DE335887C - Verfahren zur Herstellung einer Legierung aus Zirkonium und Eisen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung einer Legierung aus Zirkonium und Eisen. Die Erfindung bezieht sich auf eine neue Legierung und ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Legierung besteht im wesentlichen aus Zirkonium und Eisen, wobei zweckmäßig .4o bis 9o Prozent Zirkonium verwendet werden. Außerdem kommen zweckmäßig gewisse Mengen von Titan zur Verwendung und in gewissen Fällen kleine Mengen von Aluminium. Aus dieser Legierung wird vorzugsweise ein Glühfaden für elektrische Lampen hergestellt.
• Die Erfindung bezieht sieh weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Legerungen, wenn: die Zirkonium- und Eisenverbindungen in Gegenwart von Titanverbindungen reduziert werden, so daß kleine 'Mengen von metallischem Titan in der Legierung hergestellt werden.
• Es sind bereits zahlreiche Versuche vorgenommen worden, um Legierungen aus Zirkonium herzustellen, welches zu brauchbaren Gegenständen geformt werden kann. Alle diese Versuche schlugen bisher fehl. Das Zirkoniuni ist ein harter, bröckliger Stoff, der in verschiedenen albtropischen Formen vorkommt, von denen alle leicht brüchig sind und nur wenig oder gar keine Dehn- und Streckbarkeit besitzen, Diese Eigenschaften. weisen auch alle Legierungen oder Metallinischungen auf. die bisher Zirkonittm in kleinen Mengen enthalten. Weiterhin war es äußerst schwierig, das Zirkonium mit anderen Metallen durch direkte Hinzufügung des einen Metalls zu dem anderen behufs Erzeugung von gleichförmigen und homogenen, dehnbaren sowie streckbaren Stoffen herzustellen. Es konnten somit bisher keine Stoffe hergestellt werden, die mit «Metallbearbeitungsmaschinen, wie beispielsweise durch Ziehen, Schmieden, Walzen u. dgl., behandelt werden können. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser bisher direkt hergestellten Legierungen verhinderten eine derartige Bearbeitung.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung werden regelrechte Legierungen aus Zirkonium mit Eisen oder einem anderen Metall der Eisengruppe durch gleichzeitige Reduktion der Metallbestandteile hergestellt, die in VTerbindungen enthalten sind. Unter diesen Umständen vereinigen sich das Zirkonittm und die Metalle der Eisengruppe leicht zu homogenen Legierungen von verschiedener Zusammensetzung, .die von den relativen Mengen der zur Verwendung kommenden Stoffe und den Reduktionsarten abhängt. Die hierdurch hergestellten Legierungen sind von bisher unbekannter Art. Sie zeigen praktisch keine Neigung zu otydiesen und sind in hohem Grade .gegen die meisten chemischen Einwirkungen widerstandsfähi-. Im Aussehen sind sie regelrecht metallisch, und sie können zu massiven Körpern 'gefertigt «erden, die nach dem Schleifen irnd Polieren blanke metallische Flächen von stahlartigem Silberglanz aufweisen. Es können Legierungen hergestellt werden, die zähe und schmiedbar sowie dehnbar in größerem oder geringerem Maße sind. Die erwähnten L_,-gierungen können zu den verschiedensten Gegenständen gestaltet werden.
• Ein wichtiges Anwendungsgebiet dieser Legierungen ist die Herstellung von gezogenen Glühfäden oder anderen Leuchtkörpern für elektrische Lampen. Die Glühfäden haben beim Gebrauch die Eigenschaft einer selektiven Strahlung, d. h. sie senden mehr Licht aus, als dies der Temperatur entspricht. Die Glühfäden, die aus der Legierung nach der Erfindung hergestellt «.erden, -können zur Anfertigung von Lampen dienen, die pro Kerzeneinheit eine bedeutend geringere Wattanzahl als bisher erfordern. Die Glühfäden besitzen einen verhältnismäßig hohen Grad von Leuchtkraft bei verhältnismäßig geringer Temperatur und sind somit sehr brauchbare Lichtquellen. Wenn auch andere Metalle der Eisengruppe als Eisen selbst verwendet werden können, wie beispielsweise Nickel, Kobalt oder Mangan oder Legierungen von diesen Stoffen, so sind doch diese Stoffe im Rahmen der Erfindung nicht so brauchbar, wie das Eisen selbst. Für den vorliegenden Zweck ist das Eisen das brauchbarste Metall der Eisengruppe. Die Mengenverhältnisse von Zirkonium und Eisen in den Legierungen können verschieden sein. Für die meisten Zwecke ist es wünschenswert, Mengenverhältnisse zu haben, die Legierungen liefern, welche schmiedbar und dehnbar sind oder eine gute Zugfestigkeit haben.
• Für binäre Zirkoniuni-Eisen-Legierungen soll die Menge an Zirkonium nicht unter 40 Prozent hinabsinken, da bei einem geringeren Prozentsatz dieses Metalls die vorteilhaften Eigenschaften der Legierungen nicht genügend zur Erscheinung kommen. Höhere Prozentsätze mit Zirkonium in diesen binären Legierungen sind aus verschiedenen Gründen noch wünschenswerter, und Legierungen, die. 6o bis go Prozent Zirkonium mit 4o bzw. io Prozent Eisen enthalten, liefern die besten Eigenschaften. Die ausgezeichneten Wirkteigen dieser Zirkoniurnlegierungen können in bedeutendem Maße durch Hinzufügung kleiner ,Mengen von Titan erhöht werden, und

