DE1533273A1

DE1533273A1 - Verfahren zur Haertung von Platinmetallen

Info

Publication number: DE1533273A1
Application number: DE19661533273
Authority: DE
Inventors: Ellison Peter James; Selman Gordon Leslie
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1966-01-15
Filing date: 1966-01-15
Publication date: 1970-02-05

Description

Verfahren zur Härtung von Platinmetallen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Härte von Platinmetallen und deren Legierungen oder Verbindungen durch Einlagerung von Zusätzen.
Die Metalle der Platingruppe und ihre Legierungen miteinander werden wegen ihres hohen Schmelzpunktes und ihrer extrem guten Oxydationsbeständigkeit bevorzugt unter Bedingungen eingesetzt, bei denen hohe Temperaturen auftreten. Sei werden in größtem Umfang zur Herstellung von Geräten verwendet, die in der Glas-

Industrie benutzt werden und im Gebrauch :4er Einwirkung

von Luft und geschmolzenem Glas ausgesetztL sind, z.B.

von Auskleidungen für Glasschmelzöfen und v#-)ii Einsätzen,

die bei der Herstellung von Glasfasern verwendet werden. Leider werden diese vorteilhaften Eigenschaften jedoch in einigem Umfang aufgehoben durch die geringe mechanische Festigkeit dieser Materialien unter derartigen Bedingungen.
Man hat bereits versucht, diesen Nachteil zu überwinden. Beispielsweise hat man sich bemüht, eine Kornstabilisierung des Platinmetalls durch Zugabe nichtmetallischer Substanzen wie Oxide und Carbide zu dem Platin zu erreichen. Eine solche Arbeitsweise bedingt jedoch die getrennte Erzeugung des Platins und des Oxid- oder Carbidzusatzes in Pulverform und die nachfolgende Verarbeitung nach pulvermetallurgischen Verfahren.
Ein anderes Verfahren zur Erzielung einer erhöhten metallischen Festigkeit, das bisher auf unedle Metalle und Silberlegierungen angewandt wurde, wird als "innere Oxydation" bezeichnet. Voraussetzung für diese Verfestigung ist, da:., erstens der die Hauptmenge bildende oder lösende Metallbestandteil beträchtliche Mengen Sauerstoff ohne Ausbildung einer diskreten Oxidphase auflösen kann und zweitens, daß der kleinere oder

