DE1935329A1

DE1935329A1 - Verfahren zur Herstellung dispersionsverstaerkter Metalle oder Metallegierungen und Verwendung der nach diesem Verfahren hergestellten Metalle oder Metallegierungen

Info

Publication number: DE1935329A1
Application number: DE19691935329
Authority: DE
Inventors: Alan Darling
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1968-07-12
Filing date: 1969-07-11
Publication date: 1970-01-22
Also published as: GB1280815A; NL168007B; DE1935329C3; US3696502A; NL6910671A; JPS543803B1; FR2012909A1; NL168007C; DE1935329B2

Description

DipL-Jng. Heinz Bardehle

Patentanwalt
Münchü.T-22. \\zi:"U. U 7:1. 292555

München, den 11. Juli 1969

Mein Zeichen: P 783
Anmelder:

JOHNSON, MATTHEY & COMPANY LIMITED 78, Hattön Garden,

LONDON, E.C. 1,
England

"Verfahren zur Herstellung dispersionsverstärkter Metalle oder Metallegierungen una Verwendung der nach diesem Verfahren hergestellten Metalle oder Metallegierungen" . _■

Die -Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallen und Legierungen, die mit einer Dispersionsphase verstärkt sind, und gibt Verwendungen der nach diesem Verfahren hergestellten Metalle oder Legierungen an.

Seit vielen Jahren ist.es Ziel in der Matallurgie, Metalle oder Legierungen herzustellen, aie verbesserte mechanische Eigenschaften und insbesondere eine erhöhte Festigkeit bei hohen Temperaturen aufweisen.

Im Hinblick auf dieses Ziel wurden verschiedene Verfahren zur Herstellung dispersionsverstärkter Materialien vorgeschlagen. Ein Grundproblem, mit dem Metallurgen, die dispersionsverstärkte Metalle herstellen, konfrontiert werden, besteht darin sicherzustellen, daß die Dispersionsphase, beispielsweise· C&ide von. Metallen wie

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6A0

Thorium, Zirkonium, Hafnium, Titanium, A luroinium oder der Lairthaniden, einen stabilen Bereich von Teilchen in Subminiaturgröße bildet und mit dem die Umgebung bildenden und die dispergierte Phase ■ tragenden Grundmetall nxcht reagiert.

Im allgemeinen werden mit einer Dispersionsphase verstärkte Metalle oder Legierungen durch Mischen von Metall-oder Legierungspulvern mit feinzerteilten, feuerfesten Teilchen und nachfolgendes Verdichten dieser besonderen Mischung auf pulvermetallurgische weise hergestellt.

Es ist auch möglxch, dispersionsverstärkte Metalle oder Legierungen durch Erzeugung einer Metall- oder Legierungsschmelze herzustellen, die entweder in Luft-, Gas- oder Dampfstrahl ouer durch'
mechanische Methoden, wie z.B. mittels Spinnscheiben, atomisiert . wird. Abhängig von den gegebenen Bedingungen wird durch aiesen
Atomisierungsprozess eir mehr oder weniger stark oxydiertes Pulver erzeugt. Bei einem anderen Prozess entsteht oxydiertes A luminiiinipulver, welches noch weiteroxydiert wird, sowohl an der Oberfläche als auch im Innern beim Mahlen in Kugelmühlen unter oxyciierenaen
Bedingungen. Auch atomisiertes Blei, das bei einem weiteren £ispersionshärtungsverfahren verwendet wird, wird in Kugelmühlen behandelt, um den Sauerstoffgehalt noch weiter zu erhöhen. Ein besonderes Beryllium-Kupfer-Pulver, das durch Atomisierung hergestellt wird, wird durchoxydiert mittels !tfärmebehandiung unter oxydierenden Bedingungen, wonach dieses Pulver unter reduzierenden Bedingungen' behandelt wird, so daß sich das Kupferoxid zu Kupfer zurückbildet, ohne daß dabei eine Einwirkung auf das Berylliumoxid erfolgt. Derartig oxydierte Pulver werden danach durch Pressen und Sintern
verdichtet und zu den gewünschten Körpern geformt. Diese Herstellungsverfahren sind kostspielig und zeitaufwendig, so daß es kostspielig ist, auf diese Weise dispersionsverstärkte Materialien herzustellen.

In Ergänzung der oben genannten Verfahren wurde ferner vorgeschlagen, ,eine große Charge Grundmetall oder Grundlegierung zu schmelzen, die einen kleinen Anteil des für die Enthärtung erforderlichen, reaktiven Bestandteiles enthält. Die Charge wird zunächst

..,-.. ^,903884/1271

ßAD ORK3INAL

unter inerten oaer reduzierenden Bedingungen· in einem Induktionsofen, tkt-r ei.; kräftiges Rühren gewährleistet, geschmolzen. Danach werfen .atmosphärische .Bedingungen eingestellt, so aai3 das reaktive Metall-oxydiert, während das Grundraetall oder die Gründlegierung unbeein: Iu 3t bleibt-, und schli'eß.lich wird'die Schmelze, α ie- eine !einteilige Dispersionsphase von Öxiuen enthält, zu einem Barren gegosstai, der durch übliche Verfahren bearoeitet w.eraen kann. Diese Technik ist, jöu-och in ihrer Durchführung schwierig.; ^;

Hieraus ist zu entnehmen, uaß uie bekannten Verfahren 2 ar Herstellung von Uisoersionsyerstärkten Metallen und Legierungen kompliziert und zextauiwendig sind; aarüberhinaus rna ent aie Verwenuung von Me-ballen und. Legierungen in Pulveriorm die Gestehungskosten von Barren, iixe aurch solche Verfahren- hergestellt wercen-, sehr hoch und unwirtschaftlich. ■ . ■-.... - ". ... -.""..