  Zirkonium . . . 65,75 Prozent 8,43 Prozent 32,97 Prozent

  Eisen . . . . . . 26,39 - 9097 - 49,2= -

  Titan . . . . . . 0,z2 - 0113 - 0,422 -

  Ahunium . . . , 7,71 - 0,47 - 17,40 -

  Die beschriebenen Legierungen sind im wesentlichen Eisen-Zirkonium-Legierungen, und die anderen Metalle spielen eine unterzwar entweder durch Reduktion des Titans mit anderen Bestandteilen oder durch eine besondere Hinzufügung des Titans zu einer vorher hergestellten Legierung. Die brauchbare Menge von Titan ist nicht fest beschränkt, jedoch werden sehr kleine Mengen die besten Wirkungen herbeiführen. So werden beispielsweise nur o,io Prozent Titan in einigen Fällen verwendet, und es ist selten für die meisten .7wecke notwendig, daß der Titangehalt 2 oder 3 Prozent übersteigt. Diese kleinen Mengen von Titan bedingen eine erhöhte Festigkeit und Zähigkeit der Zirkoniumlegierungen und erhöhen ihre elektrischen Eigenschaften. Die Ziehbarkeit und Hämmerbarkeit wird ebenfalls gesteigert. Bei der Herstellung dieser Legierungen durch Reduktion der zusammengesetzten Metalle hat (las Vorhandensein der Titanlegierungen in der Reduktionsmischung die nützliche Wirkung, eine ungünstige Beibehaltung von Sauerstoff oder Sauerstoffverbindungen in den geschmolzenen Stoffen zu verhindern. Das Vorhandensein von Titan wirkt weiterhin dahin, Stickstoff, Kohle und andere Metalloide von der hergestellten Legierung fernzuhalten. Sauerstoff und andere lletalloide haben nämlich auf die Hämmerbarkeit, Ziehbarkeit und das Gefüge ungünstige Wirkungen. Dreistoffige Legierungen, welche eine gewisse Menge von Titan mit vorwiegenden 1lengen von Zirkonium und Eisen: enthalten; besitzen entschiedene '\Torziige über die einfachen binären Legierungen. Die Hinzufügung kleiner Mengen von anderen Metallen, wie beispielsweise Aluminium, Koltimbium, Niobiuni usw., bewirkt vierstoffige und noch höhere Zusammensetzungen von Zirkonium-Eisen-Legierungen, welche für manche Zwecke besondere Vorzüge aufweisen und in denen die relativen Mengenverhältnisse von Zirkoniuin und Eisen oft mit Vorteil sich in größeren Grenzen verändern können als in den binären Zirkonium-Eisen-Legierungen. Es ist zu erwähnen, daß in allen diesen Legierungen der Zirkonium-Eisen-Gehalt gegenüber den anderen Metallen vorherrscht. Typische Analvsen von vierstoffigen Legierungen enthalten gemäß der Erfindung Zirkonium, Eisen, Titan und Altiminitim in folgenden -fengenverhältnissen: geordnete Rolle. Praktisch können diese Legierungen als Eisen-Zirkonium-Legierungen mit Eisen- oder dessen Äquivalenten, wie beispielsweise eisenreichen Legierungen, angesehen werden.
• Das Verfahren zur Herstellung der Legiertuigen gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen in der Reduktion von Verbindungeii, die Zirkoniuni und 1?isen in solcher Weise enthalten, daß die beiden Metalle einander in statte nascendi dargeboten werden. I's ist am besten, daß diese Reduktion im t-eisein einer eisenhaltigen T itanlegierung erfolgt, da, wie oben erwähnt, (las Vorhandensein kleiner -Mengen von Titan in der hergestellten Legierung besonders wertvoll ist, und (las Vorhandensein des Titans während der Reduktion ist aus den weiter unten anege g r - benen Gründen wünschenswert.
