DE2836735A1 - Nickellegierung und deren verwendung - Google Patents
Nickellegierung und deren verwendungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Nickellegierung, die für das Heizelement
eines Glühkörpera bzui. einer Glühkerze brauchbar ist, die in einen
Verbrennungsmotor eingesetzt wird, z.B. einen Dieselmotor.
In den letzten Jahren let die Zahl der Kraftfahrzeuge mit Dieselmotoren
angestiegen. Dieselmotorsiueisen jedoch den Nachteil auf, da3 bei
kaltem Motor eine längere Zeit zum Starten erforderlich ist, die man abkürzen mächte. Zu diesem Zweck muß eine Glühkerze zum raschen Aufheizen
verwendet werden, deren Temperatur dadurch erhöht wird, daG man einen
starken elektrischen Strom durch das Heizelement leitet. Dafür ist folgendes erforderlich:
(a) Eine derartige Glühkerze zum raschen Aufheizen muß einen großen
positiven Koeffizienten der elektrischen Uiderstandstemperatur besitzen,
um die Dauer des Temperaturanstiegs abzukürzen und ein Zerspringen (physikalisch) durch Schmelzen infolge der starken Wärme zu verhindern;
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(ti)" diese Eigenschaften müssen lange beibehalten werden, wobei die
Vergröberung der Kristallkörner bei den hohen Temperaturen und ihr
Hochtemperaturabbau durch Expansion und Schrumpfung infolge Aufheizen
und Abkühlen minimal sein müssen. FOr die Forderung (a) muß das Heizelement
der Glühkerze einen elektrischen Ldlderstandsuert bei 8DQ bis
1DDQ 0C (d.h, im praktischen Temperaturbereich der Heizelemente)
besitzen, der mindestens dreimal größer als bei etuia 20 °C ist. !denn
ein reines Metall, z.H. reines Micke! (dieses Nickel(denoting
nickel) enthält im allgemeinen adeniger als 0,5 Gewichtsprozent Mangan,
Silizium und Mobalt und weniger als 0,1 Gewichtsprozent Verunreinigungen),
als Heizelement verwendet wird, werden die Mristallkärner des Wickels
bei hohen Temperaturen größer, so daß sin Abbau des Nickels eintritt.
Ferner ist ein derartiges reines Metall oxidationsanfällig und nicht
beständig. Auch wird die Festigkeit eines derartigen reinen Metalls bei hohen Temperaturen beeinträchtigt,, wobei es zu einem Bruch kommen
kann. Demgemäß kann ein derartiges Heizelement nicht die vorstehend
anqegebene Forderung <b) erfüllen, !denn ein aktiver Zusatz, wie Chrom,
mit reinem Wickel unter Bildung einer festen Läsung gemischt wird,
kann die Beständigkeit des Metalls beibehalten werden, jedoch liegt das Verhältnis des elektrischen Uliderstands bei hohen Temperaturen gegenüber
dem Wert bei Raumtemperatur unter 3, so daß ein rasches Aufheizen nicht möglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nickellegierung für Heizelemente
für Glühkerzen vorzusehen, die die vorstehend bEschrisbcnen Wachteile
nicht aufweist, einen großen positiven Temperaturkaeffizienten des
elektrischen Widerstands beibehält (temperature electrical resistance coefficient bzw. coefficient of electrical resistance-temperature),
•wobei die Uergröberung der iKristallkörner bei hohen Temperaturen und
der Abbau bei hohen Temperaturen verhindert werden können und wobei die Nickellegierung ausreichende mechanische Festigkeit besitzt.
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Ea wurde nun festgestellt, da0 man ein Heizelement, das beide Forderungen
(a) und (b) erfüllt, dadurch erhalten kann, daß man zu reinem Nickel
2 Gewichtsprozent oder weniger eines metallischen Elements zugibt, das
mit Nickel keine feste Lösung bildet.
Die Erfindung betrifft also eine Ni-Legierung für Heizelemente für Glühkerzen.
die aus reinem Nickel und 0,05 bis 2,0 Gewichtsprozent eines Metalls,
wie Yttrium, Zirkon oder Ruthenium, das keine feste Lösung mit Nickel
bildet, besteht oder diese Komponenten enthält.
Eb zeigen:
Figur 1 eine Mikrofotografie eines Querschnitts der Probe 1 des nachstehenden
Beispiels;
Figur 2 eine Mikrofotografie des Querschnitts der Proba 2 des nachstehenden
Beispiels und
Figur 3 eine Mikrofotografie des Querschnitts der Probe 3 des nachstehenden
Beispiels.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß man aine
geeignete Menge von Kri9tallkörnsrn eines metallischen Elements, des
keine feste Lösung mit Nickel bildet, in den Zwischenräumen zwischen
den Kristallkörnern von reinem Nickel dispergiert; dadurch kann das Wachstum der Größe bzw. die Vergröberung der Kristallkörner des reinen
Nickels bei hohen Temperaturen von ζ οB9 etwa 1000 0C verhindert werden,
ohne daß der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstands von reinem Nickel wesentlich beeinträchtigt wird; das führt zu einer
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Erhöhung der Festigkeit des reinen Nickels bei hohen Temperaturen, so
daß es in vorteilhafter Weise zu keinem physikalischen Bruch bzw.
Zerspringen des Heizelements kommt.
