DE2003161C - Verfahren zur Herstellung eines Edelmetallwerkstoffes - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- tigtea Apparatelell od. dgl. wird, unter der Vorauslung eines Edelmetallwerkstoffes aus Platin, das mo- setzung, daß die zulegierten Bestandteile nicht be· dlflziert, d.h. in bestimmter Weise vorbehandelt 1st. reite vor dem Gebrauch durch thermische Behandlung Das Verfahren betrifft die Herstellung warmfester wieder entfernt sind, wiihrend des Einsatzes zunUchst und korrosionsbeständiger Platinhalbzeuge oder 5 einen mehr oder weniger großen Gewichtsverlust er- -bautetle für die Verwendung bei Temperaturen ober- leiden, so lange bis das bzw. die zulegierten Metalle halb 1000° C. ganz oder bis auf einen geringen Rest wieder entfernt

Platin und Platinlegierungen finden in der Ver- sind. Für viele Zwecke kann die thermische Behandfahrenstechnik besonders dort Anwendung, wo ex- lung vor dem Gebrauch entfallen, immer dann, wenn trem hohe Temperaturen und/oder stark korrosiv io das in geringer Menge aus dem Platin heraus diffunwirkende Bedingungen durch aggressive Schmelzen, dierende zulegierte Metall keine störende Verun-Gase oder Flüssigkeiten auftreten. Bei tieferen Tem- reinigung verursacht.

peruturen bis etwa 800 bis 900° C kann der kost- Von dem Zeitpunkt an, an welchem die zulegierten spielige Platinwerkstoff häufig durch Edelstahllegie- Bestandteile ganz oder nahezu ganz entfernt sind, rungen ersetzt werden. Oberhalb etwa 1000° C ist 15 ist der Werkstoff bzw. die daraus gefertigten Teile man jedoch nahezu ausschließlich auf Platin ange- bei unverändert hoher Warmzugfestigkeit und Erowiesen, sionsbeständigkeit in einem bisher nicht erreichten

Reines Platin weist bei den angegebenen Tempe- Maße betriebsfähig. Obgleich auf Grund der Zuraturen eine relativ geringe Warmzugfestigkeit auf sammensetzung praktisch reines Platin vorliegt, er-Man ist deshalb dazu übergegangen, dem Platin bis ao geben sich Zeitstandfestigkeitswerte wie bei den aus zu 3U üewichts-Anteile anderer Legierungsclcmcnte Platin-Rhodium gefertigten Speziallegierungen.
zuzusetzen, wodurch zwar die Zugfestigkeitswerte der Dem Platin werden das bzw. die weiteren Metalle

Legierung gegenüber denen des reinen Platins erhöht bevorzugt bei im wesentlichen erhaltenem Kristallwerden, jedoch die Korrosionsbeständigkeit gegen- gitteraufbau zulegiert. Hierunter sollen auch die urüber reinem Platin oft erheblich absinkt. 25 sprünglich in dem Platinwirtsgitter vorhandenen Fehl-

Bisher konnten nur wenige Elemente gefunden stellen bzw. Gitterstörungen verstanden werden, werden, die auch bei höchsten Beanspruchungen, welche vermutlich durch die thermische Entfernung z. B. bei der Einwirkung von Silikat-Schmelzen im der Legierungsbestandteile stabilisiert werden. Nach Bereich zwischen etwa 1200 und 1500⁰C und höher der Entfernung der zulegierten Bestandteile bleibt noch eine hinreichende Warmzugfestigkeit aufweisen. 30 die Raumform des Werkstoffs bzw. eines aus dem Es kommt hier im wesentlichen nur Rhodium in Werkstoff gefertigten Formteiles in der Regel erBetracht, welches dem Platin bis zu etwa 30 Ge- halten.

wichtsprozent zulegiert wird. Werkzeuge und Vor- Optimale Ergebnisse erzielt man mit Nickel als

richtungsleile aus solchen Platin-Rhodium-Legierun- Legierungsbestandteil, das bis zu etwa 15 Gewichtsgen sind zwar äußerst kostspielig, finden aber viel- 35 prozent zulegiert werden kann. Man wird in der fache Anwendung und haben eine relativ hohe Regel etwa 5 bis 10 Gewicht prozent Nickel zusetzen, Lebensdauer. Trotzdem muß man auch hier wegen während in Spezialfällen auch einmal höhere Nickelder zwar langsamen, aber stetigen Gewichtsabnahme gehalte angebracht sein können,
der Apparateteile mit einem dauernden Schwund der Die zulegierten Bestandteile werden dem Platin

kostspieligen Rohstoffe rechnen. 40 durch thermische Diffusion vorzugsweise zu mehr als

Es ist auch schon versucht worden, den kost- 5O°/o der ursprünglich zulegierten Menge wieder spieligen Platin-Rhodium-Edelmetallwerkstoff durch entzogen. Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß andere Platinlegierungen mit billigeren Bestandteilen, diese Entziehung bevorzugt während des Gebrauchs z. B. Eisen, zu ersetzen. Es zeigte sich aber, daß die erfolgt, sofern geringe Verunreinigungen nicht stö-Korrosionsbeständigkeit des Platins durch Zulegieren 45 rend sind. Der Gehalt an zulegierten Bestandteilen von z. B. Eisen derart herabgesetzt wurde, daß Platin- sinkt dabei meist bis auf wenige Prozente ab. Der Eisen-Legierungen unter extremen Betriebsbedingun- zurückbleibende modifizierte Platinwerkstoff zeigt gen zu einer so starken und anhaltenden Verarmung stets die sehr hohen Zeitstandfestigkeitswerte und an dem unedlen Legierungselement neigen, daß deren insbesondere bei reinem Platin nicht erreichte Warm-Verwendung in der Praxis nicht in Frage kommt. Es 50 zugfestigkeitswerte.

ist bezeichnend, daß in der Fachliteratur zwar teil- Aus einer Platinlegierung mit etwa 5 Gewichtsproweise Warmfestigkeitswerte für solche Legierungen zent Nickel gefertigte Apparateteile sind z. B. noch angegeben werden, die für den verfahrenstechnischen nach etwa 2000-stündigem Betrieb bei Tempera-Gebrauch wichtigeren Zeitstandfestigkeitswerte je- türen von etwa 1400° bis 1500° C und unter Einwirdoch fehlen. 55 kung stark korrodierender Silikat-Schmelzen bestän-

Erfindungsgemaß wird nun ein Verfahren zur Her- dig. Sie weisen selbst bei über 3500 Stunden Betriebsstellung warmfester und korrosionsbeständiger Pia- dauer keine Risse oder sonstige mechanische Beschätinhalbzeuge ode? -bauteile für die Verwendung bei digungen auf. Der Nickelgehalt der Platinlegierung Temperaturen oberhalb 1000° C vorgeschlagen, wel- sinkt während des Betriebes kontinuierlich bis auf ches dadurch gekennzeichnet ist, daß dem Platin 60 etwa 1%> der ursprünglich zugesetzten Menge ab. mindestens ein Metall aus der Gruppe Nickel, Mo- Hierbei bleibt die hohe Warmfestigkeit und auch lybdän, Vanadium, Kobalt, Kupfer, Chrom, Mangan die äußere Gestalt des Teiles erhalten, obwohl der und Eisen zulegiert und dieses Zusatzmetall bzw. Werkstoff nach der angegebenen Zeit fast nur aus diese Zusatzmetalle vor oder während des Gebrauchs reinem Platin besteht. Dieser Befund ist insofern des Bauteiles ganz oder teilweise durch thermische 65 überraschend, als gleiche Formteile, die aus reinem Behandlung wieder entfernt werden. Platin bestehen, das von Anfang an eine Zusammen-

Ein aus dem erfindungsgemäß zusammengesetzten setzung aufwies, die chemisch mit der vorstehend Edelmetallwerkstoff aus modifiziertem Platin gefer- erwähnten Endzusammensetzung der vorbehandelten

Flntinteilo im wesentlichen Übereinstimmt, 'unter gleichen Betriebsbedingungen und den gleichen Beanspruchungen nur eine unzureichende Lebensdauer und eine nur mangelhafte FormstabllltUt bei Betriebsbedingungen zeigen. Die verbesserten Eigenschaften dos erflndungsgemüß vorgeschlagenen modifizierten Platins stellen sich dagegen immer ein, wenn das Platin vor dem Gebrauch In der beschriebenen Welse legiert wurde und die Bestandteile thermisch wieder entfernt sind, wobei es gleichgültig ist, ob die thermische Entfernung während des Gebrauchs oder vorher in einem gesonderten Arbeitsgang erfolgt ist. Lediglich aus Wirtschaftlichkeitsgrlinden wird man in der Regel die Entfernung während des praktischen Einsatzes vorziehen, sofern keine Verunreinigung des verarbeiteten Gutes zu befürchten ist. Möglicherweise ist die sonst nicht erreichbare Formbestündigkeit und Widerstandsfähigkeit der aus dem erfindungsgemäßen Edelmetallwerkstoff gefertigten Apparateteile durch eine durch die Verarmung an zulegierten Bestandteilen, vorzugsweise Nickel, verursachte Fehlstellenbildung hervorgerufen,'> die bei reinem Platinwerkstoff einer vergleichbaren Zusammensetzung nicht besteht.

Weitere zweckmäßige geeignete Legierungsbestandteile lassen sich jeweils durch Vorversuche ermitteln und sollten dem Verwendungszweck angepaßt werden. Vorzugsweise finden Molybdän, Vanadium, Kobalt, Kupfer, Chrom, Mangan und/oder Eisen Anwendung. Es kommen weiterhin Edelmetalle wie Silber, Gold, Osmium und/oder Ruthenium in Frage, die dann ebenfalls in der beschriebenen Weise zumindest teilweise wieder thermisch entfernt werden müssen. Dieser Vorgang wird unabhängig von der Natur des zulegierten Metalles soweit durchgeführt, bis mehr als 50% der ursprünglich zulegierten Menge wieder entfernt ist.

Der mengenmäßige Anteil zulegiertcr Bestandteile wird ebenfalls zweckmäßig durch Vorversuche ermittelt. Je nach den späteren Betriebsbedingungen kann es sich empfehlen, mehr oder weniger Fremdbestandteile zuzulegieren. Obgleich in der Regel bis zu etwa 10 bis 15 Gewichtsprozent ausreichen, kann in Abhängigkeit von dem Zweitmetall oder den Arbeitsbedingungen eine größere oder auch kleinere Menge angewandt werden.

Bei Beachtung des erfindungsgemäßen Prinzips lassen sich, jeweils der speziellen anwendungstechnischen Verwendung angepaßt, stets geeignete Metalle oder sonstige Legierungsbestandteile ermitteln. Vorzugsweise werden diese Legierungsbestandteile in den vorliegenden Kristallgitteraufbau bzw. die Fehlstellenordnungen des Wirtsgitters so eingebaut, daß diese im wesentlichen erhalten bleibt. Die Atomvolumina geeigneter Legierungsbestandteile liegen in der Regel zwischen etwa 5 und 10 cnvVg-Atom. Diese Atomvolumina allein sind jedoch kein Kriterium für geeignete Legierungsbestandteile. So ist beispielsweise das in den arigegebenen Bereich fallende Bor (4,6 cm³/g-Atom) und Aluminium (10,0 cm'Vg-Atom) wegen der ungünstigen Beeinflussung des Schmelzpunktes der Platinlegierung nicht geeignet. Derartige Legierungen kommen allenfalls für Spezialzwecke, z. B. das Arbeiten mit basi-

5- sehen oder neutralen anorganischen Schmelzen in Betracht, weil in diesem Falle durch partielle Qxyr dation des Aluminiums zu A1_SO„ die Warmfestigkeitswerte der Legierung wieder günstig beeinflußt werden.

ίο Das erfindungsgemilß vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung eines Edelmetallwerkstoffs ermöglicht die Verwendung nahezu aus reinem Platin bestehender Teile bei extremen Bedingungen unter Erzielung bei reinem Platin.nicht erzielbarer ZeH-standfestigkeitswerte. Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die zulugierten Bestandteile, z. B. das Nickel, in der Regel während des Einsatzes im Betrieb thermisch wieder entfernt werden können. Dieses Vorgehen ist grundsätzlich in allen Fällen

ao möglich, in denen das in geringer Menge heraus diffundierende Nickel nicht schädlich ist. Bei hochempfindlichen Schmelzen, Oasen od. dgl. wird man jedoch das Nickel nahezu vollständig vor dem Gebrauch entfernen, so daß hier von vornherein nur der modifizierte Platinwerkstoff mit den verbesserten Gebrauchseigenschaften bei Betriebsbedingungen vorliegt.

Wegen der gegenüber reinem Platin erheblich verbesserten Gebrauchseigenschaften wird man den eifindungsgemäß hergestellten Edclmetajlwerkstoii nicht nur für verfahrenstechnische Anwendungszwecke im Großen einsetzen, sondern auch für Laboratoriumsgeräte beliebiger Art, immer dann, wenn die beschriebenen extremen Betriebsbedingungen vorliegen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung warmfester und korrosionsbeständiger Platinhalbzeugc oder -bauteile für die Verwendung bei Temperaluren oberhalb 1000' C, dadurch gekennzeichnet, daß dem Platin mindestens ein Metall aus der Gruppe Nickel, Molybdän, Vanadium, Kobalt, Kupfer, Chrom, Mangan und Eisen zulegiert und dieses Zusatzmetall bzw. diese Zusatzmetalle vor oder während des Gebrauchs des Bauteiles ganz oder teilweise durch thermische Behandlung wieder entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Platin das oder die Zusatzmetalle bei im wesentlichen erhaltenem Kristallgitteraufbau zulegiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Platin 5 bis 10, gegebenenfalls bis zu 15"/β Nickel zulegiert werden.

4. Verfahren nach Anspruch I. 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zulegierten Bestandteile thermisch zu mehr als 50⁰/o der ursprünglichen Menge wieder entfernt werden.