• Ein geeignetes Verfahren, h:i welchem zweckmäßig Aluminium in der Legierung vorhanden ist, besteht darin, gemischte Oxvde von Eisen und Zirkoniuni niit fein verteiltem Aluminium zu mischen. Bei der Herstellung einer Legierung von Eisen und Zirkonium, die ungefähr 44,7 Prozent Zirkonium enthält, veranschaulicht die folgende Gleichung die stattfindende Reaktion durch Altnilrnittni: 3ZrO._,+3Fe=Q,+5Al; =3 Zr Fe, -i- 5 A1=0, Das Reduktionsverfahren kann auch durch geeignete 1?rhitzung der gemischten Oxyde in einem Graphitschmelztiegel, wie beispielsweise durch eine Sauerstoffazetvlenflamme, oder auf elektrischem Wege erfolgen. Auch kann eine --Mischung von eisenhaltigem Titaneisenoxv(1 und mineralischen Zirkon oller anderen Zirkonium enthaltenden -Materialien, wie Zirkonium mit geeigneten 'Mengen von eisenhaltigen Titaninineralien, beispielsweise Rutil, Ihnenit, erhitzt werden. Auch können Flußinittel oder Zuschläge und Schlacken bildende Körper, wie beispielsweise Kieselerde, Natron usw., verwendet werden. Das Mineral Ilmenit ist ein für das vorliegende Verfahren zweckmäßig zur Anwendung kommender Titanstoff.
• Die auf die beschriebene @,#Teise hergestellte Legierung kann auf beliebige Art bearbeitet werden. Zur Herstellung von Glühfäden können die Legierungen in Form von Stangen, welche durch Gießen oder auf andere Weise gestaltet werden, auf die erforderliche Temperatur erhitzt, alsdann gewalzt, ausgezogen oder durch Stanzen auf die erforderliche Größe gebracht werden. Die Legierung wird zweckmäßig durch einen elektrischen Strom während des Ziehvorganges erhitzt. 11it (len Legierungen gemäß der Erfindung brauchen keine besonderen Vorsichtsmaßregein -etroffen-zu werden. tun eine Oxv dation während der =\rlieit zti vermeiden. Wo eine solche jedoch wünschenswert oder notwendig wird. kann die Arbeit im luftleeren Rauiii oder in indifferenter Atmosphäre erfolgen.
• Außer der Brauchbarkeit für Glühfäden von Glühlampen können die Legierungen auch zur Herstellung von Bogenstucken verwendet werden. Wie bereits erwähnt, strahlen die beschriebenen Stoffe mehr Licht aus, als (lies ihrer Temperatur entspricht. Da die Legierungen gegen Säuren und Verrosten widerstandsfähig sind, können sie zur Herstellung von verschieden gestalteten Körpern, wie beispielsweise Funkenleiter o. dgl., verwendet werden. Ein anderes Anwendungsgebiet für die Legierungen nach der Erfindung ist die Herstellung von Transforinatorelementen.
• Halogenverbindungen, wie beispielsweise Fluor- oder Chlorverbindungen, der verschiedensten Metalle können zur Herstellung der Legierungen durch Reduktion verwendet werden, ihre Verwendung bietet jedoch gegenüber den - Sauerstoffverbindungen der Metalle, -,vie oben erwähnt, keinen Vorteil.

Claims (1)

1. PATENT-ANSPRL CHE- i. Eine Legierung, bestehend aus nicht weniger als .4o Prozent und nicht mehr als 9o Prozent Zirkonium und Eisen oder einem Metall der Eisengruppe. Verfahren zur Herstellung der Legierung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Zirkoniurn Bei mischtingen enthält, die aus Verbindungen von Zirkonium und Eisen bestehen, und daß diese Metalle als Legierung reduziert werden. 3, -'erfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von Eisen und Zirkonitun, welches Beiinischungen aus Verbindungen von Eisen, Zirkonium und Titan enthält, wobei die hletälle aus den Beimischungen als Legierung reduziert werden. --erfahren nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet. daß die Beimischungen Legierungen von Eisen und Zirkonium mit metallischem Aluminium enthalten und bis zum Glühen erhitzt werden.