temperature furnaces.

Reines Platin ist trotz seiner hervorragenden Korrosions- und Zunderbeständigkeit und seiner Gewichtskonstanz, die vor allen Dingen bei analytischen Verwendungszwecken eine wesentliche Rolle spielt, für derartige Zwecke nur beschränkt geeignet, da seine mechanische Festigkeit und Härte bei höheren Temperaturen stark abnimmt und dadurch die mechanische Widerstandsfähigkeit und Formbeständigkeit in untunlichem Ausmaß beeinträchtigt wird. Man hat deswegen entsprechende Geräte aus sogenanntem Geräteplatin oder auch aus niedriglegierten Platinlegierungen, etwa solchen mit bis zu 10% Rhodium, Iridium oder Ruthenium hergestellt, ohne daß jedoch diese speziellen Werkstoffe bei Arbeitstemperaturen, die nennenswert über 1000° C liegen, voll befriedigen könnten. Auch hier geht die Warmfestigkeit mit zunehmender Temperatur noch so stark zurück, daß die Lebensdauer der wertvollen Geräte entscheidend beeinträchtigt wird. Der Benutzung für analytische Zwecke steht weiterhin im Wege, daß Legierungen des Platins mit Rhodium, Iridium oder Ruthenium an Luft schon unterhalb 1000° C dunkel anlaufen und oberflächliche Oxydfilrne bilden, wodurch einerseits die Gewichtskonstanz der Geräte in Frage gestellt wird und andererseits eine Verunreinigung oder Verfärbung des Schmelzgutes durch die gebildeten Oxyde nicht mit Sicherheit ausgeschlossen ist. Selbst Platinlegierungen mit wenigen Prozent Gold, die diese Nachteile nicht zeigen, lassen hinsichtlich der Warmfestigkeit bei Temperaturen oberhalb 1250° C zu wünschen übrig. Man hat daher auch schon versucht, Geräte aus den sehr spröden Metallen Rhodium und Iridium zu erzeugen, die dem Platin in bezug auf Schmelztemperatur, Warmfestigkeit und Beständigkeit gegenüber den sogenannten Platingiften überlegen sind; jedoch ist die Anwendung dieser Geräte auf bestimmte Korrosionsfälle beschränkt geblieben, da Rhodium und Iridium sich wegen der völlig unzureichenden Duktilität in technischem Umfang nur schwer verformen lassen und solche Geräte im allgemeinen nur in geschweißter Ausführung, d. h. mit verhältnismäßig hohen Wandstärken und einem erheblichen Aufwand an Arbeit, gefertigt werden können.Pure platinum is despite its excellent corrosion and scaling resistance and its constancy of weight, especially for analytical purposes plays an essential role, is only suitable to a limited extent for such purposes, since its mechanical strength and hardness decreases sharply at higher temperatures and thereby the mechanical resistance and dimensional stability in an impossible way Extent is affected. That's why you have corresponding devices made of so-called Device platinum or from low-alloy platinum alloys, such as those with up to 10% rhodium, iridium or ruthenium produced, but without these special ones Materials at working temperatures that are appreciably above 1000 ° C are fully satisfactory could. Here, too, the heat resistance increases with increasing temperature back that the service life of the valuable equipment is decisively impaired. The use for analytical purposes still stands in the way that alloys of Platinum with rhodium, iridium or ruthenium is dark in air below 1000 ° C tarnish and form superficial oxide films, which on the one hand result in constant weight the equipment is in question and, on the other hand, contamination or discoloration of the melt material cannot be ruled out with certainty due to the oxides formed is. Even platinum alloys with a few percent gold do not have these disadvantages show, with regard to the heat resistance at temperatures above 1250 ° C to be desired. Attempts have therefore already been made to remove devices from the very brittle Metals to produce rhodium and iridium, which are similar to platinum in terms of melting temperature, Superior heat resistance and resistance to so-called platinum poisons are; however, the use of these devices is limited to certain corrosion cases remained because rhodium and iridium differ because of their completely inadequate ductility Can be deformed on a technical scale only with difficulty and such devices in general only in welded version, d. H. with relatively high wall thicknesses and a considerable amount of work, can be manufactured.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Platinverbundwerkstoffes, der die hervorragende Korrosionsbeständigkeit und Gewichtskonstanz des Platins mit der Warmfestigkeit der höher schmelzenden Platinbeimetalle vereinigt und außerdem eine ganz erheblich bessere Verformbarkeit bei der spanlosen Verarbeitung durch Tiefziehen oder Walzen aufweist als die hochschmelzenden Platinbeimetalle für die Herstellung von warmfesten Platinformkörpern durch spanlose Verformung. Der erfindungsgemäß zu verwendende Verbundwerkstoff besteht aus einem von Platin allseitig umschlossenen Kern aus Rhodium, Iridium, Ruthenium oder Osmium oder deren Legierungen untereinander bzw. ihren Legierungen mit Platin. Der Anteil der Kernlegierung kann in dem Werkstoff in weiten Grenzen schwanken und bis zu 90% und mehr der Gesamtstärke des Formkörpers betragen. Die hohe Warmfestigkeit bleibt jedoch auch dann noch erhalten, wenn der Anteil des Kernmetalls auf etwa 50 % der Gesamtstärke herabgesetzt wird.The present invention relates to the use of a platinum composite material, which has the excellent corrosion resistance and weight constancy of platinum the high-temperature strength of the higher melting platinum metals combined and also significantly better deformability in non-cutting processing Has deep drawing or rolling as the refractory platinum metals for the Production of heat-resistant platinum moldings by non-cutting deformation. According to the invention The composite material to be used consists of a material enclosed on all sides by platinum Core made of rhodium, iridium, ruthenium or osmium or their alloys with one another or their alloys with platinum. The proportion of the core alloy can be in the material vary within wide limits and up to 90% and more of the total thickness of the molded body be. However, the high heat resistance is retained even if the Proportion of the core metal is reduced to about 50% of the total thickness.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß der erfindungsgemäß zu verwendende Verbundwerkstoff bei entsprechender Zwischenglühung eine bessere Kaltverformbarkeit aufweisen und daher leichter zu Drähten oder Bändern gewalzt oder zu Tiegeln, Schalen und ähnlichen Formkörpern gepreßt oder gedrückt werden können als die erfindungsgemäß als Kernwerkstoffe benutzten Metalle selbst.It has surprisingly been shown that the invention to composite material used with appropriate intermediate annealing a better one Cold deformability and therefore more easily rolled into wires or strips or into crucibles, dishes and molded articles similar to those according to the invention can be pressed or pressed metals themselves used as core materials.

