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Verfahren zur Herstellung von metallischen Stampf- oder Preßmischungen.
Die Herstellung von Legierungen, welche spröde Bestandteile enthalten, die an und
für sich mechanischer Bearbeitung durch Pressen, Walzen, Ziehen oder Hämmern unzugänglich
sind, und als einbettende Grundmasse eine mechanisch gut verarbeitbare Metallmischung
haben, sind in der Technik in großem Maßstabe zur Herstellung von Lagern für Maschinen
u. dgl. angewendet worden. Diese Legierungen sind durch Zusammenschmelzen erhalten.
Man ist darum, sowohl in der Wahl der Einlagerungsbestandteile als auch in der der
Grundmasse, dadurch außerordentlich beschränkt, daß die Bestandteile im allgemeinen
zusammengeschmolzen und dementsprechend geeignet sein müssen. Z. B. darf beim Ausgießen
eines Lagers der Schmelzpunkt der Masse nicht zu hoch sein. Es gelingt auch nicht,
Metalle von zu stark verschiedenem Schmelzpunkte, wie z. B. Zirkon und Kadmium,
durch Zusammenschmelzen zu legieren. Andere Metalle laufen im geschmolzenen Zustande
wie 01 und Wasser auseinander, wieder andere trennen sich bei der Erstarrung
voneinander und führen zu starken Saigerungserscheinungen, die die Metallmasse unbrauchbar
machen, und noch andere wieder ziehen sich bei der Erstarrung so stark zusammen,
daß große und verhängnisvolle Lunker entstehen.
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Eine grundsätzliche Neuerung demgegenüber brachte Friedrich, welcher
Legierungen herstellte unter Verwendung halbflüssiger Gemische aus flüssigen und
kristallinen Bestandteilen. Ein ähnliches Verfahren hat Masing in einer zu wissenschaftlichen
Zwecken durchgeführten Untersuchung angewandt. Er stellte sich feinkörnige zusammengepreßte
Mischungen von Metallpulvern her, die er dann erhitzte, wobei sich Legierungen bildeten.
Dabei war in fast allen Mischungen zum mindesten das eine Metall Kadmium, Blei,
Zinn, Zink oder Wismut, also Metalle, die weit unter 500' schmelzen. In anderen
Fällen benutzte er Metalle, die für sich allein zwar einen etwas höheren Schmelzpunkt
haben, deren Mischungen aber wegen der sich bildenden Eutektika ebenfalls weit unter
500'
zusammenschmolzen. Die einzige Ausnahme bildet das Meiallpaar Kupfer-Silber.
Hier erreichte die Erhitzungstemperatur nicht den eutektischen Punkt. Masing betonte
aber, daß das Produkt mit einem anderen, durch Zusammenschmelzen erzielten, völlig
identisch war.
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Endlich ist auch noch ein anderes Verfahren bekannt geworden, daß
auf einem Vorschlag von Guertler beruht, Blei-Eisen-Legierungen herzustellen durch
Erhitzen gemischter Pulver der beiden Komponenten. Auch hier beginnt die Masse bei
327' (dA Schmelzpunkt des Bleies) sich zu verflüssigen. Eine Erweiterung
dieses Verfahrens bringen die einige Jahre später liegenden Patentschriften
288571 und 288572, nach welchen feste Metalle oder nicht metallische Bestandteile
in Bleihäute von Gefäßen eingepreßt werden. Das Neue gegenüber Guertlers Ausführungen
besteht hier in der Sonderanwendung auf metallische Überzüge.
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Das Guertlersche Verfahren hat allgemeine Anwendung nicht finden können,
weil sich herausstellte, daß die aus den gepulverten Bleimischungen
erhaltenen
Produkte keine für die meisten technischen Zwecke genügende Kohäsion haben.
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Es ist uns nun gelungen, zu technisch wertvollen und auf anderem Wege
nicht erzielbaren Produkten zu gelangen, indem wir unter vollkommener Vermeidung
des flüssigen Zustandes gepulverte Bestandteile in inniger Mischung durch Druck
und Erhitzung vereinigen, wobei die Temperatur mindesf ens 500' betragen
muß, aber niemals die Schmelztemperatur des am leichtesten schmelzenden BestandtEiles
erreichen darf.
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Die Bestandteile sind metallischer Natur. Sie können entweder die
:Metalle selber sein oder durch chemische Bindung der Metalle iT:iteinander entstehende
sogenannte intermetallische Verbindungen sie Stannide, Antimonide USW.