Der vörixegenJen Erfindung liegt uie Aufgabe zugrunde, ein Verfahren' anzugeben, dessen Durchführung gegenüber den bekannten Verfahren einfacher und wirtschaftlicher ist, das aber auch zu dispeirsior.sveifstarkten Metallen oaer Legierungen führt, deren me- . chanische-Eigenschaften insbesondere bei hohen Temperaturen gegenüber "vergleichbaren 'bekannten Metallen öuer Legierungen"verbessert s lnd-. ■'-■'· ' .

Zur .Lösung- u-i-eser Aufgabe ist aas Verfahren- zur Herstellung dispersionsve.rstärkter Metalle oder Legierungen errimi.ungsgemäß dadurch, geicennzeichnet, da.3 ein geschrnplz'enes_v - metallisches Grunamateria.l -«nd em. reaktiver Bestandteil- versprüht und auf. einen-Auf-' fangeräger aufgespritzt- werden; -wobei, wenigstens ger reaktive Be- ■■-. ständteil eine. Atmosphäre passiert, die-bewirkt, daß der. reaktive Bestandteil in, ein Materia.l umgewanaelt- wird,., das eine uispers.e - ■ Phase innerhalb-des Grunamaterials bildete wenn·-das Grundmaterial auf den .Αύΐ fang träger,-niedergeschlagen - j-st.. ._ _... " , - _:.

Um eine schnelle Verdichtung ues "aufgesprühten Materials zu gewährleisten _r v'iru der' Auf fangträger vorte-ühafterweise gekühlt, andererseits kann der Au;fangträger eine hohe 'Wärmekapazität haben Das Aarsprühen kann durch Anwendung von Flammen, Lichtbogen, Öfen, Plasiaa" oder" andere Sprühtechnikeh durchgeführt werden.

.j:...-- EinfXiiaiiffa.-OSt-XXfSt'auch- eiri- Verfahren -zur Herste llur.g^:- disper-'

0RK5INÄL

sionsverstärkter Metalle oder Legierungen in Form von Barren, die für eine nachfolgende Verarbeitung geeignet sind; dieses Verfahren enthält folgende Verfahrensschritte:

1. Herstellung eines metallischen Ausgangsmaterials, das ein metallisches Grundmaterial und in relativ geringer Konzentration ein oder mehrere Metalle enthält, das, oder die reaktionsfreudiger sind als das Grundmaterials enthält,·

2. Zerstäuben der feinstzerteilten, geschmolzenen-Teilchen des Ausgangsmaterials in Form eines Strahles durch eine Atmosphäre, die heftig mit den genannten reaktionsfreudigeren Bestandteilen reagiert, um eine oder mehrere stabile Metallverbindungen zu bilden;

3. Ausrichten des Sprühstrahles der geschmolzenen Partikeln auf einen gekühlten Auffangträger oder in eine Form, um einen Barren zu bilden, und

4. Entfernen des Barrens vom Auffangträger oder aus der Form und danach Verarbeiten des Barrens zu einem Stab,· zu Draht, zu Blech oder zu einem Block oder zu geschmiedeten Körpern.

Wenn es erforderlich ist, eine dispersionsverstärkte WK¥T&# Legierung zu bilden, so muß das metallische Grundmaterial nicht notwendigerweise vor der Zerstäubung gebildet sein. Falls gewünscht, kann das Zerstäuben unter Anwendung einer Mischung von Metallpulvern durchgeführt werden (nämlich aus den Bestandteilen der Legierung)., die, wenn geschmolzen und vor ihrem Auftreffen auf dem Auffangträger, miteinander legieren.

Die Erfindung betrifft ferner dispersionsverstärkte Metalle oder Legierungen, die durch das oben angegebene Verfahren hergestellt sind. .--.·■■■

Ein Metall· oder eine Legierung, die mit einer dispersen Phase verstärkt sind und gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind; haben eine verhältnismäßig geringe Korngröße, die in weitem Umfang durch die Dimensionen der zerstäubten Teilchen bestimmt ist. Die Prüfung von Legierungen und Metallen, die gemäß der Erfindung hergestellt sind, zeigt eine feinteilige Verteilung der dispergierten

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Phase und da der reaktive Bestandteil, aus dem die dispergierte Phase gebildet ist, zur gleichen Zeit wie das Grundmaterial geschmolzen ist, verfestigt! sich der reaktive Bestandteil für die Bildung der dispergierten Phase unter Bedingungen, die an ein Thermodynamisches Gleichgewicht heranführen. Wenn deshalb das Grundmaterial die Tendenz hat, das Oxid oder bis zu einem gewissen Ausmaß alle Metalle zu reduzieren, so wird dieser Tendenz unter den Bedingungen der Schmelze nachgekommen, so daß keine weiteren Reaktionen bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes auftreten. Die dispergierte Phase, die in Legierungen und Metallen, hergestellt gemäß der Erfindung, enthalten ist, kann in Form von Oxiden, Carbiden, Nitriden oder Sulfiden vorliegen, und aus den oben genannten Gründen haben solche dispergierten Phasen auch in einem Metallgitter hohe Stabilität.