gelöste Metallbestandteil unter denselben Temperatur-

und Druckbedingungen :.inte- ° Biluung einer d.skre en

Oxidphase hoher Stabilität Legierungen -on

Silber mit Aluminium, Beryllium, Thorium und dergl. erfüllen diese Bedingungen und können mit Erfolg der inneren Oxydation unterworfen werden.
Die Erfindung löst die Aufgabe, die Festigkeit von Metallen der Platingruppe und deren Legierungen insbesondere bei hohen Temperaturen unter Erhaltung der Oxydationsbeständigkeit wesentlich zu erhöhen.
Bisher wurde angenommen, daß Platin nicht wirksam durch innere Oxydation dispersionsgehärtet werden kann, und zwar im Hinblick auf frühere Beobachtungen, daß Platin und Platinlegierungen Sauerstoff nur in geringem Umfang oder mit sehr niedriger Geschwindigkeit lösen. Es wurde nun jedoch überraschenderweise gefunden, daß Platin, Palladium und Rhodium bzw. Legierungen davon, die eine kleine :Menge eines oder mehrerer gelöster unedler Metalle enthalten, unter Erzeugung eines dispersionsgehärteten Materials der inneren Oxydation unterworfen werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist demzufolge dadurch gekennzeichnet, daß man in Platin, Palladium oder Rhodium bzw. Legierungen dieser Aetalle mit einem oder mehreren anderen Metallen der Platingruppe eine kleine Menge wenigstens eines unedlen Metalls einlegiert, das zur Ausbildung einer stabilen hochtemperaturbeständigen Verbindung befähigt ist, und den Legierungszusatz in diese, über die Legierung dispergierte Verbindung überführt.
Jedes unedle, eine stabile hochtemperaturbeständige Verbindungsphase ergebende Metall, das in der Lage ist, mit einem Metall der Platingruppe eine duktile Legierung zu bilden, kann als unedler Legierungsbestandteil dienen. Geeignete Metalle sind beispielsweise Chrom, Beryllium, Magnesium, Aluminium, Silicium, die Seltenen Erden, Thorium, Uran und Metalle der ersten, zweiten und dritten Nebengruppenperiode, Calcium bis Nickel, Strontium bis Molybdän und Barium bis Tantal.
Die hochtemperaturbeständige Verbindung kann ein Oxid, ein Carbid, ein Nitrid, ein Silicid, ein Borid, ein Sulfid oder irgenkne andere Verbindung sein, die durch Wechselwirkung zwischen einer gasförmigen Phase und dem unedlen Metall gebildet werden kann.
Die Menge des unedlen Metallbestandteiles bzw. der unedlen Metallbestandteile, die in die Legierung eingeschlossen werden, ist nicht kritisch, jedoch lassen sich mit einer Gesamtmenge, die von einer Spur bis hinauf zu nicht mehr als 1 GewA der Legierung variiert, befriedigende Ergebnisse erzielen.
Die interne Veränderung des Zusatzes gemäß der Erfindung kann auf mehreren Wegen durchgeführt werden. Wenn der Platinmetall-Bestandteil der Legierung, Verbindung oder Zusammensetzung ganz oder vorherrschend aus Palladium besteht, kann die Behandlung an dem massiven Material erfolgen.
Wenn kein Palladium in der Legierung oder Zusammensetzung anwesend ist,oder wenn Palladium nicht das vorherrschende Metall darstellt, erweist es sich als vorteilhaft, zuerst die Legierung oder Zusammensetzung auf geeignete Weise in Pulverform überzuführen, z.B. durch Flammspritzen oder im elektrischen Funken, bevor die eigentliche Behandlung durchgeführt wird, und anschließend die massive Form wiederherzustellen. Die innere Behandlung der Legierung oder Zusammensetzung kann bewirkt werden durch Erwärmung der Legierung in Gegenwart eines Gases, das entsprechend der jeweils zu bildenden Verbindung geeignet ge,aählt wird. Wenn also eine innere Oxydation erforderlich ist, wird Luft oder Sauerstoff verwendet. Stickstoff oder ein carburierendes Gas wie Äthan oder Ethylen wird benutzt, wenn eine Nitrid- oder Carbid-Dispersion gewünscht wird. Beispielsweise kann eine Palladiumlegierung, die 0,2 GewA Chrom enthält, vollkommen in massiver Form oxydiert werden, indem sie an der Luft oder in Sauerstoff auf eine Temperatur von 900 - 1200°C erwärmt wird, bis eine vollständige interne Oxydation des Chrombestandteils eingetreten ist.
Die folgende Tabelle veranschaulicht den Umfang und die Art der Oxydation vorstehender Legierung bei verschiedenen Temperaturen an der Luft und zeigt deutlich, daß eine vollständige Oxydation bei 1200°C erreicht wird, wie vorstehend angegeben ist. Im Falle der platinhaltigen Legierungen, die langsamer als Palladiumlegierungen oxydieren, wird man vorzugsweise die vergossene Legierung in Pulverform überführen, bevor man die Oxydationsbehandlung einleitet. Wenn die Oxydation abgeschlossen ist, wird die gepulverte Legierung dann komprimiert und bei erhöhter Temperatur gesintert. Der gesinterte kompakte Körper wird dann einer intensiven Warmbehandlung unterworfen, z.B. heiß geschmiedet oder stranggepresst, um das Material zu verdichten, und schließlich durch Kaltbearbeitung in die gewünschte Form übergeführt.
Legierungen von Metallen der Platingruppe, die nach dem Verfahren der Erfindung erhalten worden sind, weisen beträchtlich verbesserte Eigenschaften bei normalen wie bei hohen Temperaturen auf, verglichen mit bekannten Legierungen von Metallen der Platingruppe, besonders was ihre mechanische Festigkeit betrifft, und sind besonders geeignet nicht nur für eine Verwendung in der Glasindustrie, wie im vorstbhenden erwähnt, sondern auch für gewisse Bauteile von Düsentriebwerken, Raketenmotoren, Zündkerzen und Glühkerzen und für Ofenwicklungen und Katalysatornetze zur Duehführung chemischer Verfahren, 2.B. zur Herstellung von Salpetersäure und Cyanwasserstoffsäure. Die Legierungen eignen sich auch gut als elektrisches Kontaktmaterial. In der Figur ist ein Abschnitt eines Bleches aus einem erfindungsgemäß gehärteten Metall der Platingruppe im Querschnitt vergrößert dargestellt. Man erkennt die in.3em Metall dispergierte Phase, die aus einer Verbindung eines unedlen Metalles besteht.
Das Platinmetall ist schematisch durch die Schraffur und die disperse Phase durch die Punktierung angedeutet.

