DE2412093A1

DE2412093A1 - Nickellegierungen, diese legierungen enthaltende katalysatoren und verfahren zur herstellung der katalysatoren

Info

Publication number: DE2412093A1
Application number: DE19742412093
Authority: DE
Inventors: Sheldon H Butt; James A Ford
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1973-03-16
Filing date: 1974-03-13
Publication date: 1974-09-26
Also published as: GB1455032A; DE2462427A1; JPS5057917A; FR2221522A1; JPS5358985A; BR7401943D0; IT1003793B; CA1020779A

Description

DIPL.-CHEM. DR. VOLKER VOSSIUS

PATENTANWALT

8 MCNCHCZN 86, s:ebertetrasse 4

PHONE: 47 40 75

CABLE ADDRESS: BENZOLPATENT MÖNCHEN TELEX 5-29453 VOPAT D

13.März 1974

u.Z. : K 671 (Vo/Hi/H)
Case : 342 271-B

OLIN COEPORATION

New Haven, Connecticut, V.St.A.

"Nickellegierungen, diese Legierungen enthaltende Katalysatoren und "Verfahren zur Herstellung der Katalysatoren"

Priorität: 16. März 1973,. V.St.A., Nr. 3^2 27I 2. August 1973, V.St.A., Nr. 385 O77 12. November 1973, V.St.A., Nr. 414 783 .

Die Erfindung betrifft Nickellegierungen, diese Legierungen enthaltende Katalysatoren und Verfahren zur Herstellung der Katalysatoren.

Nickellegierungen spielen in der Metallurgie eine wichtige Rolle. Typische Nickellegierungen, wie die- aus 70 Prozent Nickel und 30 Prozent Kupfer bestehende Monel-Legierung, sind äußerst kor-, rosionsempfindlich, wenn sie bei hohen Temperaturen Gasen ausgesetzt werden, die Sauerstoff- und/oder Schwefelverbindungen enthalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nickellegierungen zu L- 409839/0947 _j

Γ -Ι

schaffen, die sich "bei hohen Temperaturen durch gute Festigkeits-" eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit auszeichnen.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Nickellegierung, die aus 2 TdIs 6 Prozent Aluminium, 0,5 bis 4- Prozent Silicium, 1 bis 6 Prozent Chrom, O₁O bis 0,4 Prozent Mangan, 0,0 bis 0,1 Prozent Magnesium, Rest Nickel und übliche Verunreinigungen besteht.

Mangan und Magnesium können zur besseren Verarbeitbarkeit und zur Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit zugeschlagen werden. Die Legierungen der Erfindung weisen zahlreiche hervorragende Eigenschaften auf, beispielsweise lassen sie sich heiß und kalt walzen. Ein weiterer Vorteil ist ihre Korrosionsbeständigkeit, wenn sie bei hohen Temperaturen Gasen ausgesetzt werden, die Sauerstoff- und/oder Schwefelverbindungen enthalten. Diese Hochtemperaturbeständigkeit der Legierungen ist besonders wichtig für Anwendungen, wie die Herstellung von Abgasanlagen für Kraftrfahrzeuge, katalytischen Konvertern, bestimmten Bauelementen für-Düsenmotoren und chemischen Produktionsanlagen.

Die Erfindung betrifft ferner einen Katalysator zur Entgiftung von Abgasen aus Otto- und Dieselmotoren und ein Verfahren zur Herstellung des Katalysators.

Die Katalysatoren der Erfindung zeichnen sich durch außergewöhnliche Wirksamkeit, Haltbarkeit und niedere Herstellungskosten aus. Sie enthalten ein Substrat, bestehend .aus einer Nickellegierung der Erfindung mit besonders hoher Korrosionsfestigkeit

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bei hohen Temperaturen in Gegenwart von Sauerstoff- und/oder Schwefelverbindungen und nitrosen Gasen, und eine auf das Substrat aufgebrachte metallische Oberflächenschicht, bestehend'aus einer Nickel-Kupfer-Legierung, die Zusätze ..zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit enthält.