Es ist grundsätzlich bekannt, Heizleiter und sonstige warmbeanspruchte Gegenstände aus Legierungen von Platin mit anderen Platinmetallen herzustellen. Weiterhin ist bekannt, auf bestimmten Kernmetallen, wie Kupfer, Überzüge aus Platin aufzubringen und diesen Verbundstoff dann, z. B. zu Draht, weiterzuverarbeiten. Es handelt sich hierbei jedoch nicht um die Aufgabe, die Verarbeitbarkeit des Grundwerkstoffes zu verbessern, vielmehr soll nur eine möglichst gute Verbindung zwischen dem Grundmetall und dem Platin hergestellt werden. ;.;Für die einwandfreie Verformung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Verbindung zwischen dem Kern, der, wie erwähnt, aus hochschmelzenden Platinbeimetallen oder deren Legierungen untereinander oder mit Platin bestehen kann, und dem, umgebenden Platinmantel durch eine Legierungszone hergestellt ist, wie sie etwa bei der Walzplattierung in der Hitze gebildet werden kann.It is known in principle, heating conductors and other heat stressed Manufacture objects from alloys of platinum with other platinum metals. It is also known to have platinum coatings on certain core metals, such as copper apply and then this composite, z. B. to wire, further processing. However, this is not about the task of the processability of the base material to improve, rather only the best possible connection between the base metal should be and platinum. ;.; For proper deformation it has to be proved to be particularly advantageous when the connection between the core, the, As mentioned, from high-melting platinum metals or their alloys with one another or with platinum, and the surrounding platinum jacket through an alloy zone is made, as they are formed in the heat for example in roll cladding can.

Als Maß für die Verformbarkeit wurde das Ziehen von Näpfchen untersucht, wobei Ronden von 0,2 mm Stärke und 55 mm Durchmesser zu Näpfchen von 0,2 mm Wandstärke, 16 mm Höhe und 33 mm Durchmesser aufgetieft wurden. Die Verformung erfolgte jeweils im kalten Zustand, die Zwischenglühung wurde mit einem Gebläsebrenner vorgenommen.As a measure of the deformability, the pulling of cells was investigated, where round blanks of 0.2 mm thickness and 55 mm diameter to cells of 0.2 mm wall thickness, 16 mm in height and 33 mm in diameter. The deformation took place in each case in the cold state, the intermediate annealing was carried out with a fan burner.

