DE1207849B

DE1207849B - Verfahren zur Oberflaechenimpraegnierung eines Kohlenstoffkoerpers

Info

Publication number: DE1207849B
Application number: DEF32073A
Authority: DE
Inventors: Michael Humenik Jun; Thomas J Whalen
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1959-09-14
Filing date: 1960-09-08
Publication date: 1965-12-23
Also published as: GB958376A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C04b

Deutsche Kl.: 80 b -8/12

Nummer: 1 207

Aktenzeichen: F 32073 VI b/80 b

Anmeldetag: 8. September 1960

Auslegetag: 23. Dezember 1965

Die Oberflächenimprägnierung von Kohlenstoffkörpern mit verschiedenen Metallen ist bereits bekannt. Beispielsweise werden Preß- oder Sinterkörper aus Steinkohle oberflächlich mit Metall bzw. mit Metallsalz versehen und hierauf gesintert, so daß die Körper nur in ihren Randschichten Metall enthalten, während der Kern metallfrei ist. Für die Aufbringung des Metalls werden Metallsalze, ζ. Β. fettsaure Salze, genannt, die dann beim Sintern zu Metall reduziert werden. Ferner ist die Herstellung von Düsen aus Kunstkohle zum Versprühen von geschmolzenen Metallen, insbesondere Aluminium, in der Weise bekannt, daß amorphe Kohle ausgeglüht und hierauf mit geschmolzenen Metallen, wie Kupfer oder Silber, getränkt wird. Auch die Tränkung von Kohlekörpern mit Aluminium, Zink, Blei, Zinn, Wolfram, Molybdän, Kadmium bzw. Legierungen dieser Metalle ist bekannt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Kohlenstoffkörper mit Metallen der Eisen- so gruppe zu imprägnieren. Hierbei ergeben sich im Vergleich mit den vorstehend genannten Metallen besondere Schwierigkeiten, weil bekanntlich die Metalle der Eisengruppe die besondere und hier störende Eigenschaft haben, daß sie Kohlenstoff in beträchtlicher Menge lösen, besonders wenn sie in geschmolzenem Zustand mit Kohle in Berührung gebracht werden. Dies gilt allgemein für Kohlenstoff, unabhängig davon, ob er in der Amorphenform oder als Graphit oder Diamant vorliegt. Zur Erläuterung der hier bestehenden Schwierigkeiten sei auf die Zeichnung Bezug genommen.

Auf der Graphitunterlage 10 liegt eine Kugel 11 aus geschmolzenem Metall. Eine Tangente 12 ist an die Kugel 11 dort gelegt, wo die Kugel die Graphit-Unterlage 10 schneidet. Der Winkel A ist der Winkel, der zwischen der Tangente 12 und der Oberfläche der Graphitunterlage, gemessen durch die Kugel, eingeschlossen wird. Die Erfinder haben festgestellt, daß, solange der Winkelt nicht wesentlich größer als 90° ist, geschmolzenes Metall in Berührung mit einer praktisch reinen Kohlenstoffoberfläche rasch in das Innere der Kohlenstoffmasse eindringen wird.

Die folgende Tabelle dient zur Erläuterung des Einflusses einer Kohlenstoffkonzentration im Metall auf die Diffusion des Metalls in die Kohlenstoffmasse.

Ein genaues Studium dieser Tabelle ergibt, daß bei Steigerung des Kohlenstoffgehaltes des Metalls der Berührungswinkel zunimmt und die Reduktion in der Feststoff-Flüssigkeits-Grenzflächenenergie vom Gleichgewichtswert abhängt. Anders ausgedrückt: Wenn das Metall reicher an Kohlenstoff wird, nimmt Verfahren zur Oberflächenimprägnierung eines Kohlenstoffkörpers

Anmelder:

Ford-Werke Aktiengesellschaft, Köln-Niehl

Als Erfinder benannt:

Michael Humenik jun., Thomas J. Whalen, Wayne, Mich. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 14. September 1959 (839 827)

seine Fähigkeit, weiter in die Kohlenstoffmasse einzudringen, ab.