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Härte von Platinmetallen und deren Legierungen oder Verbindungen durch Einlagerung von Zusätzen, dadurch gekennzeichnet, daß man in Platin, Palladium oder Rhodium bzw. Legierungen dieser Metalle mit einem oder mehreren anderen rZetallen der Platingruppe eine kleine menge wenigstens eines unedlen Metalls einlegiert, das zur Ausbildung einer stabilen hochtemperäturbeständigen Verbindung befähigt ist, und den Legierungszusatz in diese, über die Legierung dispergierte Verbindung überführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Metall einlegiert, welches mit einem Metall der Platingruppe eine duktile Legierung bilden kann.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Chrom, Beryllium, Magnesium, Aluminium, Silicium, ein Metall der Seltenen Erden, Thorium, Uran oder/und ein Metall der ersten, zweiten und dritten Nebengruppenperiode, Calcium - Nickel, Strontium - Molybdän und Barium - Tantal verwendet.
4. Verfahren nach einem =er vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, deß man die Legierung dem Einfluß einer gasförmigen Phase unterwirft, die mit dem unedlen Metall ein Oxid, Carbid, Nitrid, Silicid, Borid oder eine andere hochtemperaturbeständige Verbindung bildet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Behandlung bei erhöhter Temperatur durchführt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das unedle Metall in einer Menge verwendet, die von Spuren bis zu nicht mehr als 1 Gew.% der Legierung variiert.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Behandlung von Palladium-Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung am massiven Material durchgeführt wird. B.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Legierung in Pulverform bringt, den unedlen Legierungsbestandteil in die hochtemperaturbeständige Verbindung überführt und anschließend die massive Form wieder herstellt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Erzeugung einer Oxid-Dispersion das Material der Einwirkung von Luft oder Sauerstoff unterwirft. 10 ..
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Palladium-Legierung mit 0,2 GewA Chrom in massiver Form an der Luft oder in Sauerstoff auf eine Temperatur von 900 - 1200°C erwärmt, bis eine vollständige interne Oxydation des Chrombestandteiles eingetreten.ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Erzeugung einer Nitrid-Dispersion das ätaterial der Einwirkung von Stickstoff unterwirft.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Erzeugung einer Carbid-Dispersion das Material der Einwirkung von :khan oder Äthylen oder eines anderen carburierenden Gases unterwirft.
13. Blech aus einem Metall der Platingruppe oder deren Legierungen mit einem Zusatz nichtmetallischer Substanzen, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtmetallische Zusatz nach dem Verfahren eines der vorhergehenden Ansprüche eingelagert worden ist.