DE2136405A1 - Verfahren zum Schutz von Grenzflächen - Google Patents

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Dr. rer. nah Horst Schüler PATENTANWALT

6 Frankfurt/Main 1, den 20. Juli 1971 NkMasfraBe 52 Dr .Mo . / Vt

Telefon JttSll) 237220 Postscheck-Konto: 282420 FranMurtM. Bank-Konto: 22ΚΏ389 Detutsdie Bank AG, Frankfurt/M.

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Ileher und bequemer, das geschmolzene Material mit den verstärkenden Eies chilis sera, zu gießen, aber die erhöhte Temperatur {und mögllchei-welse die größere Beweglichkeit des geschmolzenen JIetalles) erhöht die Reaktion Eilt den Armierungen In elnee unerträglichen Krad.

Auf einem anderen Gebiet wurde die «iahl der Materialien Tut SeIE preßwerfczeuge durch die Möglichkeit von Reaktionen zwischen der. Sferkzeugmaterlal und dea zu pressenden iferkstiick eingeschränkt, wobei nie Reaktionen die Oberfläche des Werkzeuges beeinträchtigen und die Oberfläche des Merkstückes verunreinigen-

Es wurde festgestellt, daJB> die Anwendung verstärkendes" Fasern, wie z. E. AluKlnlumoxldfasern oder SllIcIuiiiicarbldraseinrL Mit; einem dünnen kontinuierlichen Htoer&ug -won stabilen Oxiden _s wie s. B. ThorluiMoxid, Ceroxld oder Yttrlujmoxld, den Elnfeam solctei* ¥erstärknangen In (SrundEiassen erlaubt, Kit denen sie sonst ip. nachteiliger Weise reagieren wurden, ohne daß eine Reaktion erfolgt, so daß sie zur Festigkeit des zusaieaengesefc^teini ZE einen größeren Anteil Ihres theoretisch vorhersagfeareira beitragen. E)Ie Htoerssuge werden durch Zerstäuben, ^"ak ftang; oder thermische Zersetzung ¹JfOn ncetallorganlschen aufgebracht- Diese Wer fahren erzeugen dünne Cz. B-. 25 hä Cl all— krolnch]) glelchmialElge zusaiMienhängende homogene tlbersüge, die eine gute Haftung an den Fasern und an den Grundiiassem auifwlesen BIe itawemdumg von granulierten Substanzen, die angesintert; wer— dien, hat den llacfcfcell, daß die gesinterten Überslge nicht grlelefemäßig und momogem sind, sondern m©rKalerweIse zaislreicBie mS-gllche Spaltgrenzem zwischen Ihren einzelnen Kristallen hafeem; wmSL die Yerstärkiamgeia hatoen HOWESüLerwelse eine Dicke toe der SrroJS.eEEOE"ci— miang einiger tm {a few thousandths of an Inch), so daS> ein ge— sinterte!· FeststoffttltoerKug notwendigerweise eine foefcracfclfcllcStte Menge des tSfoerznagsüsateFläls hlimsufEigen würde, s© dal- selime Inme—

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SAD ORIGINAL

die hohen Temperaturen» die für das Sintern nötig sind, schädlich für die Pasern sein.

Der Schutz, der durch die erfindungsgemäßen Oxidüberzüge geschaffen ist, erlaubt ein Gießen des Grundmetalls, wobei die unerwünschten Reaktionen, die dies nach den bekannten Verfahren verboten, verhindert sind.

Es wurde gefunden, 'daß die oxidischen Überzüge (oder Grenzflächenbarrieren, um eine möglicherweise anschaulichere andere Be- | zeichnung zu verwende^),die beschrieben worden sind, ebenso keramische Formen wie z. B. Aluminiumoxid vor einer Reaktion mit heißen Materialien, die metallisches Nickel enthalten, schützen.

In ähnlicher Weise wurde gefunden, daß solch ein Überzug Molybdän und Wolfram vor einer Reaktion mit einer geschmolzenen Legierung schützt, die 80 % Nickel und 20 % Chrom enthält, ebenso vor Legierungen, die Kobalt als Hauptbestandteil enthalten.

Beispiel 1

Monokristalline Aluminiumoxidfasern wurden mit Yttriumoxid überzogen, durch Zerstäuben in Argon mit einer Radiofrequenz-Entladung (13j56 Megahertz) bei einer Spannung von etwa I5OO Volt. Kurze Stücke (bekannt als Drähtchen) wurden mehrere Male überzogen, wobei sie nach jeder Operation durcheinander gerührt wurden, um sicherzugehen, daß alle Seiten der Überzugsoperation ausgesetzt waren; im Gegensatz dazu wurden lange Fasern während nur einer Überzugsoperation rotieren gelassen, mit dem gleichen Ergebnis. Um eine gute Verbindung mit dem Grundmetall sicherzustellen, wurden danach die Fasern durch Zerstäuben mit Wolfram überzogen, worauf sie mit Nickel elektroplattiert wurden bis zu einer Dicke von 25 ^um (0,001 inches). Diese Fasern wurden dann in eine Legierung von 80 % Nickel und 20 % Chrom durch eine Diffusionsbindung im Vakuum bei 1200 ⁰C unter einem Druck bis zu 352 kg/cm² (5000 psi) eingebettet.

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Pasern, die aus einer solchen Zusammensetzung durch Wegätzen der Grundmasse freigelegt wurden, zeigen eine typische Zugfestig-

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keit von über 21 100 kg/cm (300 000 psi), während Pasern, die

in der Grundmasse ohne Anwendung des beschriebenen Überzugsverfahrens eingebettet sind, eine Zugfestigkeit zeigen, die unter 7030 kg/cm² (100 000 psi) liegt.

Beispiel 2

Siliciumcarbidfasern wurden, wie es in Beispiel 1 beschrieben ist, mit ähnlich nützlichen Ergebnissen überzogen.

Beispiel 3

Wolfram- und Molybdän-Pasern und -Drähte und ihre Legierungen (wie z. B. Molybdän mit Zusätzen von Titan und Zirkon zur Verhinderung einer Rekristallisation des Molybdäns,ferner Wolfram mit einem Zusatz von Thorium) können,wie in Beispiel 1 beschrieben, mit nützlichen Ergebnissen behandelt werden.

Beispiel h

Eine Legierung, die unter der Markenbezeichnung "Haynes Nr. I88" bekannt ist, und folgende Zusammensetzungen in Gew.-i? hat: -. Cr W Ni C Si Mn Fe La Co

22 Ik 22 0,08 0,2 0,75 1,5 0,08 Rest wurde als Grundmasse bei der Herstellung einer Diffusionsbindung entsprechend dem Beispiel 1 verwendet mit gleichermaßen guten Ergebnissen.

Beispiel 5

Molybdän-, Wolfram- und Aluminiumoxidfasern wurden in einer geschmolzenen Legierung von 80 % Nickel und 20 % Chrom gegossen, nachdem sie gemäß Beispiel 1 mit einem überzug versehen waren. Es ist bemerkenswert, daß Aluminiumoxidfasern gegenüber einem thermischen Schock etxvas empfindlich sind und nicht erfolgreich in dieser Legierung hart gegossen werden können, sondern langsam genug abgekühlt werden müssen, so daß sie mit der flüssigen

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Legierung für einen Zeitraum in der Größenordnung von 30 Sekun- den in Kontakt bleiben können, in welchem· Pail ein Schutz besonders wichtig ist. Vor dieser Erfindung wurden Versuche unternommen» Aluminiumoxidfasern mit einem überzug aus Wolfram zu überziehen (das das Benetzen fördert und der Paser einigen Schutz vor einer Wechselwirkung mit deia flüssigen Metall bietet), aber der MoIf ramüberzug überstand nicht den langen Zeitraum des Kontaks mit dem flüssigen Metall.

Es wurden Vergleiche zwischen dem Verhalten von unüberzogenen " Molybdändrähten und yttriumoxidüberzogenen Molybdändrähten angestellt, die bei 1200 C im Vakuum eine halbe Stunde heiß» in einer Grundmasse aus 80 % Nickel und 20 % Chrom gepreßt wurden. Metallographische Schnitte der Grenzflächen zwischen dem Draht und der Qrundmasse zeigten eine saubere G-renzfläehe zwischen dem überzogenen Draht und der Grundmasse, während der nicht überzogene Draht einen legierten Bereich auf der Oberfläche mit einer Dicke von ungefähr J Mikron zeigte.

Wenn solche Proben weiter in Masserstoff auf 1200 ⁰C erhitzt wurden, war die Grenze zwischen dem überzogenen Draht auch nach 100 Stunden eines solchen Erhitzens sauber,, während der legierte ä Bereich auf der Oberfläche des nicht überzogenen Drahtes an Ddcke wie folgt zunahm:

Zeit des Erhitzens Dicke des legierten Bereichs (Stunden) (micron)

IQ 20 ■

100 30

In ähnlicher Weise wurde ein Wolframdraht mit einer ursprünglichen Dicke von ungefähr 550 pm 10 Minuten lang in eine geschmolzene Legierung von 80 % Wickel und 20 % Chrom bei 1^50 C eingetaucht. Yttriumoxidüberz-ogene Drähte zeigten im metalle- * graphischen Schnitt keinen Hinweis für einen Angriff, während der Durchmesser des unüberzogenen Drahtes durch Auflösen in der

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Grundmasse auf ungefähr 250 pm verringert wurde; mit anderen Warten, ungefähr 3/H seiner Masse wurden aufgelöst. Unüberzogene Molybdändrähte lösten sich vollständig auf, während überzogene Drähte unbeeinflußt blieben.

Während die Bildungswärmen der Oxide, Ceroxid» Hafniumoxid, Lanthanoxid, Thoriumoxid und Yttriumoxid genügend hoch sind, um sie stabil und erfindungsgemäß verwendbar zu machen, wie es sich durch Tests ergab, erscheint Thoriumoxid durch seine potentielle Radioaktivität (und seine höhere Dichte) weniger erwünscht als die übrigen Oxide. Für die meisten Anwendungen wird Yttriumoxid bevorzugt.

Beispiel 6

Heißpreßwerkzeuge, hergestellt aus Aluminiumoxid und Molybdän, wurden durch Zerstäuben mit Yttriumoxid überzogen. So behandelte Werkzeuge trennen sich leicht von dem fertiggestellten Werkstück und zeigen keine Zeichen eines chemischen Angriffs, wenn sie zum Heißpressen eines Merkstückes aus einer Legierung, bestehend aus 80 % Nickel und 20 % Chrom, bei bis zu l400 G verwendet werden. Der Oxidüberzug wird vorzugsweise nach jeder Operation erneuert, weil er gewöhnlich - zumindest teilweise - während des Entfernens des Werkstücks beseitigt wird.

Früher reagierten unüberzogene Werkzeuge so heftig mit dem Material des Werkstückes, daß das fertiggestellte Werkstück bei einigen Versuchen, es aus der Form zu nehmen, an welches es durch unerwünschte Reaktionen gebunden war, tatsächlich zerstört wurde.

Veröffentlichungen,, die Verfahren zur Abscheidung von Oxiden der interessierenden Gruppe durch Zersetzung von metallorganischen Verbindungen des Metalls offenbaren, sind in den folgenden Büchern beschrieben:

"Special Ceramics"» herausgegeben durch P. Popper, Academic Press, Ifew York, 1965, ein Beitrag von K.S. Mazdiyasni und CT. Lynch

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"The Preparation of Alkoxides of Some Transition and Rare Earth Metals and the Formation of Powders and Coatings of Ultra-High Purity Zirconia".

"Decomposition of Organo Metallic Compounds to Refractory Ceramics, Metals and Metal Alloys", herausgegeben durch K. S. Maz^di yasni, University of Dayton Press, Dayton, Ohio, 1968, ein Beitrag von M. Koch "Preparation of Large Quantities of Alkoxides and Their Decomposition to High Purity Submicron Refractory Oxides".

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Claims (5)

1. - 8 Ansprüche

   Verfahren zum Schutz eines Pestkörpers vor einer Reaktion mit einem Metall, ausgewählt aus Chrom, Kobalt und Nickel, mit denen er reagieren kann, wenn er mit ihnen in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß man an der Grenzfläche zwischen dem genannten Pestkörper und dem genannten Metall eine gleichmäßige kontinuierliche homogene Schicht eines Oxides schafft, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Yttriumoxid, Ceroxid, Hafniumoxid, Lanthanoxid und Thoriumoxid.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Pestkörper Aluminiumoxid ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Festkörper Siliciumcarbid ist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der genannte Pestkörper metallisches Wolfram als Hauptbestandteil enthält.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der genannte Pestkörper metallisches Molybdän als Hauptbestandteil enthält.

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