Ferner wird eine Kornstabilisierung durch die absorbierten oder mitgerissenen, gelösten Gasfilme erreicht, die mit der versprühten Schmelze vereinigt sind, wenn sie auf den Auffangträger oder auf schon vorher niedergeschlagenes metallisches. Material auftrifft und die danach stets in das metallische Gittergerüst eingebaut sind«

Die Temperatur für die Zerstäubung des Grundmaterials und der reaktiven Komponente ist so eingestellt, daß sie oberhalb des Schmelzpunktes des Grundmaterials und unterhalb des Schmelzpunktes eines Oxides oder einer anderen Verbindung liegt, die durch Reaktion der reaktionsfreudigeren Komponente des Metalles oder der Legierung mit der umgebenen Atmosphäre gebildet wird. ■ \

Bei spiel 1 ,,

Als ein Beispiel der Erfindung wurde Platin unter inerten Bedin-. gungen geschmolzen, und es wurden 0,06 Gewichtsprozent Zirkoniummetall mit dem Platin legiert ο Ein.Legierungsbarren, der aus der Platin-Zirkonium-Schmelze gegossen wurde, wurde danach zu Drahtverarbeitet und durch eine. Flammspritzpistole unter oxydier-enden Bedingungen zerstäubt, um einen Barren einer mit der Größe* des: .. Urspruiigsbarrens vergleichbaren Größe zu erzeugen. _;

Dieser wiedergebildete Barren wurde uanach zu Blech ( zu einer dünnen Platte) verarbeitet, das die mechanischen Eigenschaften aufweist, wie sie in der nachfolgenden Tabelle angegeben sind. .

Blech aus:

!reinem Platinbarren

pulver- V metallurgischem Barren mit 0.08 /o

zers täubtem Zr-Legierungsbarren

Dichte g,cm . 21.45

Korngröße ( 1 Std. 1400 C) ;0.G5 Uli'

Härte VPN

38

Zugfestigkeit bei 20 C (getempert ) lO.O.t.s.i,

Fließverhalten bis zum Abriß (Creep life) bei 1400° C bei einer Zugbelastung von 700 p.s.i.

10,5

21.24

0.0311 mm

10.53 t.a.i.

40 Std.

21J2,

O-. G 2" 15- nun

.G

15.45

93 Sta

Aus den in obiger Tabelle angegebenen Ergebnissen geht eindeutig hervor, daß wesentliche Verbesserungen erzielt werden, wenn die Lehre der vorliegenden Erfindung a;uf die Gruppe-der Platinmetal^ Ie angewendet wird« _:

B 6 is pi el 2 ~ ■ ■ :

Titan-Platin-Legierungen wurden für eir^ige der ersten systeniätischen Un tersuchungeTi verwendet, die hergestellt wurden, umdie ^ erzielbaren Vorteile zu bestätigen. Blgi_ltiCT--l»«gfier.iin.gen.,- die 0,,08 Gewichtaprpzent; Titan enthalten,, wurden in einem; vacuum- ^ ofen hergestellt "Ohd in Barrek gfegfossen, deren Gewicht: in, einem Bereich von 3:11 bis IOD Gramm lag. Diese Barren wurden ci

kalt gewalzt und schließlich zu Drähten mit 1 nun im Durchmesser gepreßt, die, wie vorher beschrieben, in wassergekühlte KupfergießformeF! zu Barreh zerstäubt gespritzt wurden. Eine Sinterbehandlung" war nicht erforderlich, die Dichte der Barren erreichte wesentlich mehr als 90 /o aes theoretischen Wertes vor dem Schmieden. Das Fließverhalten bis zum Abriß (Creep tests ) wurde mit einem aus diesen Barren gepreßten gezogenen Draht von 1 mm im Durchmesser durchgeführt; die erzielten Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt:

Abri3üauer eines 1 ram Drahtes, der aus zerstäubten, 0,08 Sett irht spröden t Titan enthaltenden P la tin-Ba rrer, erzeugt ist.

Barren 5io.

1 2 3 4

Va cuumges chmolzenes 25,&-Rhodium-Platxn

Lu ttgeschmolzenes 10-.0"Ah odium-Platin

Barren- gewicht g	Äbrißdauer in Luft . 700 p.s.i- 14OO C	Abrißdauer in Luft 14OO p.s.i. 1400° C	42
7OO	33 - 95	2O -	12
465	228	ίο -	19
438	155	15 -	12
468 -.'	174	4 -	73
462	5OO	9 -	110
371	672	5 -
467	215	21

280 - 32O

50

20

Obwohl gezeigt ist, daß eine wesentlxche Verstärkung erhalten worden war, waren die Ergebnisse nicht vollständig reproduzierbar. Eine Makrostruktur-Untersuchung einiger der mit Titanoxid dispefslonsverstärkten Platinkörper hat das fehlerhafte Verhalten erkläre. Rund um trie Korngrenzen dieses Materials konnten gelegentlich Schichten von Titan-Dioxid festgestellt werden, und es scheint., Ja«? ujiter den Zerstäubungsbeaingungen, durchgeführt

-12 ?