Die Kombination guter mechanischer Eigenschaften mit hoher Korro sionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen wird bei den Legierungen der Erfindung durch die sorgfältige Auswahl der Legierungsbestandteile erreicht. Diese bilden bei hohen Temperaturen an der Legierungsoberfläche komplexe Oxide. Diese Oxidbildung kann gezielt vorgenommen werden. Bei bestimmten Konzentrationen der •Zusätze bewirken die gebildeten Oxide eine besonders hohe Beständigkeit der Legierungsoberfläche.

Legierungen mit den vorstehend genannten Eigenschaften werden bei Verwendung von 2 bis 6 Prozent Aluminium, 0,5 bis 4- Prozent Silicium, 1 bis 6 Prozent Chrom, Rest im wesentlichen Nickel erhalten. Zur Erreichung höherer Korrosionsbeständigkeit werden vorzugsweise 3 bis 5 Prozent Aluminium, 3 bis 5 Prozent Chrom, 2 bis 3»5 Prozent Silicium, Rest im wesentlichen Nickel eingesetzt. Legierungen, bei denen diese Mengen unter den Mindestmengen des vorstehend genannten breiten Bereiches liegen, haben weniger hochwertige mechanische Eigenschaften. Der angegebene obere Bereich wurde nach den erforderlichen Verarbeitungseigenschaften der Legierungen ausgewählt. Legierungen, bei denen die Mengen der Bestandteile über den Höchstmengen des vorstehend ge-: nannten breiten Bereiches liegen, lassen sich nur schwierig

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warm- oder kaltwalzen.

Bekanntlich können bereits Spuren an Schwefel in Legierungen mit hohem Nxckelgehalt beim Warmwalzen große Schwierigkeiten verursachen. Dies kann leicht durch Zuschlag von bis zu 0,4 Prozent Mangan zur Legierung vermieden werden. Diese Manganmenge beeinflußt die Legierungseigenschaften.praktisch nicht und erfolgt nur aus verarbeitungstechnischen Gründen. Ein anderer gegebenenfalls eingesetzter untergeordneter Bestandteil der Legierungen der Erfindung ist Magnesium, das zur Desoxidation der Legierung in Mengen bis zu 0,1 Prozent zugeschlagen werden kann. Da die Legierungen der Erfindung bereits Aluminium enthalten, das als starkes Desoxidationsmittel wirkt, ist der Zusatz von Magnesium nicht unbedingt erforderlich. -

Die Legierungen der Erfindung sind vielseitig verwendbar. Sie eignen sich besonders zur Herstellung von Substratmaterial für Katalysatorträger und den Bau von Katalysatorsystemen, in denen die Oberfläche des aus einer Legierung der Erfindung bestehenden Substrats modifiziert ist, beispielsweise durch Druckschweißen oder mechanisches Aufbringen einer katalytisch wirksamen Metalloder Legierungsschicht auf die Substratoberfläche. Obwohl die Legierung der Erfindung besondere Vorteile bei ihrer Verwendung bietet, können für besondere Verwendungszwecke bestimmte Legierung sbestandteile ohne übermäßige Verminderung der vorteilhaften Eigenschaften entfallen. Beispielsweise kann es erwünscht sein, den Zusatz an Chrom wegen möglicher Beeinflussung der Wirksamkeit gewisser Katalysatoren weiter einzuschränken oder ganz zu

_L unterlassen. 409839/0947 _j

Die Korrosionsbeständigkeit der Legierung der Erfindung beruht auf der Bildung einer auf ihrer Oberfläche fest haftenden und aus den Legierungsbestandteilen gebildeten Oxidschicht. Wie aus Figur 1, 2 und 3 ersichtlich, ist diese Oxidschicht äußerst dünn, was sich aus der geringen Gewichtszunahme während der Erhitzung

. auf hohe Temperaturen ergibt. Eine solche dünne, fest haftende Oxidschicht ist besonders zum Vergießen von Metallen oder Metalloxiden mit Glas geeignet. Die Legierung der Erfindung

, ist deshalb für mit Glas vergossene Halbleiter und ähnliche Anwendungen besonders gut geeignet. Da die Legierung der Erfindung kein Eisen enthält, ist sie'zusätzlich gegen

■ Korrosion bei Raumtemperatur, wie Rosten, sehr beständig, übliche mit Glas vergossene Legierungen mit hohem Eisengehalt unterliegen dem Rosten und der Spannungskorrosion, wodurch ihre Haltbarkeit begrenzt ist. Die Legierung der Erfindung kann sogar auch dort erfolgreich eingesetzt werden, wo mit Korrosion durch Einwirkung von Meerwasser und sonstigen wäßrigen Lösungen, sowie durch Witterungseinflüsse zu rechnen ist. Da die Legierung der Erfindung in Form einer festen Lösung vorliegt, kann auch bei diesen Bedingungen eine hohe Korrosionsbeständigkeit erwartet werden.

