DE2140916C3 - Anwendung eines Verfahrens zur Herstellung eines Metallgegenstandes - Google Patents
Anwendung eines Verfahrens zur Herstellung eines MetallgegenstandesInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Anwendung des Verfahrens zur Herstellung eines Metallgegenstandes
durch Spritzen eines Metalls oder einer Legierung auf eine gekühlte Unterlage, auf der sich eine
zusammenhängende Ablagerung bildet, die anschließend von der Unterlage abgelöst, geglüht und mechanisch
weiterverarbeitet wird.
Die Erfindung besteht in der Anwendung dieses -o
Verfahrens aus Metalle der Platingruppe und Legierungen dieser Metaiie.
Metallgegenstände werden ül^cherweise aus
Blöcken hergestellt, die aus geschmolzenem Metall oder aus Legierungen gegossen wort'in sind. Wenn ,-5
die Metalle oder Legierungskomponenten in geschmolzenem Zustand wechselseitig unlöslich sind oder wenn
die Schmelzpunkte dieser Materialien so hoch sind, daß der Schmelzvorgang in aus konventionellen Materialien
hergestellten Schmelztiegeln nicht möglich ist, dann greift man gerne auf die Pulvermetallurgie
zurück. Wird die Pulvermetallurgie angewandt, so werden feinverteilte Pulver der Metalle und/oder Legierungen
zusammengemischt und zu einem Preßkörper - einem teilweise kohärenten Block - verformt; 4-,
anschließend wird der Preßkörper durch Sintern und Bearbeiten verdichtet. Die Pulvermetallurgie ist jedoch
ein kostspieliges Verfahren. Die puiverförmigen Metalle und Legierungen kosten gewöhnlich erheblich
mehr als die massiven Metaiie, und das Pressen, das Sintern und das Bearbeiten sind nicht nur zeitraubend,
sondern bedingen auch den Gebrauch teurer und häufig komplizierter Geräte. Aus diesem Grund wird
die Mehrheit der in der metallurgischen Industrie erzeugten Blöcke hergestellt, indem man konventio- γ,
nelle Schmelz- und Gießtechniken anwendet, obwohl man allgemein weiß, daß die so hergestellten Blöcke
oft viel zu wünschen übrig lassen.
Die mit konventionellen Schmelz- und Gießtechniken hergestellten Blöcke haben eine Anzahl Mangel, ho
zu denen die Bildung von Hohlräumen. Seigerung, umgekehrte Blockseigerung, Verunreinigungsscigcrung,
Überkorngröße, Schrumpfdefekte und Gasfehlcr gehören.
Blöcke, die die oben aufgezählten Mangel nicht hi
aufweisen sollen, werden gewöhnlich durch die Pulvermetallurgie hergestellt. Wie oben schon angedeutet,
machen jedoch die relativ hohen Preise der Metalle und Legierungen in Pulverform die Kosten der durch
die Pulvermetallurgie hergestellten Blöcke sehr hoch und unwirtschaftlich.
Ein wesentlich wirtschaftlicheres, aber auch die Vorteile aus der Pulvermetallurgie aufweisendes Verfahren
ist das eingangs erwähnte Spritzverfahren. Dieses Verfahren wurde bereits gemäß der DT-OS 20 43 882
zur Herstellung von Stahlgußblöcken aus unberuhigtetn StahJ angewendet Das Metall wird in Tröpf&ieriform
auf eine Unterlage aufgespritzt, auf der die Tröpfchen miteinander zu einem dichten Stahlblock verschmelzen.
Nach dem Erstarren wird der Block warm verformt.
Auch ist es bekannt, das Spritzverfahren zur Hersteilung
von Metallstreifen anzuwenden. In einer Veröffentlichung von Singer aus der Zeitschrift »Metals
and Materials«, Juni 1970, S. 246, ist eine derartige Anwendung beschrieben, bei der das Metall in mehreren
Lagen auf eine Walzenrolle gespritzt wird. Hierbei treffen die Tröpfchen mit einer Temperatur nahe
der Solidustemperatur auf die Unterlage auf. flachen ab und bilden rasch eine stark zusammenhängende
Schicht, bei der sich zwischen den einzelnen Lagen Oxydhäute bilden. Die so hergestellte Metallschicht
wird mit der Rolle durch eine Walze geführt. Es wurde nun gefunden, daß das Verfahren besonders geeignet
ist, wenn es erfindungsgemäß zur Herstellung metallischer Gegenstände aus Platin und anderen zur
Platingruppe gehörenden Metallen angewendet wird. Eine Prüfung von Mikrofotografien eines nach der
Erfindung hergestellten Gegenstandes zeigte, daß die Mehrheit der Tröpfchen ihre Identität behielt und
daß metallurgische Veränderungen in linearer Dimension auf die Durchmesser der Tröpfchen beschränkt
waren.