SAO

mit einer gewöhnlichen Oxy-Azethylen-Spritzpistole, das einmal gebildete Titan-Oxid bald zu kleinen Kugeln zusammenschmilzt, die in dem Barren als dünne Korngrenzenfilme erhärten und somit Bereiche potentieller Weichheit bilden. Fasern (stringers) von relativ großen Titan-Oxidteilchen wurden ebenfalls im hartgezogenen Platindraht gefunden und es scheint offensichtlich zu sein, daßTitaη-Oxid bei der Zerstäubungstemperatur eine merkliche Beweglichkeit besitzt.

Beispiel 3

Die Untersuchungen wurden deshalb mit Platin durchgeführt, das mit kleinen Mengen von Grundmetallen legiert war, deren Oxide hitzebständiger sind als die des Titans.

Um diese Untersuchungen durchzuführen, wurden Barren von 283,5 g Gewicht aus Drähten gesprüht, die kleine Mengen von Zirkonium, Thorium und Calcium enthielten. Hin Barren von lo % Rhodium-Platin, der nominell 0,4 Volumenprozent an Zirkoniumoxid enthielt, wurde für Vergleichszwecke ebenfalls hergestellt.

Die Platin-Legierungsdrähte, die für die Erzeugung dieser Barren verwendet wurden, wurden aus einem Argon-Lichtbogen-Ofen-Barren erzeugt. Die Herstellung der calcium-Platin-Barren war recht schwierig, obwohl die Zirkonium und Thorium enthaltenden Legierungen keine Probleme während des Schmelzens und der Herstellung ergaben.

Die Bruchbelastungsangaben für Drähte mit- 1 mm Durchmesser, die aus diesen durch Zerstäubung hergestellten Barren gebildet waren, sind ^n der folgenden Tabelle angegeben:

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Legierung	0.18 % Th	Zahl der	Haltedauer bei	1400	⁰C	- 4.6
	0.30 % Ca	Versuche	1400 ρ.s.i.			- 2.8
	0.10 % Zr		Mittlere Dauer	Bereich	600
	0.04 % Ti	5			- 12.0
Pt +	10 % Rh 10 % Zr	3	3,5 Std.	1.8	185
Pt +	8	.1.2	0.4
Pt +	5	59	34 -
Pt +	6	5	3.5
Pt + + O.	44	10 -

Beispiel. 4

Diese Ergebnisse zeigen die Überlegenheit von Zirkonium gegenüber Titan als,Grundmetall Schwermetall)für den Legierungszusatz. Um eine zusätzliche Bestätigung durchzuführen, wurden 6 Barren mit einem Gewicht von je 1417,5 g durch Zerstäubung aus Platin-Legierungsdrähten hergestellt, die mit ausreichend Zirkonium legiert waren, um ein Material zu erhalten, das nach dem ^Niederschlagen 0,4 Volumenprozent an hitzebeständigem Oxid enthält.

Diese Legierungsbarren, die in einem Vacuumofen erzeugt wurden, wurden gewalzt und zu Drähten gezogen mit einem Durchmesser von 0,147 cm, die mit einer Oxy-Azethylen-Spritzpistole in wassergekühlte Kupferformen zerstäubt und gesprüht wurden, um rechtwinklige Barren mit den Abmessungen Länge 20,3 cm, Breite 1,9 cm und Dicke 1,27 bis 1,9 cm herzustellen.

Die Bruchbelastungsangaben', die je mm Drahtdurchmesser für erhalten wurden, die aus diesen gespritzten Barren gebildet

ren sind zusammenfassend/ in der unten angegebenen Tabelle gekannt:

Bruchbelastungsangabe^ für dispersionsverstärkte Platindrihte von 1 mm bei Zugbelastung in Luft bei 1400° C. Die Drähte waren, aus gespritzten Bfxren von je 1417,5 g Gewicht hergestellt, die 0,1 Gew% Zirkonium enthielten.

9-8 84/i 271

ßÄD ORKaJNAL

Barren	Haltedauer bei 1400 p.s.i. in Stunden	Mittlere Dauer	Bereich	Haltedauer bei 2800 p.s.i Bereich in Stunden Bereich	Mittlere Dauer
P487C	Zahl der Versuche	131		Zahl der Versuche	11 4-21
P487E	3	310	110-154	3 .	11 9-12
P5O3D	3	190	186-424	3	14 12-16
P5O3C	3	485	130-251	2	29 21-36
P5O3I	3	597	425-551	2	64 56-71
P 487G	2	696	454-740	2	36 29-42
• 2	488-903	2

Diese Versuchsergebnisse stellen eine überwältigende Bestätigung dafür dar, daß Zirkoniumzusätze die Titanzusätze überragen, und sogar die kleinsten beobachteten Haltedauern sind merklich größer als solche, die bei sehr guten üblichen Rhodium-Platin-Legierungen, wie solche mit 25 Gew.% Rhodium, erreicht werden.