Die Legierung der Erfindung eignet sich vorzugsweise als Substratmaterial zur Herstellung von Katalysatoren in Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen. In diesem Fall dient die Legierung als Trägermaterial für eine katalytisch wirksame Oberflächenschicht. Bekanntlich vermindern Kupfer-Nickel-Legierungen den Anteil schädlicher Bestandteile in Abgasen von Kraftfahrzeugen. Jedoch führte die Verwendung von reinen Kupfer-Mckel-Legierungen wegen

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der korrodierenden Wirkung der heißen Abgase auf die Legierungen noch nicht zum Erfolg. Kupfer-Nickel-Legierungen werden insbesondere bei hohen Temperaturen von Sauerstoff, nitrosen Gasen und Schwefelverbindungen angegriffen.

Der Erfindung liegt der überraschende Befund zugrunde, daß beim Aufbringen einer Schicht aus einer Kupfer-Nickel-Legierung auf ' die Oberfläche der erfindungsgemäßen Legierung ein Katalysator· mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit gegenüber den Abgasen erhalten wird, was auf mindestens zwei Umstände zurückzuführen ist. Erstens wird die Korrosionsbeständigkeit des Katalysatoraufbaus durch Verwendung der erfindungsgemäßen Legierung als Subsr-ratmaterial verbessert, und zweitens erhöht die während der Benützung des Katalysators stattfindende Diffusion von Legierungsbestandteilen, insbesondere Aluminium und Silicium,- aus der Substratschicht in die Oberflächenschicht deren Korrosionsbeständigkeit, während die Eigenschaften des Substratmaterials durch das Eindiffundieren von Legierungsbestandteilen aus dem Oberflächenmaterial nicht beeinträchtigt werden.

Somit besteht eine bevorzugte Form eines Katalysators für Abgase von Kraftfahrzeugen aus einer Nickellegierung der Erfindung als Substrat oder Grundwerkstoff und einer Oberflächenschicht aus einer Kupfer-Nickel-Legierung. Die Oberflächenschicht enthält 10 bis 50 Prozent, vorzugsweise 20 bis 40 Prozent Kupfer, der Rest besteht im wesentlichen aus Nickel.

Der fertige Katalysator der Erfindung besitzt eine Substrat-^L 409839/0947 ^J

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schicht aus einer Nickellegierung und eine Oberflächenschicht aus einer Kupfer-Nickel-Legierung. Im allgemeinen stehen zwei Methoden zur Herstellung dieser Katalysatoren zur Verfügung. Nach der einen Methode wird eine dünne Reinkupferschicht auf die Substratoberfläche aufgebracht und die Kupfer-Nickel-Schicht durch anschließende Diffusion bei hoher Temperatur erzeugt. Das Kennzeichen dieser Methode liegt darin, daß sie Katalysatoren liefert, bei denen die Kupferkonzentration von einem Maximum an der Oberfläche bis auf im wesentlichen Null im Inneren des Substrats kontinuierlich abnimmt. Das zweite Kennzeichen dieser Methode, liegt in der Diffusion der Legierungsbestandteile des Substratmaterials in das Oberflächenmaterial, was erfindungsgemäß dessen Korrosionsbeständigkeit gegenüber den Abgasen erhöht. Nach der zweiten Methode wird eine Schicht aus einer Kupfer-Nickel-Legierung mit der gewünschten Endzusammensetzung auf das Substratmaterial aufgebracht. Ein so hergestellter Katalysator hat aber nicht schon zu Beginn seiner Verwendung den Vorteil, daß Legierungsbestandteile aus dem Substratmaterial die Beständigkeit des Ober-7-flächenmaterials erhöhen, obwohl auch in diesem Fall während des Gebrauchs des Katalysators Legierungsbestandteile aus dem Substratmaterial in das Oberflächenmaterial diffundieren können. In einem nach der zweiten Methode hergestellten Katalysator können im Kupfer-Nickel-Oberflächenmaterial auch zusätzliche Legierungsbestandteile enthalten sein.