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Die Temperatur wird mit voller Absicht so niedrig gehalten, daß auch
nicht Teile des C emisches schmelzen, um zu verhüten, daß etwa unerwünschte Zustände
entstehen, die sich beim Zusammenschmelzen ohne weiteres herausbilden würden, die
aber die Eigenschaften des Produktes ungünstig beeinflussen würden. So entstehen
in vielen Legierungen Mischkristalle, die beispielsweise eine sehr viel schlechtere
elektrische Leitfähigkeit haben als das frei nebeneinander gelagerte Gemisch der
einzelnen Komponenten. In anderen Fällen entstehen beim Zusammenschmelzen Verbindungen
von außeordentlich spröden oder chemisch angreifbaren Kristallen, die die Brauchbarkeit
der gesamten Legierung zu technischen Zwecken stark herabdrücken. In noch anderen
Fällen schließlich werden Kristalle besonderer metallischer Verbindungen, die man
aus irgendwelchen Gründen, etwa wegen ihrer schönen Farbe, ihrer magnetischen Eigenschaften,
ihrer hohen Härte usw., in der Legierung wünscht, durch Auflösen in einer geschmolzenen
Metallmasse zersetzt. Durch Vermeidung des geschmolzenen Zustandes können alle diese
Vorgänge entweder gänzlich oder doch so weit unterdrückt werden, daß sie nicht mehr
stören.
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Anderseits soll die Temperatur oberhalb 5oo ° liegen. Es hat sich
durch unsere Versuche ergeben, daß die Wirkung der Temperaturerhöhung in solchen
Mischungen eine zweifache ist. Einmal besteht sie in der Erhöhung der Plastizität
und zweitens in der Belebung der sogenannten Einformungsprozesse. Beide Funktionen
gehen nebeneinander her und sind unabhängig voneinander. Früher hatte man gemeint,
die Erhöhung der Plastizität allein sei genügend. Die Plastizität der Metalle steht
in enger Beziehung zu ihrem Schmelzpunkt. Das leicht schmelzende Blei ist bei gewöhnlicher
Temperatur bereits so plastisch wie das schwerer schmelzbare Kupfer bei Rotglut
oder das Wolfram bei Weißglut. Die zur Erreichung der Plastizität notwendige Temperatur
ist also bei den Metaller. völlig verschieden. Man kann also eine hohe Plastizität
auch ohne Anwendurg hoher Temperatur feststellen, wenn man ein genügend leicht schmelzbares
Metall wählt. Ganz anders aber ist es mit der Belebung der Einformungsprozesse.
Diese hängen von der Temperatur in einer Exponentialfunktion ab. Die Abhängigkeit
ist nahezu die gleiche für die verschiedenen Metalle. Die Einformungsprozesse werden
bei allen Metallen erst in genügender Hitze lebhaft. Es handelt sich hier um eine
allgemeine, vom Material unabhängige Funktion. Metalle mit zu niedrigem Schmelzpunkt
erreichen also die Temperaturgebiete lebhafter Einformung überhaupt nicht, weil
sie vorher schmelzen. Das Wesen der Einformungsprozesse besteht nun aber darin,
daß ein lebhafter molekularer Umbau im Raumgitter der einzelnen Kristalle innerhalb
der Legierungen einsetzt. Grüppen kleinerer sich berührender Kristalle vereinigen
sich zv großen Individuen. Mit diesen Vorgängen muß die Herstellung eines besonders
innigen Zusammenhanges notwendig verbunden sein (Sintern, Fritten). Auch wo Kristalle
verschiedener Art nebeneinanderliegen, beginnen sie alsbald einen solchen Austausch
der Moleküle, soweit nur eine, wenn auch geringe gegenseitige Fähigkeit von Mischkristallbildung
vorliegt. Auch hier ist mit dem gegenseitigen Austausch ein inniges Verwachsen verbunden.
Zur Erzeugung eines inneren Zusammenhaltes ursprünglich loser Preßmischungen sind
solche Vorgänge notwendig. Stoffe, die mit dem Ausgangsmetall unter den vorliegenden
Bedingungen weder Verbindungen noch Mischkristalle bildenundobendreinwegenihrerspröden
metalloidischen Natur die für plastische Metalle charakteristischen Einformungsvorgänge
nicht zeigen, lassen sich nach dem hier geschilderten Verfahren nicht behandeln.
Das Versagen der Blei-Eisen-Mischungen konnte jetzt dahin aufgeklärt werden, daß
auch diese Gemische nur dann innig und haltbar verwachsen würden, wenn man sie auf
lebhafte Rotglut bringen könnte, was ja der Bleigehalt ohne Schmelzung nicht zuläßt.
Die Erkenntnis, daß man wirklich technisch brauchbare Legierungen erhält, wenn man
solche Metalle wählt, die sich genügend hoch erhitzen lassen, ohne zu schmelzen,
war wesentlich.
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Nach dem oben Ausgeführten sind die nach unserem Verfahren erzeugten
Produkte solche, die unter Benutzung des flüssigen Zustandes entweder überhaupt
nicht oder nicht von gleichem chemischen Aufbau und Eigenschaften hergestellt werden
können.
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Unsere Produkte sollen Verwendung finden vor allem zu Lagermetallen,
Zündmetallen, Schmuckmetallen, porösen Körpern, Elektrizitätsleitern
und
Magneten von besonderen Eigenschaften.