Beispiel 5

Der nächste Schritt bestand darin, die Qualität von Blechen zu beurteilen, die aus solchen Barren mit 1417,5 g Gewicht erzeugt waren. Für die Herstellung von Drähten wurde nur ein kleiner Teil der Barren verwendet? die Versuchsergebnisse hierfür sind zusammenfassend in den obigen Tabellen enthalten. Die Reste einiger dieser Barren wurden deshalb heiß gewalzt und schließlich kalt gewalzt, um Bleche von einer Dicke von 1,52 mm herzustellen, aus denen die Versuchskörper gebildet worden sind. Eine Zusammenfassung des auf diese Weise erhaltenen Hochtemperaturverhaltens dieser Bleche ist nachfolgende; angegeben:

Bruchbelaetungsangaben für dispersiönsverstärkte Platin-Bleche mit einer Dicke von 1,52 mm, die unter Zugbelastung in Luft bei 1400° C geprüft wurden. Die Bleche sind gewalzt aus gespritzten Barren von 1417,5 g Gewicht mit einem Gehalt von 0,1 Gew.% zirkonium.

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Barren Nr.	O	üblich herge stelltes 25%-Rhodium- Platin-Blech	»	Versuchskörper	Haltedauer in Stunden	1400 p.s.i.
		Querschnitt ■	70G p.s.i.
P487E	.635 cm χ 0.152 cm _s i		16-30
P5O3D	j	362	27-42
P5O3I P487G	455	70-90 73-76
	400 473	10-15
	150 - 300

Die geringste, mit diesen dispersionsverstärkten Platin-Blechen erzielte Haltedauer ist somit besser als diejenige von gewöhnlichem 25-%-Rhodium-Platin-Legierungsblech, obwohl die Versuchsergebnisse der Bleche viel geringer waren als diejenigen, die mit Drähten erzielt worden waren. Es handelt sich hierbei um eine an sich bekannte Eigenschaft, dispersionsverstärkter Materialien, deren Fließeigenschaften sich mit dem Ausmaß und der Art der plastischen Verformung, der sie während der Herstellung unterworfen waren, merklich ändern.

Beispiel β

Es wurden zwei Goldlegierungen durch Induktionsschmelzung in einem Graph its chme Isstiegel hergestellt. Das Schmelzen wurde unter Argon-Atmosphäre durchgeführt und zu einem Goldbad wurden 0,80 36 Titan hinzugefügt, während zum anderen Goldbad 0,04 % Aluminium hinzugefügt wurden.

Die Barren, die aus diesen Legierungen gegossen wurden, wogen etwa 200 g. Sie wurden gewalzt und zu Drähten gezogen, die nachfolgend durch eine Oxy-Azethylen-Flammspritzpistole zerstäubt wurden. Die durch diese Zerstäubungstechnik hergestellten Barren wurden wiederum gewalzt zu einem Stab und schließlich zu einem Draht gezogen. In der unten angegebenen Tabelle ist zusammenfassend der Pließwiderstand bis zum Abriß der beiden Chargen

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BAD ORtGINAL

für die Drähte angegeben, wobei auch Angaben für reinen Golddraht für Vergleichszwecke gemacht sind, der durch den gewöhnlichen Prozeß des Schmelzens und Gießens hergestellt ist.

Fließwiderstand bis zum Abriß von flamingespritzten

Goldlegierungen.

(Die Versuche sind bei 7OO p.s.i. und 700° C in Luft

durchgeführt.)

Grundmetallzusatz j 0.08% Ti Haltedauer in Stunden ! 300

0.04% Al 150

reines Gold 7

Die beiden flammgespritzten Legierungen sind bei 700 C ersichtlich wesentlich fester als reines Gold. Hit diesen Drähten wurden auch Biegeversuche durchgeführt, um deren Formbarkeit bei Zimmertemperatur beurteilten zu können. Drähte mit einem Durchmesser von 0,46 mm wurden leicht zwischen zwei polierte Stahlbacken eingeklemmt, die abgerundete Vorsprünge mit einem Radius von 0,8 mm hatten. Die Drähte wurden danach um 90° in jeder Richtung durchgebogen und zurück um 180° in der gleichen Ebene bei einem rechten Winkel zu der Zwischenschicht zwischen den Metallbacken. Jede Biegung um 180° stellt eine vollkommene Umkehrung der Kraft dar, die auf den Draht angewendet wird. Die Biegung wurde durchgeführt, bis der Draht brach. Die folgenden Versuchsergebnisse wurden erhalten:

Drahtart	Hin- und Herbiequnqen	bis i
	durch Bearbeitung
	qehärtet	sum Bruch
Spritzgold mit 0.08% Ti	8 - 16
Spritzgold mit 0.04% Al	9-16	qetempert
Reines Gold aus üblich	5-11	10 -
gegossenen Barren		10 -
	6 ■

	- 16
	- 16
- 13

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Somit ist der Golddraht aus gespritzten Barren wesentlich widerstandsfähiger bis zum Bruch beim Biegetest als reines Gold; diese Überlegenheit liegt auch vor, wenn die untersuchten Drähte durch Bearbeitung gehärtet waren.

Bearbeitungseigenschaften von dispersionsverstärktem Platin, das aus flammgespritzten Barren hergestellt ist.

Die Bearbeitbarkeit flammgespritzten und dispersionsverstärkten Platins wurde bald als gegenüber Rhodium-Platin-Legierungen überlegen erkannt, und es wurde versucht, dieses zu ersetzen. Diese Eigenschaft ist in Fig· I der beiliegenden Zeichnungen eingetragen, in der die (work hardening) Bearbeitungs-Härtungs-Eigenschaften von flammgespritzten Platin mit solchen aus reinem Platin, dispersionsverstärktem Platin, hergestellt durch Pulvermetallurgie und der Standardart von 10 % Rhodium enthaltender Platinlegierung, hergestellt aus normal gegossenen Barren, verglichen sind. Für jeden gegebenen Grad kalter Deformation härtet das flammgespritzte Material wesentlich weniger als das durch Pulvermetallurgie verstärkte Material und noch beträchtlich weniger als die 10 % Rhodium enthaltende Platinlegierung. In Fig. 1 ist die Härte der Vickers-Pyramide (H) der Metalle und Legierungen aufgetragen gegen die reine Belastung B, die ein Maß für die gesamte Längenänderung eines Körpers ist. Ist 1 die ursprüngliche'Länge und d die Ausdehnung, so ist die reine Belastung Ξ = ■ ♦

In Fig. 1 gilt die Kurve 1 für 10 % Rhodium enthaltende Platinlegierung, die Kurve 2 für auf pulvermetallurgischem Wege hergestelltes Platin mit 0,08 Gew% TiC, die Kurve 3 für flammgespritztes Platin mit 0,1 Gew% Zirkonium und die Kurve 4 für reines Platin.

Die erläuterte Eigenschaft ist von großer Bedeutung, weil der Bereich von Körpern, in die Rhodium-Platin-Legierungen verformt werden können, durch deren hohes Maß an Bearbeitungshärte begrenzt ist« Der Ersatz dieses sehr teuren und wenig verformbaren Materials durch flammgespritztes Material verringert

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eine ganze Reihe von Fabrikationsprozessen. Die Vorteile sind, natürlich für solche Press- und Ziehoperationen offensichtlich, wo die erforderlichen Gewichte für die Herstellung der gewünschten Deformationen und Körper wesentlich verringert werden sollen.

Erweichungs- und Härtunqseiqenschaften.

Einige Einflüsse zeitgleicher Härtung auf flammgespritztes, dispersionsverstärktes Platin sind in Fig. 2 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt. Diese Härtungsversuche wurden mit Ausgangsmaterial-Zusammensetzungen durchgeführt, die gegenüber denen für die Bearbeitungshärtungs-Versuche unterschiedlich waren, so daß die Ausgangshärtewerte nicht exakt denen entsprechen, die gemäß Fig. 1 erreicht werden könnten. Die 4 Beispiele für Bleche (reines Platin, auf pulvermetallurgischem Wege hergestelltes, dispersionsverstärktes Platin, flammgespritztes, dispersionsverstärktes Platin und übliches, 10 % Rhodium enthaltendes Platin-Blech), die aus geschmolzenen und gegossenen Barren hergestellt waren, wurden alle vollständig getempert in einem Zeitraum von einer Stunde bei 1200⁰C. Sie wurden dann mittels Kaltwalzung einer reinen Belastung von 2,0 unterworfen und dann für Intervalle von 30 Minuten bei Temperaturen im Bereich von 200° bis 1400° C getempert.

In Fig. 2 ist auf der Ortinate wiederum die Härte (H) in Vickers-Pyramiden (H) aufgetragen, während auf der Abszisse die Temperungstemperaturen in ⁰C angegeben sind. Fig. 2 zeigt die Kurven für zeitgleiche Härtung von Platin und Platin-Legierungen bei einer Temperungszeit von 30 Minuten. Kurve 5 gilt für 10 % Rhodium enthaltende Platin-Legierung, Kurve 6 gilt für flammgespritztes platin mit 0,1 Gew. Zirkon ium, Kurve 7 gilt für auf pulvermetallurgischem Wege hergestelltes Platin mit 0,08 Gew% TiC und Kurve 8 gilt für reines Platin.

Das reine Platin begann bei etwa 300° C zu erweichen, während eine merkliche Änderung in der Härte bei keinem der beiden dispers ions verstärkten Arten vonjPlatin unterhalb von 4OO° C eintritt.

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Die Erweichung, die bei hohen Temperaturen eintritt, war gradual, und gleicl

erreicht.

und gleichbleibende Härtewerte wurden unterhalb 1200° C nicht

Die 10 % Rhodium enthaltende Platin-Legierung erweichte vollständig in dem engen Temperaturbereich von 7OO bis 800° C.

Elektrische Eigenschaften von flammqespritzten, dispersionsverstärktem Platin.

Der elektrische Widerstand von dispersionsverstärktem Platin ist nachfolgend mit dem von reinem Platin und mit dem vom Standardtyp der 10 % Rhodium enthaltenden Platin-Legierung verglichen.

Material ! Elektrischer Widerstand bei

j 20° C ( u_:j2cm)

Flammgespritztes Platin (0.1% Zr) 11.6

Reines Platin aus üblichen Barren 10.59

10 % Rhodium enthaltendes Platin 19.43 aus üblichen Barren

Der spezifische Widerstand des dispersionsverstärkten Platins ist somit weniger als 10 % höher als der von reinem Platin. Diese Möglichkeit, die mechanischen Eigenschaften jeden gewünschten Metalles oder jeder gewünschten Legierung ohne merkliche Änderung deren elektrischer Eigenschaften zu verbessern, ist ein besonderer Vorteil der Dispersionsverstärkung, und es wurde gezeigt, daß etliche Widerstandslegierungen aus Edelmetallen mit erheblich verbesserten mechanischen Eigenschaften durch Flaranspritztechniken hergestellt werden können.

Da es mit zur Aufgabe der vorliegenden Erfindung gehört, bevorzugte Verwendungen für Metalle oder Legierungen anzugeben, die nach dem erfindungsgemäßefi^rn%^lätellt und mit einer dispergier-

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ten Phase versehen sind, werden nachfolgend einige Anwendungsmöglichkeiten oder Anwendungen für flammgespritztes, dispersionsverstärktes Metall genannt. _t

1. Gemäß der Erfindung hergestellte Baueinheiten, die hohen Spannungsbelastungen für lange Zeiten bei Temperaturen in der Nähe ihrer Schmelzpunkte widerstehen sollen.

2. Hie oben angegebene Körper, die aus Platin oder Platinlegierungen hergestellt sind.

3. Körper, die für die Verwendung zusammen mit geschmolzenem Glas bei hohen Temperaturen verwendbar sind.

4. Thermoelemente und andere Temperatur-Messeinrichtungen.

5. Elektrische Kontakte.

6. Dispers ionsverstärkte S über (federn und/oder Kontakte, bei denen das Material einen geringen elektrischen Widerstand haben muß, um starke elektrische Ströme übertragen zu können, wobei sie gleichzeitig einen geringen Elastizitätsmodul und eine hohe Elastizitätsgrenze aufweisen, damit sie tatsächlich als Feder wirken können, und wobei ferner die Verwendung von Edelmetallen für die Beibehaltung eines geringen Übergangswiderstandee wesentlich ist.

7. Goldlegierungsfedern, -kontakte, -Stromleiter wie oben angegeben.

8. Widerstands-Thermometer, die eine hohe mechanische Festigkeit bei hohen Temperaturen bei gleichzeitig hohem Temperaturkoeffizienten des Widerstandes aufweisen müssen, wobei raan üblicherweise auf reine Metalle angewiesen ist.

9. Katalysatorgewebe für hohe Temperaturen für die Oxydation von AÜoniak oder für andere Zwecke.

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10. Dispersionsverstärkte Palladium-Gold und andere Legierungen für Reservoirgewebe, die in Verbindung mit Salpetersäurenebeln verwendet werden.

11. Dispersionsverstärkte Edelmetalle für Schiebewiderstandsdrähte. Diese haben den Vorteil, daß die mechanischen Eigenschaften im wesentlichen verbessert werden bei nur geringem Verzicht auf gute elektrische Eigenschaften.

12. Dispersionsverstärkte Legierungen für Heizelemente, die auf Nickelchrom-Basis aufgebaut sind.

13. Dispersionsverstärkte Legierungen für Heizelemente, die auf Eisen-Chrom-Aluminium-Basis aufgebaut sind.

14. Dispersionsverstärkte Edelmetalle für Heizelemente, die zum Entzünden von Kohle und Naturgasen verwendet werden.

15. Dispersionsverstärkte.-Edelmetalle für Heizelemente, die in elektrischen Öfen verwendet werden.

16. Dispersionsverstärkte Diffusionsmembranen aus. Palladium.

17. Dispersionsverstärkte Diffusionsmembranen aus Silber-Palladium und anderen Palladium-Legierungen zur/Abtrennung und Reinigung von Wasserstoff. /

18. Dispersionsverstärktes Palladium und Palladium-Legierungen für Diffusionsmembranen, die für elektrolytische Abtrennung und Konzentration von Deuterium verwendet werden.

19. Dispersionsverstärktes Palladium und Palladium-Legierungen für Diffusionsmembranen, die für die Abtrennung und Konzentration von Deuterium in der Gasphase verwendet werden*

20. Schwer- und EdelmetailzUnddräht·, die in elektrischen Detonatoren und anderen Einrichtungen für die Auslösung von Explosionen verwendet werden.

21. Dispersionsverstärkte Schwermetalie und Edelmetalle und Legierungen für Spinndüsen, die für die Herstellung von synthetischen Fasern verwendet werden.

Die Untersuchungen, die zur vorliegenden Erfindung geführt haben, zeigen jedoch, daß die Lehre der Erfindung nicht nur die Edelmetalle einschließt, sondern daß sie auch für andere Metalle und Legierungen anwendbar ist. So können beispielsweise Beryllium-Kupfer und andere hochleistungsfähige Kupfer-Legierungen zu Barren gespritzt werden, wie es in der vorangehenden Beschreibung dargestellt ist. Darüber hinaus können hochlegierte Stähle unter kohlenstoffbildenden Bedingungen zerstäubt werden, so daß eine Auflage entsteht, die in feiner Verteilung die Carbide von Wolfram« Titan, Zirkonium oder Chrom enthält. .

Die Erfindung schließt ebenfalls Körper ein, sofern sie gemäß der Erfindung und dem beschriebenen Verfahren hergestellt sind. Die Körper können in Form von Blechen, Stangen oder Drähten vorliegen, die auch einen hohen Korrosionswiderstand haben.

