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Herstellung von duktilem Chrom Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung von duktilem Chrom, dessen. Erzeugung bisher außerordentliche Schwierigkeiten
bereitete. Die für andere schwer schmelzende Metalle, z. B. Wolfram, zum Ziele führenden
Wege haben .sich für Chrom nicht als durchführbar erwiesen.
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Gemäß der Erfindung wird reines gepulvertes metallisches Chrom zu
einer Stange geformt, und die Stange wird sodann zwecks Entfernung von adsorbierten
und absorbierten Gasen langsam unter hohem Vakuum erhitzt. Danach wird die Temperatur
zwecks Sinterung der Teilchen zu einer festen Masse bis auf etwa 1200' C gesteigert.
Nach eingetretener Sinterung wird der Kärger einer noch höheren Temperatur ausgesetzt,
die dicht unterhalb des Metallschmelzpunktes liegt, und zwar unter ständiger Beibehaltung
des hohen Vakuums für eine genügend lange Zeit, um die Einzelteilchen des gesintertem.
Körpers miteinander verschweißen zu lassen. Die so behandelte Stange wird darin
schließlich mechanisch .durch Schmieden, Hämmern, Walzen oder Ziehen bei 6oo bis
8oo° C duktilisiert.
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Die Erfindung sei im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert, die
Mittel zur Durchführung des Verfahrens andeutet; und zwar zeigt Abb. i einen Aufriß
der zum Sintern und Behandeln dienenden Öfen, in denen sich die verschiedenen Verfahrensstufen
abspielen, Abb. 2 einen Querschnitt nach Linie II-II f in Abb. i.
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Bei der Behandlung von Chrom nach dem neuen Verfahren geht man vorteilhaft
von Chrom in möglichst reiner Form aus. Es hat sich gezeigt, daß die verlangte Reinheit
am besten dann gesichert ist, wenn zur Erzeugung des Chrompulvers das Verfahren
nach Patent ¢4a 639 angewendet wird. In kurzen Worten betrifft dieses Verfahren
die Reduktion von Metalloxyden (mit Ausnahme der Alkalimetalle) durch Zusammenwirken
einer ein Halogen enthaltenden Verbindung eines Alkalimetalls oder Erdalkahmetalls,
vorzugsweise enes Haloids derartiger Metalle und eines Alkalimetalls. Die Reduktion
erfolgt in einer geschlossenen Bombe, die auf eine Temperaturgebracht wird, bei
der die verlangte chemische Reaktion sich abspielt. Bei: der Anwendung dieses Verfahrens
auf die vorliegende Erfindung wird Chromoxyd zusammen mit Calcium, Chlorid und Natrium
in die Bombe eingesetzt; dann erfolg Erhitzung auf Reaktionstemperatur.
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Das erzielte Chrompulver ist rein, und weil Reinheit des Ausgangsstoffes
eine erstrebenswerte Voraussetzung für die erfolgreiche Durchführung dieses Verfahrens
ist, sollte vorzugsweise das in dieser Art erzeugite Pulver benutzt werden. Jedoch
könnten auch andere Verfahren für die Erzeugung des Pulvers Benutzung finden.
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Beim Ausgehen von reinem- Chrompulver
besteht die
.erste Stufe des Verfahrens im
einem Zusammenballen oder in einer Zusamnienpressung
des Pulvers zu einer Stae oder einem festen. Stück. Durch diese, Varbehandlung des
Stoffes wird die weitere Behandlung beträchtlich er1eiclitert.
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Danach wird das geformte Chrompulver auf ein Moiyb.däjiblech gebracht
und damit in einen Hochfrequenzsinterofen hesondever Art gebracht. Die besonders
hierfür angewandte Ofenbauart ist im Patent 395 831 der Westinghouse Lamp Company
beschrieben. Das geformte Chrom, das auf dem Molyb@d;änblech g (Abb. 2) liegt, wird
in eine Molybdänröhre 5 gebracht, die in einem Abstand von der schraubfärmig gewundenen
Leiter 6 liegt. Durch diesen, wird ein Hochfrequenzstrom aus ei;n:er ,geeigneten,
nicht dargestellten Euergiequelle mit Hilfe der Einführungsdrähte 7 hindurch-geschickt.
Diese Apparatur ist in einer aus Glas- oder. -aus .sonst-, geeignetem Stoff bestehenden
Hülle 8 .e@ugeschlossen, deren eines Ende durch sein. Rohr 9 an eine Diffusionspumpe
angeschlossen ist.