Die Oberflächenschicht wird vorzugsweise durch elektrolytisches Aufbringen einer Kupferschicht auf die Substratoberfläche und nachfolgende Wärmebehandlung erzeugt, so daß nach erfolgter

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Diffusion die Zusammensetzung der Oberflächenschicht in dem vorstehend angegebenen Bereich liegt. Die Dicke der Kupferschicht liegt zwischen 1000 A und 2,54- mm. Die Wärmebehandlung wird- während 5 Minuten bis 4 Stunden bei Temperaturen von 750 bis 1050⁰C und vorzugsweise in einer. Nickel nicht oxidierenden Atmosphäre durchgeführt.

In Fig. 4- ist ein Katalysator mit einem Substrat A und Oberflächenschichten S angegeben. Fig. 5 zeigt den Katalysator der Fig. 4-nach der Wärmebehandlung. Die Darstellung zeigt schematisch die Abnahme der Kupferkonzentration von der Oberfläche S zum Inneren C. In Fig. 6 ist eine andere Ausführungsform angegeben, in der Schichten aus Kupfer und Nickel abwechselnd auf das Substratmaterial aufgebracht sind. In diesem Fall erhält man nach der Wärmebehandlung eine dickere Schicht der Kupfer-Nickel-Legierung. Beispielsweise kann in Fig. 6 folgende Reihenfolge vorliegen: Kupferschichten 1, Nickelschichten 2 und Kupferschichten 3 werden schrittweise auf das Substrat A aufgebracht.

Die dünne Kupferschicht auf der Substratoberfläche kann außer durch Elektrolyse beispielsweise auch mittels eines Plasmastrahles oder durch Druckschweißen eines dünnen Kupferbleches auf die SubstratOberfläche durch Walzen aufgebracht werden. Wie in Fig. angegeben, besteht in diesem Fall der Aufbau des fertigen Katalysators aus einer Nickellegierung als Subsiratschicht 6 und den mit den Hauptoberflächen des Substrats fest .verbundenen.katalytisch wirkenden Oberflächenschichten 7^ Das Druckschweißen ist ein einfaches Verfahren, bei dem die Metallstreifen 8, 9 und 10

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so gelegt werden, daß ihre Hauptoberflächen 11, 12, 13 und 14-aneinanderliegen, wobei die zu verschweißenden Oberflächen vorher mechanisch.oder chemisch gereinigt wurden. Anschließend' werden die Metallstreifen 8, 9 und 10 miteinander druckverschweißt, beispielsweise mittels eines Walzwerkes 15· Erfindungsgemäß bestehen der Kern 6 aus einer chromhaltigen Nickellegierung und die Oberflächenschichten 7 aus Kupfer oder einer ETickel-KupferLegierung entsprechender Zusammensetzung. Das Druckschweißverfahrenist in der US-PS 3 397 04-5 und 3 634 926 beschrieben. Es erfordert bei Oberflächenschichten aus einer Kupfer-Nicke!-Legierung im Gegensatz zu Oberflächenschichten aus Reinkupfer keine Wärmebehandlungsstufe.

Die Oberflächenschicht aus der Kupfer-Nickel-Legierung kann auch durch Elektrolyse auf die Nickellegierung als Substrat aufgebracht werden. Entsprechende Verfahren zur gleichzeitigen Abscheidung von Kupfer und Nickel sind beispielsweise in Metal Finishing, März 1969, Bd. 64- beschrieben. Wenn die Oberflächenschichten durch Elektrolyse aufgebracht werden, ist es schwierig, Aluminium und Silicium in die Oberflächenschichten 20 (Fig. 11) einzubauen. In diesem Fall kann eine kleine Menge dieser Legierungsbestandteile während einer Hochtemperaturbehandlung in die Ober-_t flächenschichten 20 eindiffundieren»

Um,die Oberflächenschicht 20 auf die Substratschicht 21 aufzubringen j können auch andere Verfahren angewandt v/erden.· Bei-. spielsweise kann mittels eines Plasmastrahls Metallpulver auf die Substratoberflache. 21 aufgeschmolzen werden. Nach einem

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anderen Verfahren wird die Oberflächenschicht 20 auf die Substratschicht 21 im Vakuum aufgedampft.