Metall

Anfangskohlen- stoffkonzentration in Gewichts prozent

kein 2,2 3,3 4,5

kein kein 2,7

kein kein 2,3

Temperatur

1539 1539 1539 1539

1495 1495 1495

1455 1455 1455

Bezugsbedin gungen

1 3 1,2,3

Be-

rüh-

rungs-

winkel

60°

67°

70°

130°

35°

60°

130°

59°

82°

145°

Reduktion in der Feststoff-Flüssigkeits-Grenzflächenenergie gegenüber dem Gleichgewichtswert ERGS/cm²

2100 1900 1810 0

2840

2220

2580

1850

1. Reines flüssiges Metall oder Legierung auf Graphit aufgetropft.

2. Legierung in Berührung mit Graphit erhitzt.

3. Metall oder Legierung in Berührung mit Graphit rasch erhitzt (50°C/Min.).

Demgemäß sollen zur Sicherstellung einer tiefen Eindringung des Metalls in die Kohlenstoffmasse gemäß der Erfindung die Bedingungen so angeordnet werden, daß diese Eindringung vollständig ist, bevor

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ihr Fortschritt dadurch unterbrochen wird, daß sie im wesentlichen mit Kohlenstoff gesättigt wird.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Steuerkohlenstoffkörper mit einem dünnen Überzug aus Kupfer, Silber, Gold oder deren Legierungen z. B. durch Aufdampfen versehen und auf den so vorbehandelten Kohlenstoffkörper Eisen, Kobalt, Nickel oder deren Legierungen in flüssigem Zustand aufgebracht wird.

Der zunächst hergestellte Metallauftrag verhindert jegliche Diffusion des Eisengruppenmetalls in den Kohlenstoff, bis er in dem Eisengruppenmetall aufgelöst worden ist. Das flüssige Metall kann also zunächst verhältnismäßig tief in die Poren eindringen, und erst nach Auflösung des Anfluges aus Silber od. dgl. kann die Auflösung von Kohlenstoff eintreten, wodurch sich dann der Qberflächenwinkel bzw. die Oberflächenspannung ändert. In diesem Augenblick ist aber das Metall der Eisengruppe bereits genügend tief in die Poren eingedrungen, um eine sichere Oberflächenimprägnierung des Kohlenstoffkörpers mit dem Eisen od. dgl. zu liefern.

Claims

Patentanspruch:

1. Verfahren zur Oberflächenimprägnierung eines Kohlenstoffkörpers durch Tränkung seiner Oberfläche unter Erwärmung und gegebenenfalls Druck, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Kohlenstoffkörper mit einem dünnen Überzug aus Kupfer, Silber, Gold oder deren Legierungen z. B. durch Aufdampfen versehen und auf den so vorbehandelten Kohlenstoffkörper Eisen, Kobalt, Nickel oder deren Legierungen in flüssigem Zustand aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchdringung der Kohlenstoffoberfläche durch einen vorbestimmten Kohlenstoffgehalt im Metall begrenzt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall im flüssigen Zustand auf die Kohlenstoffmasse aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche der Kohlenstoffmasse mit einem Metall, wie Eisen, Kobalt, Nickel und deren Legierungen, in Berührung bringt und dieses Metall-Kohlenstoff-System mit mindestens 50°C/Min. so lange erhitzt, bis eine merkliche Durchdringung der Kohlenstoffoberfläche mit Metall eintritt und bevor eine solche Durchdringung durch die Lösung übermäßiger Kohlenstoffmengen im Metall unterbrochen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall mit einer Kohlenstoffmasse in Berührung gebracht wird, auf die ein Anflug oder eine Aufdampfung eines Metalls, wie Kupfer, Silber, Gold oder Legierungen hiervon, aufgebracht ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 1 026 158, 882 220; deutsche Auslegeschriften C 9148 IVn / 12g (bekanntgemacht am 16. 6.1955: S 30159 VIIIb / 21 d (bekanntgemacht am 9. 5.1956);

deutsche Patentanmeldung S 34024 VIIIb / 2Id¹ (bekanntgemacht am 17. 2.1955);
französische Patentschrift Nr. 976 599.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen