DE2426802A1 - Rohrfoermiges erzeugnis - Google Patents

Rohrfoermiges erzeugnis

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DE2426802A1 DE19742426802 DE2426802A DE2426802A1 DE 2426802 A1 DE2426802 A1 DE 2426802A1 DE 19742426802 DE19742426802 DE 19742426802 DE 2426802 A DE2426802 A DE 2426802A DE 2426802 A1 DE2426802 A1 DE 2426802A1
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Description

PATENTANWALTSLÜRO TlEDTKE - BüHLING - KlNNE
TEL. (089) 53 9653-56 TELEX: 524845 «pat CABLE ADDRESS: Germaniapatent München
8000 München 2
Bavariaring 4
Postfach 202403 3· Juni 1974 B-6068
Yorkshire Imperial Metal- Limited Leeds, Großbritannien
Rohrförmiges Erzeugnis
Die Erfindung'bezieht sich auf ein rohrförmiges Erzeugnis sowie auf ein Verfahren für die Herstellung von langgesteckten metallischen Gegenständen, z.B. Rohren, die aus zwei oder mehr Metallen oder Legierungen bestehen, von denen eines oder mehrere aus einem reaktiven Metall wie Titan, Zirkon oder Tantal bestehen«
Die Wahl des Materials für rohrförmige Erzeugnisse, die in korrosiver Umgebung verwendet werden, z.B. bei durch Seewasser gekühlten Kondensoren von Energiestationen, lag zwischen Materialien mit Korrosionswiderstand und solchen mit hoher ther-
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mischer Leitfähigkeit. Im ersteren Fall können Metalle wie Titan benutzt werden, während im letzteren Fall Legierungen wie Aluminium, Kupfer, Zink benutzt werden können.
Erfindungsgemäß wird ein rohrförmiges Erzeugnis vorgeschlagen, das aus einem Rohr aus einem Metall mit hoher thermischer Leitfähigkeit besteht, das innere und äußere Oberflächen aus einem sehr korrosionsfesten reaktiven Metall besitzt.
Ein solches Erzeugnis kann ein Verbundkörper sein, der ein Rohrelement aus einem stark thermisch leitfähigen Metall und ein inneres und/oder äußeres Rohrelement aus einem reaktiven Metall hoher Korrosionsfestigkeit besitzt, wobei eine Schicht-aus einem duktilen oder dehnbaren Metall zwischen dem inneren und/ oder äußeren Rohrelement und dem Ronrelement aus dem sehr thermisch leitfähigen Metall eine kontinuierliche Grenzschicht bildet und die Rohrelemente miteinander verbindet.
Das thermisch sehr leitfähige Metall kann Kupfer oder eine Legierung auf Kupferbasis sein, z.B. ein 2% Aluminiumkupferzink, während das sehr korrosionsfeste reaktive Metall Titan oder eine Legierung auf Titanbasis sein kann. Zirkon und Tantal sind weitere Metalle, die in diese Materialklasse fallen. Das dehnbare Metall kann Kupfer, Nickel oder Silber sein.
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Das Erzeugnis kann somit die Form eines bimetallischen Rohrs haben, wobei die korrosionsfeste Oberfläche entweder die Innenfläche oder die Außenfläche bildet oder das korrosionsfeste Metall sowohl die Innenfläche als auch die Außenfläche bildet.
Ein Verfahren zur Erzeugung eines rohrförmigen langgestreckten Erzeugnisses nach der Erfindung besteht darin, daß man konzentrisch ein Rohrelement aus einem sehr korrosionsfestem reaktivem Metallund ein Rohrelement aus einem stark thermisch leitfähigen Metall unter Belassung eines engen, die benachbarten Oberflächen von einander trennenden Ringspalts zwischen ihnen konzentrisch zusammensetzt, zwischen die benachbarten Oberflächen eine Schicht oder einen überzug aus Kupfer, Silber oder Nickel einlegt, die Außenfläche des Rohrelements aus reaktivem Metall mit Kupfer, Nickel oder Silber beschichtet, diese Anordnung auf eine Temperatur erhitzt, bei der eine Diffusionsverbindung zwischen dem reaktivem Metall, dem Kupfer, Silber oder Nickel gebildet wird, und daß man diese Anordnung unter Bildung eines langgestreckten Erzeugnisses extrudiert und kaltformt.
Das Kupfer, Silber oder Nickel kann von der Außenfläche des reaktiven Metalls durch ein herkömmliches Verfahren wie z.B. abbeizen entfernt werden.
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Der enge Ringspalt zwischen den benachbarten Oberflächen sollte so dimensioniert werden, daß der Eintritt von Ofengasen während der Vorerhitzung vor der Extrusion auf ein Minimum gehalten wird. Vorzugsweise hat der Spalt eine Abmessung bis zu 0,0254 cm, z.B. eine Abmessung zwischen O,0o762 und 0,0254 cm.
Das Kupfer, Nickel oder Silber kann in Form eines getrennten ringförmigen Einsatzes vorgesehen werden, der in den Spalt zwischen den benachbarten Oberflächen eingesetzt wird; es ist jedoch auch möglich, daß dieses Material in Form eines Überzugs auf einer geeigneten Oberfläche des reaktiven Metalls, z.B. als galvanischer Niederschlag aufgebracht wird.
Die Verbindung zwischen den Bestandteil bildenden Te ilen des Rohlings kann entweder durch eine separate Erhitzungsstufe vor dem Extrudieren oder während des Extrudierens gebildet werden, indem man das Metall auf die Extrudierungstemperatur erhitzt.
Ein durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugtes Extrudat kann durch Kaltbearbeitung in eine Rohrform gebracht werden, z.B. durch übliche Kaltbearbeitungsvorgänge, z.B. durch Rohrreduzierwalzen (Kaltpilgern) oder Dornwalzen.
Die Rohrelemente haben die Form von durchbohrten Rundknüppeln; während der Rundknüppel aus leitendem Metall durch ein herkömmliches Verfahren hergestellt werden kann, wird der Rundkknüppel aus reaktivem Metall mit Vorteil durch ein be-
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kanntes Verfahren durchbohrt, bei dem zwischen dem Bohrwerkzeug und dem reaktivem Metall ein duktiles Metall zwischengeschaltet wird, um örtliches Verschweißen zu verhindern. Die Abmessungen der jeweiligen Rundknüppel werden so gewählt, daß man nach dem Extrudieren und Ziehen die erwünschten Abmessungen für das leitfähige Metall und das reaktive Metall in der Wand des Rohrs erhält .
Herkömmliche Formverfahren können nicht ohne weiteres für das Bearbeiten von reaktiven Metallen wie Titan benutzt werden, da die Tendenz besteht, daß solche Metalle Verschweißen und Reißen der Werkstück- und Werkzeugoberflächen verursachen. Diese Bestandteile des Verbundrohlings oder Verbundrundknüppels aus reaktiven Metallen müssen entsprechend einem Verfahren behandelt und bearbeitet werden, wie es jetzt beschrieben wird und bei dem auf das reaktive Metall eine Beschichtung aus Kupfer, Nickel oder Silber galvanisch abgeschieden ist.
Die Beschichtung wird in herkömmlicher Weise unter Verwendung einss üblichen Elektrolyten aufgebracht, der im Falle von Kupfer vorzugsweise eine saure Kupfersulfatlösung ist, wobei die Oberfläche des reaktiven Metalls säurebeätzt wird, um vor der galvanischen Abscheidung Oxyd zu entfernen.
Für das Extrudieren und Ziehen ist eine ziemlich dicke Beschichtung aus den duktilen Metallen wie Kupfer, Nickel oder Silber auf dem Rohrelement aus reaktiven Metall erwünscht,
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z.B. mit einer Dicke von 0,254 cm, wobei die Dicke von der Stärke der Gesamtreduzierung vom Ausgangserzeugnis bis zur endgültigen Abmessung abhängt; diese Beschichtungsdicke kann in einem einzigen galvanischen Abscheidungsverfahren erreicht werden, jedock könnten aus der Schichtbildung der Abscheidung während der Wärmebehandlung Schwierigkeiten auftreten. Dies läßt sich dadurch vermeiden, daß man eine Beschichtung aufbringt, die aus zwei oder mehreren Lagen aus duktilem Metall besteht. Es wird eine Schicht aus einem duktilen Metall, z.B. 0,00254 - 0,0127 cm dick auf das Rohrelement aus reaktivem Metall abgeschieden, das dann Wärmebehandelt wird, um die Diffusionsbindung zwischen dem reaktiven Metall und dem duktilen Metall herbeizuführen; anschließend wird eine zweite, erheblich dickere Schicht aus duktilem Metall auf der dünnen Schicht abgeschieden. Alternativ kann anstelle der galvanischen Abscheidung einer zweiten Schicht aus duktilem Metall das Rohrelement aus reaktivem Metall in eine engsitzende Büchse eingesetzt werden,die aus einem duktilen Metall besteht. Die nachträglich aufgebrachte Schicht muß nicht notwendigerweise aus demselben Metall wie die erste Schicht bestehen.'Bei einem Verfahren zur Ausführung der Erfindung wird auf der sauberen Oberfläche des reaktiven Metalls eine dicke Schicht aus duktilem Metall abgeschieden und es wird eine Bindung zwischen dem duktilen Metall und dem reaktiven Metall während des tatsächlichen Extrudierens oder Strangpressens geformt.
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Der Erfolg des Verfahrens hängt von der Bildung einer Diffusionsbindung über die Grenzfläche zwischen dem reaktiven Metall und der Abscheidung aus duktilem Metall ab;so erg±fc sich z.B. im Falle von mit Kupfer beschichtetem Titan eine Kupfer-Titanverbindung über die Grenzfläche durch Erhitzen bei 8OO°C. Ist diese Bindung einmal geformt, und zwar in dem einen Fall durch Vorerwärmung des Rohrelements aus reaktivem Metall oder im anderen Fall während des Strangprssens,haftet die Beschichtung aus duktilem Metall genügend an der Oberfläche des Rohrelements aus reaktivem Metall oder des Extrudats, so daß sie den Strangpreßbearbeitungen und Kaltbearbeitungen widerstehen kann. Eine bloße mechanische Verankerung auf einer unpräparierten Oberfläche, z.B. Aufpressen liefert keine ausreichende Haftung.
Die Erfindung bietet den Vorteil, das hoher Korrosionswiderstand mit hoher thermischer Leitfähigkeit kombiniert ist. Das billigere, thermisch stark leitfähige Material bildet den größeren Anteil der Wand des Erzeugnisses und liefert Steifigkeit und Festigkeit, während das stark korrosionsfeste Material, das teuer ist, in Form einer dünnen Schutzschicht auf einer oder auf beiden Seiten des Erzeugnisses vorliegt. Die bevorzugte Dicke des reaktiven Metalls beträgt 10% oder weniger der Gesamtwanddicke des fertigen Rohrs. Im Vergleich mit einem Rohr, das vollständig aus korrosionsfestem Metall besteht, hat das Verbundrohr geringen Metallwert, während seine Effektivität vom Gesichtspunkt des Wärmeaustausches her gleich oder besser ist. Die Erfindung ist insbesondere bei der Anwendung als Wärmeaustausch-
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— ο ~
rohr wertvoll.
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Claims (16)

Patentansprüche
1./Rohrförmiges Erzeugnis, gekennzeichnet durch ein
Rohr aus einem thermisch stark leitfähigen Metall, dessen
innere und/oder äußere Oberfläche aus einem reaktiven Metall
hoher Korrosionsfestigkeit besteht.
2. Erzeugnis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
ein Rohrelement aus einem stark wärmeleitfähigen Metall, einem inneren und/oder äußeren rohrförmigen Element aus einem reaktivem Metall hoher Korrosionsfestigkeit und einer Schicht aus dehnbarem Metall, das eine kontinuierliche Grenzfläche zwischen dem inneren und/oder äußeren rohrförmigen Element und dem Rohrelement aus stark wärmeleitendem Metall bildet und diese Elemente miteinander verbindet.
3. Erzeugnis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Metall Kupfer oder eine Legierung auf Kupferbasis ist.
4. Erzeugnis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Material Messing ist, das 2% Aluminium enthält.
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5. Erzeugnis nach einem oder mehreren der vorhergehenden· Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das korrosionsfeste reaktive Metall Titan oder eine Legierung auf Titanbasis ist.
6. Erzeugnis nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dehnbare oder duktile-Metall Kupfer, Nickel oder Silber ist.
7. Erzeugnis nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein bimetallisches Rohr ist, bei dem die korrosionsfeste Oberfläche die Innenfläche ist.
8. Erzeugnis nach einem oder mehreren der vorhergehendden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es ein bimetallisches Rohr ist, dessen korrosionsfeste Oberfläche die Außenfläche ist.
9. Erzeugnis nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es ein bimetallisches Rohr ist, bei dem das korrosionsfeste Metall sowohl die Innenfläche als auch die Außenfläche bildet.
10. Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen langgestreckten Erzeugnisses, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Rohrelement aus einem stark korrosionsfesten reaktiven Metall
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und ein· Rohrelement aus einem stark wärmeleitenden Metall konzentrisch ineinandersteckt ' und dabei einen die benachbarten Oberflächen voneinander trennenden relativ engen Ringspalt beläßt, in den man eine Schicht oder eine Beschichtung aus Kupfer, Silber oder Nickel einlegt, wobei man die äußere Oberfläche des rohrförmigen Elements aus reaktivem Metall mit Kupfer, Silber oder Nickel beschichtet, diese Anordnung auf eine Temperatur erwärmt, bei der eine Diffusionsbindung zwischen dem reaktiven Metall und dem Kupfer, Silber oder Nickel gebildet wird und daß man diese Anordnung unter Bildung des langgestreckten Erzeugnisses strangpreßt und kaltbearbeitet.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer, Silber oder Nickel von der Außenfläche des reaktiven Metalls durch abbeizen entfernt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen den benachbarten Oberflächen so dimensioniert ist, daß der Eintritt von Ofengasen während der Vorerhitzung vor dem Strangpressen auf ein Minimum gehalten wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer, Nickel öder Silber in Form eines ringförmigen Einsatzes vorliegt.
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14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche
10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer, Nickel oder
Silber in Form einer Beschichtung auf die Oberfläche des reaktiven Metalls vorliegt.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindung zwischen den Bestandteil bildenden Elementen durch einen
separaten Erhitzungsschritt vor dem Strangpressen gebildet wird.
16. Verfahren nach eienm oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindung zwischen den Bestandteil bildenden Elementen während des Strangpressens gebildet wird.
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