Unabhängig vom Verfahren, nach dem die Kupfer-Nickel-Legierung der Oberflächenschicht aufgebracht wurde, soll die Dicke der Oberflächenschicht innerhalb der vorstehend genannten Grenzen von 1000 A bis 2,54- mm liegen.

Nach dem Aufbringen der Oberflächenschichten und der nachfolgenden Wärmebehandlung wird der Aufbau gegebenenfalls einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt, um die katalytisch wirkende Schicht auszubilden. Dieser Vorgang kann innerhalb eines großen Temperaturbereichs, vorzugsweise von 200 bis 600⁰C, während eines Zeitraums von 1 Minute bis 2 Stunden durchgeführt werden. Die Dicke der dabei gebildeten Oxidschicht liegt im Bereich von 100 bis

1000 A. Diese Oxidationsstufe kann auch in situ durch Einwirkung von Abgasen beim Gebrauch des Katalysators erreicht v/erden.

Gemäß den vorstehenden Erläuterungen werden beide Seiten des Substratmaterials mit einer katalytisch wirksamen Oberfläche versehen. Dies ist jedoch in manchen Fällen unnötig, beispielsweise bei der Herstellung eines Auspufftopfs, bei dem nur die Innenseite eine katalytisch wirksame Oberfläche aufweisen muß.

Der Katalysator der Erfindung kann in vielen von der Verwendung abhängigen geometrischen Formen eingesetzt werden. Er soll ein großes Verhältnis von Oberfläche zu Masse haben. Eine bevorzugte geometrische Form ist ein expandiertes Netz, dessen Herstellung

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- 11 in Modern Metals, August 1964, Bd. 20, Seite 28, "beschrieben ist.

In Pig. 8, 9 und 10 ist die Herstellung des expandierten Netzes schrittweise dargestellt. Fig. 8 zeigt einen aus dem Rohmaterial hergestellten Metall stire if en 18. Wie fig. 9 zeigt, werden Schlit-

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ze/in den Metallstreifen gestanzt, die ein Verhältnis von Länge zu Breite in der Größenordnung von 10:1 haben. Die Längsachsen aller Schlitze liegen parallel. Dann, wird der Metallstreifen senkrecht zur Längsachse der Schlitze gezogen, wie die Pfeile 30 in Fig. 9 zeigen. Die Zugkraft expandiert die Schlitze S zu einem Netz 31, wie in Fig. 10 angegeben, mit einer Vielzahl von Öffnungen 32 zwischen den Streifen 33. Die Herstellung des expandierten Netzes kann auch nach einem kontinuierlichen Verfahren erfolgen. Die Verwendung des Katalysators in Form des expandierten Netzes hat mehrere wesentliche Vorteile. Das Netz hat ein großes Verhältnis von Oberfläche zu Gewicht und v/eist deshalb eine hohe katalytisch^ Wirkung pro Gewichtseinheit des Katalysatormaterials auf. Auch ist das expandierte Netz besonders · für solche Anwendungen, wie Abgasanlagen von Kraftfahrzeugen ge-. . eignet, wo hohe Strömungsgeschwindigkeiten der Abgase erhalten bleiben müssen. Expandiertes Netz hat auch eine niedrige Wärmekapazität in Bezug auf seine Oberfläche und erreicht schnell die . Arbeitstemperatur. Schließlich ist die Herstellung von expandie.rtem Netz wirtschaftlich, da bei diesem Verfahren kein Abfall entsteht .

Die Herstellung des expandierten Netzes kann, abhängig vom Verfahren des Aufbringens der Oberflächenschicht, in verschiedenen L 409839/0 94 7 _j

Stufen der Herstellung des Katalysators der Erfindung erfolgen. Falls die Oberflächenschicht durch Elektrolyse aufgebracht wird, wird das expandierte Netz aus dem Substratmaterial vorzugsweise vor dem Elektroplattierungsverfähren hergestellt. In diesem Fall kann die ganze Oberfläche des Substratmaterials mit der katalytisch wirksamen Legierung beschichtet werden, und man erhält einen Katalysator mit einem höheren Wirkungsgrad.'

Auch andere geometrische Formen, die ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen haben, können eingesetzt werden. Beispielsweise können aus der Nickellegierung der Erfindung kurze Drahtstücke oder schmale Streifen hergestellt werden. Diese kleinen Stücke können mit einer Kupfer-Nickel-Legierung beschichtet und während der Wärmebehandlung zu einem porösen Katalysatormaterial zusammengesintert werden. 'Falls die kleinen Stücke nicht zusammensintern, können sie so gepackt werden, daß die Abgase über ihre Oberfläche streichen.

Der fertige Katalysator der Erfindung besteht aus einem Kern aus einer Legierung von 2 bis 6 Prozent Aluminium, 0,5 bis 4- Prozent Silicium, 0,001 bis 6 Prozent Chrom, Rest im wesentlichen Nickel, sowie einer katalytisch wirksamen Oberflächenschicht mit einer Zusammensetzung in der Oberfläche von 0,001 bis 8 Prozent Aluminium, 0,001 bis 6 Prozent Silicium, 0,001 bis 6 Prozent Chrom, 10 bis 50 Prozent Kupfer, Rest im wesentlichen Nickel. Die unteren Konzentrationsgrenzen liegen aufgrund der Diffusion in den Oberflächenschichten vor, während die oberen Konzentrationsgrenzen den Konzentrationen im Kern entsprechen.

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Die Beispiele erläutern die Erfindung. Die Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht, sofern nichts anderes angegeben ist

Beispiel 1 Es werden Proben folgender Zusammensetzung hergestellt :

1. Technisch reines Nickel

2. Legierung aus 3 Prozent Chrom, 2 Prozent Silicium, 4- Prozent Aluminium, Rest Nickel.

Diese Proben werden bei 0,1 at in Sauerstoffatmosphäre auf 600⁰G erhitzt. Innerhalb eines Zeitraumes von 120 Stunden wird in Zeitabständen die Gewichtszunahme bestimmt. Die Gewichtszunahme ist ein Maß für das Ausmaß der Oxidation. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Legierung der Er findung eine wesentlich bessere Oxidationsbeständigkeit hat als technisch reines Nickel. Selbst nach lOOstündigem Erhitzen beträgt die Gewichtszunahme der Legierung der Erfindung nur 27 g/

2 2

cm gegenüber etwa 300 g/cm bei Eeinnickel.

Beispiel2

Proben der Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 sowie eine aus 80 Prozent Nickel und 20 Prozent Chrom bestehende Legierung v/erden bei 0,1 at in Sauerstoffatmosphäre auf 800⁰C erhitzt. Die Ergebnisse sind in Fig. 2 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß nach 25 Stunden die Legierung der Erfindung, eine Gewichtszunahme

2
von nur 38 g/cm aufweist, während das Eeinnickel um mehr als

2 2

8500 g/cm und die Nickel-Chrom-Legierung um 400 g/cm zugenommen haben.

,Beispiel 3 Proben mit folgender Zusammensetzung werden hergestellt:

1. Technisch reines Nickel

2. Legierung aus 70 Prozent Nickel, 30 Prozent Kupfer (bekannt als Monel-Legierung)

3. Legierung aus 3 Prozent Ghrom, 2 Prozent Silicium, 4- Prozent Aluminium, Rest Nickel

4-, Legierung aus 25 Prozent Chrom, 20 Prozent Nickel, 2 Prozent Mangan, 1,5 Prozent Silicium, 0,25 Prozent Kohlenstoff (Stahl legierung AISI 310).

Diese Proben werden bei 925°C auf Zug geprüft. Die Versuche wurden mit einer Zuggeschwindigkeit von 4-,0 mm/min bis zur Streckgrenze und dann mit 6,3 mm/min bis zum Bruch durchgeführt. Die Ergebnisse zeigt nachstehende Tabelle.

Legierung Bruchspannung Streckspannung Bruchdehnung

in kg/cm in kg/cm in %

1 (Nickel) 449,96 189,83 160

2 (Monel) 4-56,99 281,23 56

3 (Ni-Al-Si-Cr) 597,61 44-2,93 4-1 4- (Stahllegierung) 808,53 611,67 68

Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, daß die mechanischen Eigenschaften der Legierungen der Erfindung mit denen der anderen Werkstoffe vergleichbar sind.