Die vorliegende Erfindung sieht also eins Nickellegierung mit insbesondere
99,95 bis 9B,0 Gewichtsprozent Nickel und D,G5 bis 2 Gewichtsprozent
eines zusätzlichen Metalls vor, das keine feste Lösung mit dem Nickel
bilden kann.
Beispiele für geeignete zusätzliche Metalle, die verwendet werden können,
sind Yttrium, Zirkon, Ruthenium, Mischmetall (ein legierender Zusatz mit
einem Gehalt an 40 bis 50 Gewichtsprozent Cer und 2D bis kO Gewichtsprozent
Lanthan, Rest z.B. Neodym) und Seltenerden, wie Lanthan, Der,
Praseodym und Neodym. Diese zusätzlichen Metalle können entweder allein oder in Kombination verwendet werden. Die Menge des zusätzlichen Metalls
liegt im Bereich von 0,G5 bis 2,G Gewichtsprozent. Wenn die Menge des
zusätzlichen Metalls kleiner als 0,05 Gewichtsprozent ist, kann die
Vergröberung der Kristallkörner der Nickellegierung nicht verhindert
werden, wobei ein Zerspringen eintreten kann. Wenn andererseits die
Menge des zusätzlichen Metalls mehr als 2,Q Gewichtsprozent beträgt,
tritt eine intergranulare bzw. Zwischenkomausfällung bei hohen
Temperaturen von z.B. etwa 100Q 0C ein, wobei der Abbau beschleunigt
werden kann. Ferner wird die Nickellegierung zu hart, und die Metalllegierung ist schwer zu verarbeiten. Schließlich fällt der Temperaturkoeffizient
des elektrischen Widerstands der Nickellegierung klein aus; sie kann nicht als Heizelement für Glühkerzen verwendet werden.
Da das zusätzliche Metall, das zwischen den Kristallkörnern des Nickels
dispergiert ist, eine Zunahme der Nickelkristallkorngröße verhindert,
können sich die Kristallkörner nicht wesentlich vergröbern, wobei eine
Herabsetzung des Bruchpunktes bzw. der Fließgrenze der Nickellegierung
verhindert wird. Dadurch können ein Abbau und eine Oxidation des
Heizelements verhindert werden.
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Bevorzugte zusätzliche Metalle sind Yttrium, Zirkon und Ruthenium.
Wachstehend wird die Erfindung durch ein Beispiel näher erläutert.
Es tjurden Nickellegierungen mit den Zusammensetzungen 1 bis 5 der
folgenden Tabelle I durch Vakuumschmelzen in einem Vakuum von 10" mm Hg
bei einer Temperatur von etua 1500 0C hergestellt. Jede Legierung uiurde
zu einem runden Draht mit einem Durchmesser von 0,2 mm verarbeitet.
Der spezifische elektrische Widerstand bei 15 und 800 0C dieser runden
Drähte ist in Tabelle II uiedergegeben. Die Proben 1, 2 und 5 wurden
jeweils bei 1100 0C 10 h lang in Luft erhitzt; es wurden Mikrofotografien
der Querschnittsstrukturen dieser Proben bei einer Vergrößerung von
gemacht. Die Mikrofotografien sind in den Figuren 1, 2 und 3 wiedergegeben.
Metall Zusammensetzung
Zusatz Y:O,if Zr: 1,0 Ru: 20 MiBchmetall reines Ni
: 0,2
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Koeffizient des elektrischen Widerstands bei angegebener Temperatur
15 0C
BOQ 0C
Probe
B,5D 8,63 8,37 8,31 38,6 35,1 40,5 i»1,6
in
ti l
cm
Aus den Ergebnissen der Tabelle II ergibt sich, daß der Temperaturkoeffizient
des elektrischen Widerstands der Nickellegierung im Beispiel kaum
beeinflußt uurde; nach den Figuren 1, 2 und 3 mar die Vergröberung der
Kristallkörner merklich kleiner als bei reinem Nickel. So uurden eine
Verminderung des Bruchpunkts als auch ein Abbau und eine Oxidation verhindert.
Durch Zugeben von 0,05 bis 2,0 Gewichtsprozent eines metallischen
Elements, das keine feste Lösung mit Nickel bilden kann, zu reinem Nickel, können also eine Vergröberung der Kristallkörner und ein Abbau bei hoher
Temperatur verhindert werden, ohne daß der hohe positive Temperaturkoeffizient
des elektrischen Widerstands beeinflußt wird. Da die Nickellegierung
eine höhere mechanische Festigkeit als reines Nickel besitzt, kann die
Legierung zu einer Spirale mit gewünschtem Steigungsmaß (pitch) verarbeitet
werden; die Legierung ist daher für Heizelemente für Glühkerzen sehr geeignet.
Die Offenbarung umfaßt auch den parallelen englischen Text.
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Leerseite
Claims (3)
1. Nickellegierung, gekennzeichnet durch 0,05 bis 2,0 Gewichtsprozent
eines zusätzlichen Metalls, das keine feste Lösung mit Nickel bilden
kann, Rest Nickel.
2. Nickellegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Yttrium, Zirkon,
Ruthenium und/oder deren Mischungen als zusätzliches Metall.
3. Verwendung der Nickellegierung gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche für Heizelemente für Blühkerzen.
NGK-P120878
909810/0808
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