Ein erfindungsgemäß zu verwendender Verbundwerkstoff aus Platin mit einem Rhodiumkern, der 83 0/0 der Gesamtstärke ausmachte, wurde unter diesen Umständen in einem Fall mit zwei Zwischenglühungen bei jeweils 4 und 7 mm Tiefung verformt und in einem anderen Fall mit nur einer Zwischenglühung bei 10 mm. Für die Bildung eines gleich großen Näpfchens aus einer gleichen Ronde, die jedoch aus reinem Rhodium bestand, wurden insgesamt fünf Zwischenglühungen, und zwar jeweils eine Glühung nach jedem Tiefungsschritt von 3 mm, benötigt.A composite material to be used according to the invention made of platinum with a rhodium nucleus, which was 83% of the total thickness, was under these circumstances deformed in one case with two intermediate anneals, each with 4 and 7 mm deepening and in another case with only one intermediate anneal at 10 mm. For education a bowl of the same size made from the same round, but made from pure rhodium existed, there were a total of five intermediate anneals, one annealing each after every 3 mm deepening step.

Ein erfindungsgemäß zu verwendender Verbundwerkstoff, bei dem der Kern aus Iridium bestand und 83 % der Gesamtstärke ausmachte, wurde sechs Zwischenglühungen jeweils bei 3, 5, 7, 9, 11 und 13 mm Tiefung unterworfen, während für reines Iridium fünfzehn Zwischenglühungen erforderlich waren, d. h. nach je 1 mm Tiefung eine Zwischenglühung durchgeführt werden mußte.A composite material to be used according to the invention, in which the The core consisted of iridium and accounted for 83% of the total thickness. Six intermediate anneals were carried out Subjected to indentation at 3, 5, 7, 9, 11 and 13 mm respectively, while for pure iridium fifteen intermediate anneals were required, d. H. an intermediate anneal after every 1 mm deepening had to be carried out.

In der nachstehenden Tabelle sind die Warmzerreißfestigkeiten von Vierkantdrähten aus dem erfindungsgemäß zu verwendenden Verbundwerkstoff bei Temperaturen bis zu 1700° C zusammengestellt. Zum Vergleich dazu sind die entsprechenden Werte für Drähte aus reinem Platin und aus Platinlegierungen mit 10% Rhodium in die Tabelle aufgenommen. Die Prüfdrähte aus dem erfindungsgemäß zu verwendenden Verbundwerkstoff bestanden aus Platin mit einem Kern von Rhodium, Iridium oder Ruthenium. Die Stärke des Kerns betrug etwa 87% der Drahtstärke. Sämtliche Prüfdrähte hatten einen Durchmesser von 1,5 mm. Werkstoff Zerreißfestigkeit o8 in kp/mm2 bei 20° C 1000° C 1500° C I 1700° C I i Platin ............ 12,8 ! 2,7 1,5 0,6 Platin mit 10% Rhodium 27,0 9,1 3,0 1,6 Gemäß Erfindung mit Rhodiumkem .... 28,3 15,6 4,5 2,6 Iridiumkern ...... 44,2 i 19,2 11,5 - 7,5 Rutheniumkem ... 37,0 ; 17,6 12,2 11,6 The following table shows the hot tensile strengths of square wires made of the composite material to be used according to the invention at temperatures up to 1700 ° C. For comparison, the corresponding values for wires made from pure platinum and from platinum alloys with 10% rhodium are included in the table. The test wires made of the composite material to be used according to the invention consisted of platinum with a core of rhodium, iridium or ruthenium. The strength of the core was approximately 87% of the wire strength. All test wires had a diameter of 1.5 mm. Material tensile strength o8 in kp / mm2 20 ° C 1 0 00 ° C 1500 ° CI 1700 ° C I. i Platinum ............ 12.8! 2.7 1.5 0.6 platinum with 10% rhodium 27.0 9.1 3.0 1.6 According to the invention with Rhodium core .... 28.3 15.6 4.5 2.6 Iridium core ...... 44.2 i 19.2 11.5 - 7.5 Ruthenium core ... 37.0; 17.6 12.2 11.6

Claims

Claims: 1. Use of a composite material, consisting from a core made of rhodium, iridium, ruthenium or coated by pure platinum Osmium or their alloys with each other or with platinum for the production of heat-resistant platinum moldings through non-cutting deformation.

2. Use of a composite material of the composition mentioned in claim 1 with the proviso that the strength of the core makes up 50 to 95% of the total thickness of the shaped body, for the purpose indicated in claim 1. Documents considered: German Patent No. 495 751; Swiss Patent No. 129 014; Espe, "Material Science of High Vacuum Technology", 1959, Vol. 1, pp. 161 to 163.