Das Verfahren nach der Erfindung weist eine Anzahl von Vorteilen auf:
1. Wegen der relativ schnellen Abkühlung des gespritzten Platin-Metalls werden jegliche Seigerungseffekte
innerhalb des Gegenstandes fein verteilt.
2. Die Grundkorngröße wird auf das Volumen der individuellen Tröpfchen beschränkt. Die Tröpfchen
»flachen aus« beim Auftreflen auf die Unterlage oder auf vorher erstarrte Tröpfchen, so daß
der so geformte Gegenstand oder Block eine bevorzugte Orientierung in einer Richtung aufweist,
bevor irgendeine Bearbeitung ausgeführt wird.
3. Wegen des Einschlusses von adsorbiertem oder gelöstem Gas an der Zwischenfläche zwischen
erstarrten Tröpfchen innerhalb des Blocks zeigen uie Korngrenzen des auf diese Weise hergestellten
Materials eine erstaunliche Widerstandsfähigkeit gegen Korngrenzenwanderung. Schnelles Kornwachstum
beim Glühen ist nicht so offensichtlich, wie es bei Materialien von konventionell gegossenen
Blöcken sein würde.
4. Wegen seiner stabilen Korngrenzen ist das gespritzte Material eher härter und fester als konventionelles
Material sowohl bei Raum= als auch bei erhöhten Temperaturen. Diese Verbesserung
wird ohne Verlust anderer Eigenschaften, wie beispielsweise elektrische Leitfähigkeit, Temperaturkoeffizient
des Widerstandes und Korrosionswiderstandsfahigkeit,
erzielt.
5. Schrumpfdefekte und Gasfehler in Blöcken können weitgehendst beseitigt werden.
Die Erfindung wird nun an vier Beispielen beschrieben:
Zwei 15 Unzen schwere Blöcke aus einer Legierung aus 49% Platin, 50% Gold und 1 % Rhodium wurden
durch Schmelzen in AI2O3-Tiegeln und Gießen in einer
schweren Kupferform vorbereitet, um schnelle Erstarrung
zu sichern. Ein Block wurde kaltgeschmiedet, zu einer quadratischen Stange heruntergewalzt und
schließlich zu einem Draht von 1 mm Durchmesser gezogen. Dieser Draht wurde dann in eine Flammspritzanlage
gebracht, welche eine SauerstolT-Äthin-Flamme
umfaßt, und mit hoher Geschwindigkeit in eine schwere Kaltgießform gespritzt, um einen Block
mit einem 1,905 cm breiten und 1,27 cm dicken Querschnitt herzustellen, der vergleichbar mit dem ursprünglich
gegossenen Block war. Der andere Block wurde für Vergleichszwecke zurückbehalten. Bei einem
Vergleichstest von flammgespritzten Materialien und konventionell gegossenen Blöcken wurden folgende
Resultate ermittelt:
GuUblock
Flamm-
gespritzter
Block Der Draht wurde mit einer Aufprallgeschwindigkeji,
die höher als 6000 cm/sec (220 km/h) war, aufgespritzt, um einen in Form und Größe mit dem ursprünglichen
vergleichbaren Block herzustellen. Ein Vergleich zwischen den gegossenen und den flammgespritzten
Blöcken ergab die folgenden Resultate:
Dichte (g/cm3 bei 20 C) 19,94 17,14
Mittlere Märte Hv 182 182
Max. Märte im Mittel 27 31
Max. Märte im Mittel 27 31
Effektive Härteänderung 22,4 25,1
Korngröße mm Vgl. Fig. I Vgl. Fig. 2 Mittlere Größe der
Platindendrite
Platindendrite
Nach der Homogenisierung wurden beide Blöcke zu Blech gewalzt, für das die folgenden Werte ermittelt
wurden:
Blech aus dem
Gußblock flarrimgespritztcn
Block
Dichte (g/cm3 bei 20 C) 20,09 20,16
Mittlere Härte nach dem 156 200
Abschrecken nach einem
Glühen während 1 Stunde
bei 1200 C, //„
Glühen während 1 Stunde
bei 1200 C, //„
Effektive Härteänderung 20,1 0,82
bei Abschrecken nach
1 Stunde auf 1200 C
1 Stunde auf 1200 C
Härteänderung bei Warm- 279 302
iiuslagcrung während
4 Stunden bei 600X7/,.
4 Stunden bei 600X7/,.
Zwei 15 Unzen schwere Blöcke aus reinem Platin wurden durch Schmelzen in AI2OrTiegeln und Gießen
in schwere Kupfer-Blockformen hergestellt, um schnelle Kühlung zu sichern.
Ein Block wurde zu einem Draht mit I mm Durchmesser reduziert, der andere für Bezugszwecke zurückbehalten.
GuUblock
Mamm-
gespnl/.ler
Block
Dichte, g/cm3
Härte, H,
Härte, H,
21,45
40,45
40,45
20,2 62
Das durch das Herunlerwalzen der beiden Blöcke erhaltene Blech wurde geglüht, und es wurden die
folgenden Resultate ermittelt:
Blech aus dem
GuUblock llamm-
gesprit/len Block
Dichte, g/cm3 21,45
Korngröße nach 0,13 mnr
1 Stunde Glühen
i„ bei 800 C
Korngröße nach
Ί Stunde Glühen
bei 1000 C
i„ bei 800 C
Korngröße nach
Ί Stunde Glühen
bei 1000 C
Korngröße nach
!) I Stunde Glühen
bei 1400 C
!) I Stunde Glühen
bei 1400 C
Härte nach 40
I Stunde Glühen
.,„ bei 1400 C, H1.
.,„ bei 1400 C, H1.
Zugfestigkeit nach 6.4516
I Stunde Glühen
bei 1400 C, KN/mnr
bei 1400 C, KN/mnr
21.38 0,14 mm·
0,16 mm' 0,12 mm"
0,16 mm3 0,12 mrrr
48
6.3226
Bruchtests mit Blechprobcn unter Beanspruchung zeigten, daß konventionell hergestelltes Material 7:
bis 1 Stunde bei 1400 C in Luft unter einer Zugbeanspruchung von 4,9 N/mm2 hielt. Von flammgespritzten
Blöcken erhaltenes Material hielt 25 bis 60 Stunden bei Tests unter den gleichen Bedingungen.
Es wurde gefunden, daß Drahtproben von flamm·· gespritzten Blöcken in Luft weniger schnell an Gewicht
verloren als die konventionell hergestellten Platindrähtc. Bei i400 C in einer Konvektionsluftströmung
verloren die flammgespritztcn Drähte Platin mit der Geschwindigkeit von 2,21 · 10 'g/cm2 pro Stunde,
wohingegen der entsprechende Wert für konventionell gegossene Drähte annähernd 5% höher lag.
Ei η 20 Unzen schwerer Satz aus Platin hoher Reinheit (Thermoelemcntqualitüt), hergestellt aus ein:m konventionell
gegossenen Block, wurde in Form eines Drahtes von 0,1587 cm 0 hergestellt, von dem die
Hälfte gespritzt wurde, um einen annähernd 7,6 cm langen, 1,9 cm breiten und 0.3 cm hohen Block herzustellen.
Der llammgespritzte Block und der verbleibende Teil des ursnrünelichcn Miiteriiik wurden /ii
einem Draht von 0,1 cm Durchmesser reduziert. Dis
llochtemperaturfcsligkcit und die thcrmoelektrischcn
Eigenschaften der beiden Drähte wurden dann verglichen: es ergaben sich die folgenden Resultate:
Draht aus dom
(iullhlock flamm-
gcsprit/len !!lock
Beständigkeit unter 0.5 bis 1 2.5 bis 7
einer Belastung von
4,9 N/mm2 bei 1400 C
(Stunden)
4,9 N/mm2 bei 1400 C
(Stunden)
FLM. K. gegen -8 -Il
»Platin 27« beim
Goldpunkt (;aV)
Goldpunkt (;aV)
Der gespritzte Draht hatte also eine stark verbesserte
Widerstandsfähigkeit gegen Beanspruchung bei hohen Temperaturen gegenüber dem Draht aus einem Gußblock.
Der gespritzte Draht war auch widerstandsfähiger gegen Kornwachstum bei hohen Temperaturen.
Die erhöhte negative thermische elektromotorische Kraft gegenüber reinem Platin ergibt eine sehr empfindliche
Reinheitsanzeige. Generell wird Platin durch Verunreinigungen thermoelektrisch positiv gegenüber
reinem Metall. »Platin 27« ist das vom U. S. National Bureau of Standards hergestellte Standardthermometerplatin,
mit dem alle Platinarten von Thermoelemcntqualität gradmäßig auf internationaler Basis
verglichen werden. Der Draht aus dem Gußblock war daher reiner als »Platin 27«, und diese Reinheit
wurde durch das Aufspritzen noch weiter verbessert. Diese Reinigung ist offensichtlich mit der Entfernung
von gelösten Basismetallen in der Form unlöslicher Oxide verbunden.
Einige Tantalbleche (10,1cm breit sowie 30,5 cm
lang und 1,3 cm dick) wurden anodisch in einer 10%igen Lösung von Fluorwasserstoffsäure gesäubert, schnell
in destilliertem Wasser gewaschen und danach getrocknet. Alle offenliegenden Oberflächen wurden
dann gesäubert, indem man sie einem Gebläsestrom von AliOi-Körnchen unierzog: anschließend wurde
das Platin gespritzt und ein einheitlicher Oberflächenüberzug von annähernd 0.1 J cm Dicke erzeugt.
Das zusammengesetzte Blech wurde durch KaItwalzen in seiner Dicke um 50% reduziert, bevor es
eine halbe Stunde lang bei 700 C im Vakuum geglüht wurde. Das Kaltwalzen wurde dann fortgesetzt, bis
ein plattiertes Blech von 10,2 cm Breite sowie 183 cm
Länge und annähernd 0.25 cm Dicke entstanden war.
Aus diesem Blech wurden Tanlalelcktroden hergestellt. Diese F.lcktrodcn wurden als unlösliche Anoden
in einigen spezialisierten Elektrolysen und zum kathodischen
Schulz von Stahlleilen fur den Schiffsbau
benutzt.
Nach der Erfindung hergestellte Werkstoffe können für Spinndüsen und andere Geräte für die Glasfascr-
und Synthesefaser-Industrie Verwendung finden. In solchen lallen unterstützt die freie Korngröße des
Werkstollcs die Widerstandsfähigkeit des Gerätes gegen Erosion durch geschmolzenes Glas und durch
geschmolzene synthetische Fasern.
Die nach der Erfindung hergestellten Werkstoffe eignen sich hervorragend für katalytische Zwecke, wo
hohe Obcrflächenaktivität an der Oberfläche des Materials durch ein feines, stabiles Korn begünstigt wird.
Zum Beispiel kann so hergestelltes Material bei der Herstellung von Platinlcgicrungs-Gazen für die katalytische
Oxidation von Ammoniak zu Salpetersäure benutzt werden oder bei der Herstellung von Zündröhren
für Gasturbinenmotoren und von Heizdrähten zum Anzünden von Kohle und Erdgasbrennern.
Andere Anwendungsgebiete sind Dauermagnete, elektrische Kontakte, Thermoelemente und Widerstandsthermometer,
elektrische Heizdrähte und Schaltelemente.
In einigen lallen kann es notwendig sein, eine in
passender Entfernung von der Unterlage angeordnete Maske zu benutzen, so daß eine gut abgegrenzte
Ablagerung auf der Linterlage aufgebaut oder hergestellt wird; dadurch werden komplizierende Auswirkungen
von Gasen beispielsweise bei einer konkaven Unterlage verringert.
In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 das Mikrogefüge einer konventionell gegossenen Au-Rh-Pt-Legierung.
während Fig. 2 das Mikrogefüge einer durch Flammspritzen
hergestellten Au-Ph-Pt-Legierung zeigt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Anwendung des Verfahrens zur Herstellung eines Metallgegenstandes durch Spritzen eines Me- ί
tails oder einer Legierung auf eine gekühlte Unterlage, auf der sich eine zusammenhängende Ablagerung
bildet, die anschließend von der Unterlage abgelöst, geglüht und mechanisch weiterverarbeitet
wird, auf Metalle der Platingruppe und Legierungen dieser Metalle.
2. Anwendung nach Anspruch 1 auf flammgespritzte Metalle der Platingruppe und Legierungen
dieser Metalle.
3. Anwendung nach Anspruch 1 auf plasmagespritzte
Metalle der Platingruppe und Legierungen dieser Metalle.
4. Anwendung nach einem der Ansprüche 1-3 unter Benutzung einer Unterlage aus Tantal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712140916 DE2140916C3 (de) | 1971-08-16 | 1971-08-16 | Anwendung eines Verfahrens zur Herstellung eines Metallgegenstandes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712140916 DE2140916C3 (de) | 1971-08-16 | 1971-08-16 | Anwendung eines Verfahrens zur Herstellung eines Metallgegenstandes |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2140916A1 DE2140916A1 (de) | 1973-02-22 |
DE2140916B2 DE2140916B2 (de) | 1977-12-22 |
DE2140916C3 true DE2140916C3 (de) | 1978-08-17 |
Family
ID=5816826
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19712140916 Expired DE2140916C3 (de) | 1971-08-16 | 1971-08-16 | Anwendung eines Verfahrens zur Herstellung eines Metallgegenstandes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2140916C3 (de) |
-
1971
- 1971-08-16 DE DE19712140916 patent/DE2140916C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2140916A1 (de) | 1973-02-22 |
DE2140916B2 (de) | 1977-12-22 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: JOHNSON MATTHEY PLC, LONDON, GB |