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Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung dispersionsverstärkter Metalle oder Legierungen dadurch gekennzeichnet, daß ein geschmolzenes metallisches Grundmaterial und ein reaktiver Bestandteil versprüht und auf einen Auffangträger aufgespritzt werden, wobei wenigstens der reaktive Bestandteil durch eine Atmosphäre hindurchtritt, die bewirkt, daß der reaktive Bestandteil in ein Materal umgewandelt wird, das eine disperse Phase innerhalb des Grundmaterials bildet, wenn das genannte Grundmaterial auf den Auffangträger niedergeschlagen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daβ der Auffangträger gekühlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Auffangträger aus einem Material mit hoher Wärmekapazität verwendet wird. '

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekenn-, zeichnet, daß ein Auffangträger verwendet wird, der als Form ausgebildet ist, in deren Innenseite ein Barren von definierter Art gebildet werden kann.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet« daß der im als Form ausgebildeten Auffangträger niedergeschlagene Barren nach seiner Entfernung aus der Form einer nachfolgenden Bearbeitung und Fabrikation unterworfen wird.

b. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Herstellung dispersionsverstärkter Metall-oder Legierungsbarren, die für eine nachfolgende Bearbeitung zu einer gewünschten Form geeignet ist, gekennzeichnet durch die Anwendung der Verfahrensschritte Herstellen eines Ausgangsmaterials, das ein metallisches Grundmaterial und eine verhältnismäßig geringe Menge wenigstens eines Metalles höherer Reaktionsfreudigkeit gegenüber

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dem Grundmaterial enthält, Versprühen feinzerteilter geschmolzener Partikel des genannten Materials in Form eines Strahles durch eine Atmosphäre, die heftig mit dem genannten, reaktionsfreudigeren Bestandteil reagiert, um wenigstens eine stabile Metal!verbindung zu bilden, Ausrichtung des Sprühstrah-. les der geschmolzenen Partikel auf einen gekühlten Auffangträger für die Erzeugung eines Barrens darauf, Entnahme des genannten Barrens vom Auffangträger und Bearbeitung des genannten Barrens zu einem Stab, zu Draht, zu Blech, zu einem Block oder in eine schmiedbare Form.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Grundmaterial eine Legierung enthält, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte Zerstäuben einer Mischung von Metallpulvern, die die Bestandteile der Legierung darstellen, und Legieren der Metalle solange sie sich im geschmolzenen Zustand vor dem Auftreffen auf den Auffangträger befinden.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche gekennzeichnet durch die Anwendung einer Atmosphäre, bei der eine d isper gierte Phase des umgewandelten reaktiven Bestandteiles entsteht, die aus der Gruppe von Oxiden, Karbiden, Nitriden oder Sulfiden ausgewählt ist.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche gekennzeichnet durch die Anwendung eines Grundmaterials aus der Platingruppe und/oder einer Legierung, die wenigstens ein Metall dieser Gruppe enthält.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gek kennzeichnet, daβ die Zerstäubungstemperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Grundmaterials und unterhalb dee Schmelzpunktes eines Oxides oder einer anderen sich bei der Reaktion bildenden Verbindung des reaktionsfreudigeren Bestandteiles des Metalles oder der Legierung mit der umgebenden Atmosphäre liegt»

„Verwendung von Metallen, oder Legierungen, hergestellt nach ei~ ., , nem oder mehreren der Ansprüche t bis Io ale Bauteile, die ho-

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hen Spannungsbelastungen für lange Zeiten bei Temperaturen
in der Nähe ihrer Schmelzpunkte widerstehen.

12. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die
Körper aus Platin oder Platinlegierungen hergestellt sind.

13. Verwendung von Metallen oder Legierungen, hergestellt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 1-0, zusammen mit geschmolzenem Glas bei hohen Temperatüren.

14. Verwendung von Metallen oder Legierungen, hergestellt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, als Thermoelemente
und andere Temperatur-Meßeinrichtungen.

15. Verwendung von Metallen oder Legierungen, hergestellt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis lO, als elektrische Kontakte .

16. Verwendung von Metallen oder Legierungen, hergestellt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, als Federn und/oder
Kontakte, wobei diese Teile aus dispersionsverstärktem Silber
oder Gold oder Legierungen hiervon bestehen.

17. Verwendung von Metallen oder Legierungen, hergestellt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, als Widerstandsthermometer .

18. Verwendung von Metallen oder Legierungen, hergestellt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis lO, als Katalysatorgewebe für die Oxydation von Ammoniak oder ähnliche Zwecke bei hohen Temperaturen.

19. Verwendung von Metallen oder Legierungen, hergestellt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis Io, aus dispersionsverstärktem Palladium-Gold oder anderen Legierungen für Gewebe,
die in Verbindung mit Salpetersäurenebeln zur Anwendung gelangen.

20. Verwandung von Metallen oder Legierungen, hergestellt nach ei-

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nera oder mehreren der Ansprüche 1 bis lO, in Drahtform für
Widerstandsdrähte und Heizelemente.

21. Verwendung von Metallen oder Legierungen, hergestellt nach einem oder mehreren der Ansprüche .1 bis lO, als Diffusionsmembranen aus Palladium, Palladium-Silber oder anderen Palladiumlegierungen.

22. Verwendung von Metallen oder Legierungen, hergestellt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis lO, als Zünddrähte aus Schwer-und Edelmetallen für die Auslösung von Explosionen.

23. Verwendung von Metallen oder Legierungen, hergestellt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, als Spinndrüsen für die Herstellung von synthetischen Fasern.

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