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Beispiel 4 Es werden Proben aus folgenden Werkstoffen hergestellt:

1. Nickel . ■ . ■

2. Legierung aus 17 Prozent Chrom, 7 Prozent Nickel, Rest Eisen (StahlIegierung AISI 301)

5. Legierung aus 80 Prozent Nickel, 20 Prozent Chrom (bekannt

als Nichrom)
4. Legierung aus 4 Prozent Aluminium, 3 Pro.zent Chrom, 2 Prozent Silicium, Rest Nickel.

Diese Proben werden 2 Stunden in einer Sauerstoffatmosphäre auf verschiedene Temperaturen erhitzt, und die Gewichtszunahme wird bestimmt. Fig. 3 zeigt einen Vergleich der drei Legierungen. Auf

der Abszisse ist der Gewichtsverlust in Mikrogramm/cm und auf der Ordinate die reziproke absolute Temperatur aufgetragen. Die. überragende Eigenschaft der Legierung der Erfindung ist daraus ersichtlich, daß im größten Teil des geprüften Temperaturbereichs von 350 bis 975⁰C die Legierung der Erfindung eine deutlich geringere Gewichtszunahme,als reines Nickel, Nichrom und die StahlIegierung, eine billige austenitische Stahllegierung für den Einsatz bei hohen Temperaturen in oxidierender Atmosphäre, aufweist. Beispielsweise werden bei 800⁰C folgende Gewichtszu-

2 2

nahmen gemessen: Nickel 1400 g/cm ,. Nichrom 400 g/cm , 301 Stahl-r

2 ■ 2

legierung 520 g/cm , Legierung der Erfindung 20 g/cm .

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Claims

— Io — Patentansprüche

1. Nickellegierung, bestehend aus 2 bis 6 % Aluminium, 0,5 bis' 4 % Silicium, 1 bis 6 % Chrom, O_fO bis 0,4 % Mangan, 0,0 bis 0,1 % Magnesium, Rest Nickel und übliche Verunreinigungen.

2. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Aluminumgehalt von 3 bis 5 %.

3. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Siliciumgehalt von 2 bis 3,5 %.

•4. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Chromgehalt von 3 bis 5 %.

5. Katalysator zur Entgiftung von Abgasen aus Otto- und Dieselmotoren, gekennzeichnet durch

A). ein Substrat aus einer Nickellegierung, die aus 2 bis 6 % Aluminium, 0,5 bis 4 % Silicium, bis zu 6 % Chrom, Rest im wesentlichen Nickel besteht und

B) einer Oberflächenschicht auf dem Substrat, die 1000 R bis 2,54 mm dick ist und die aus 10 bis 50 % Kupfer, Rest im wesentlichen Nickel besteht, und wobei die Kupferkonzentration kontinuierlich von 10 bis 50 % an der Oberfläche bis im wesentlichen auf Null Prozent innerhalb des Substrats abnimmt.

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6. Katalysator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass

die Kupferkonzentration an der Oberfläche 20 bis 40 % beträgt.

7. Katalysator nach Anspruch 5,'dadurch gekennzeichnet, dass

die Nickellegierung aus 2 bis 6 % Aluminium, 0,5 bis 4 %

zu
Silicium, 1 bis 6 % Chrom, bis/0,4 % Mangan, bis zu 0,1 %

Magnesium, Rest Nickel besteht.

8. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickellegierung des Substrats 3 bis 5 % Aluminium, 1,5 bis 3,5 % Silicium und 2 bis 5 % Chrom enthält. " - ·. "

9. Verfahren zur Herstellung des Katalysators gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass' man .

A) auf eine Nickellegierung als Substrat, die aus 2 bis 6 % Aluminium, 0,5 bis 4 % Silicium, bis zu 6 % Chrom, Rest im wesentlichen Nickel besteht, eine Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung in einer Stärke von 1000 Angström bis 2,54 mm aufbringt und

B) diesen Aufbau 5 Minuten bis 4 Stunden in einer Nickel nichtoxidierenden Atmosphäre auf Temperaturen von 750 bis 1050 C erhitzt und hierdurch eine Diffusion zwischen der Oberflächenschicht und der Substratschicht bewirkt, so dass das Gewichtsverhältnis von Nickel zu Kupfer an der Oberfläche des Katalysators von 50 : 50 bis 90 : 10 beträgt.

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10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man

die Wärmebehandlung so lange durchführt, bis die-Kupferkonenschicht
zentration in der Oberfläch -/ues Katalysators 20 bis 40 %

beträgt. -

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man als Substrat eine Nickellegierung verwendet, die 3 bis 5 % Aluminium, 1,5 bis 3,5 % Silicium und 2 bis 5 % Chrom enthält.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man das Substrat zu einem expandierten Drahtnetz verformt, bevor man die Schicht aus Kupfer'oder der Kupferlegierung aufbringt.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die Schicht aus Kupfer oder der Kupferlegierung auf das Substrat durch Druckschweissen aufbringt, wobei man

als Grundwerkstoff

A) ein Substrat/mit mindestens einer sauberen Hauptoberfläche

verwendet,

material

B) eine Legierung als Oberflächen— / mit mindestens einer

sauberen Hauptoberfläche verwendet,

C) die beiden sauberen Oberflächen des Grundwerkstoffs und des Oberflächenmaterials miteinander in Berührung bringt und durch Walzen miteinander verschweisst.

14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kupferschicht durch Elektrolyse aufbringt.

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■ ■ _-₁₉_

15. Katalysator zur Entgiftung von Abgasen aus Otto- und Dieselmotoren, gekennzeichnet durch

legierung,

A) ein Substrat aus einer Nickel-/ die aus 2 bis 6 %

Aluminium, 0,5 bis 4 % Silicium, bis zu 6% Chrom, Rest im wesentlichen Nickel besteht und

B) einer Oberflächenschicht auf dem Substrat, die 1000

ο die

Ä . bis 2,54 mm dick ist und/aus einer Legierung aus bis zu 8 % Aluminium, bis zu 6 % Silicium, bis zu 6 % Chrom, 10 bis 50 % Kupfer, Rest im v/esentlichen Nickel besteht.

16. Katalysator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass

enschicht die Kupferkonzentration in der Oberflach-/20 bis 40 % beträgt.

17. Katalysator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickellegierung für das Substrat aus 2 bis 6 % Aluminium, 0,5 bis 4 % Silicium, bis zu 6 % Chrom, bis zu 0,4 % Mangan, bis zu 0,1 % Magnesium, Rest Nickel besteht.

18. Katalysator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickellegierung des Substrats 3 bis 5 % Aluminium, 1,5 bis 3,5 % Silicium und 2 bis 5 % Chrom enthält.

19. Verfahren zur Hersteilung des Katalysators nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Nickellegierung als

Substrat aus 2 bis 6 % Aluminium, 0,5 bis 4 % Silicium, bis zu 6 % Chrom, Rest im wesentlichen Nickel, mit einer Oberflächenschicht aus einer Kupfer-Nickellegierung in einer Stärke von 1000 A bis 2,54 mm versieht.

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20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferkonzentration in der Oberflächenschicht 20 bis 40 % beträgt.

21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickellegierung des Substrats aus 2 bis 6 % Aluminium, 0,5 bis 4 % Silicium, bis zu 6 % Chrom, bis'zu 0,4 % Mangan, bis zu 0,1 % Magnesium, Rest Nickel.besteht.

22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Nickellegierung des Substrats 3 bis 5 % Aluminium, 1,5 bis 3,5 % Silicium und 2 bis 5 % Chrom enthält.

23. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass man das Substrat vor dem Aufbringen der Kupfer-Nickellegierungsschicht zu einem expandierten Drahtnetz verformt.

24. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kupfer-Nickellegierungsschicht auf das Substrat durch Druckschweissen aufbringt, wobei man

Grundwerkstoff

A) ein Substrat als / mit mindestens einer sauberen Hauptoberfläche verwendet,

B) eine Legierung als Oberflächenmaterial' mit mindestens einer

beiden sauberen Hauptoberfläche verwendet, die/sauberen Oberflächen des Grundwerkstoffs und der Oberflächenschicht miteinander in

miteinander Berührung bringt und durch Walzen/verschweisst.

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25. Verfahren nach Anspruch· 19, dadurch gekennzeichnet, dass man

die Kupfer-Nickel-Oberflächenschicht durch Elektrolyse aufbringt,

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