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Nachdem Luft, okkludierte Gase usw. aus der Hülle so weit entfernt
sind, daß praktisch keine Gasreste verbleiben, d. h. wenn ein hohes Vakuum erzielt
ist, wird die Sinterung der zusammengepreßten Chrommasse zu einer festen Masse,
die eine lemchte Behandlung zuläßt, dadurch vollendet, daß, !die Temperatur des
Ofens auf etwa i 2o' C erhöht wird. Diese Hitzebehandlung läß t man so lange andauern,
bis die gewünschte Sinterung des Stoffes bewirkt worden ist.
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Es muß besonders hervorgehoben werden; daß die S,interung in einem
hohen Vakuum bewirkt wird, und daß nicht eine Hitzebehandlung in :einer reduzierenden
Atmosphäre in. Betracht kommt. Wenn nicht die äußerste Sorgfalt ,angewendet wird,
um ein hohes Vakuum zu sichern, so kann sich Chromoxyd bilden, oder ,das. Chrom
kann in anderer Weise verunreinigt und die Reinheit des Erzeugnisses auf diese Weisse
vernichtet werden. Führt man aber die beschriebene Behandlungslweise durch, so wird
schädigenden Substanzen keine Möglichkeit geg eben, sich mit dem Metall zu verbinden
und' zu veranlassen, daß es in eineu Zustand gelangt, der das nachfolgende Bearbeiten
ausschließen könnte.
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Nachdem das Metall für den verlangten Zusammenhang ausreichend ;gesintert
und nachdem dabei die Reinheit des Metalls,. durch die Behandlung - im hohen Vakuum
bewahrt worden ist, wird der Strom abgeschaltet, und man läßt das Erzeugnis im Ofen
abkühlen, und zwar unter Aufrechterhaltüüng eines hohen Vakuums. Das Erzeugnis.
kann, dann ungefährdet aus dem Vakuumofen herausgenomman werden, nachdem es sich
auf eine Temperatur unterhalb seiner gewöhnlichen Oxydationstemperatur bzw. auf
Raumtemperatur abgekühlt hat. Wenn- oben :eine ziemlich spezielle Behandlungsart
für das Sintern des Chroms angegeben worden ist, so ist doch klar, daß mancherlei
andere Verfahren zum gleichen Zweck Verwendung finden könnten und daß durch deren
Benutzung für bestimmte Fälle der Erfindungsbereich nicht verlassen wird.
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Wenn das gesinterte Erzeugnis nach Aufhören der Oxydationsgefahr den
Sinterofen verlassen hat, wird es einer weiteren Hitzebehandlung in einen anderen,
besonders ausgebildeten Ofen unterworfen, dessen Anwendung sich als zweckmäßig erwiesen
hat "und der für folgenden beschrieben wird.
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Um das Verfahren zu verdeutlichen, möge vorausgesetzt werden, daß
der Ofen (Abb.-i ) eine äußere kugelförmige Hülle i i aus nichtleitendem Stoff,
wie Glas, hat, die mit drei Öffnungen 12-; 13 und i q. versehen ist. Die
beiden Öffnungen 13 und i q. sind: an den beiden Enden der Hülle, angebracht, während
die Öffnung 12 seitlich liegt- und durch ein Rohr 15 mit einer nicht dargestellten
Vakuumpumpe verbunden ist. Die Öffnungen 13 und 1q. sind durch zwei eiserne
Stopfen 16 und 17 geschlossen, die bei, r8 und: i9 ausgehöhlt sind, um die D,uurchführung;
eines Kühlmittels zu gestatten und eine unzulässige Erhitzung der Stopfen zu verhüten.
Der Umlauf des Kühlmittels kann durch Rohre 21 und 22 erfolgen, von denen ein- Paar
an jedem Stopfen vorgesehen ist. Die Stopfen sind in die Öffnungen eingesiclilifferi
oder sonstwie derart eingebracht, da.ß ein luftdichter Abscbluß erzielt wird. An
den Stopfen r können Klemmanschlüsse 23, 24 befestigt sein, und es können Zuleitungsdrähte
25, 26 durch Anklemmen oder Anlöten damit verbunden sehn. Zur Unterbringung des
gesinterten Stoffes in richtiger Stellung im Ofen- kann eine entsprechend ,gestaltete
KIIemme 27 beliebiger geeigneter Art benutzt werden. Zweckmä.ßi,g benutzt man eine
Federklemme und befestigt sie wie dargestellt am oberen Stopfen aus Gründen, die
sich durch das Folgende ergeben. Eine Quecksilbermenge 32 füllt den unteren Teil
der Hülle i i, und .eine Federklemme 33 möge den Kontakt zwischen dein Quecksilbersumpf
und der gesinterten Stan&g aufrechterhalten. Die Länge der Klemme 33 isst so
ausrechend bemessen, daß sie immer Kontakt mit dem Q ueckslberbade hält, trotzdem
die" gesinterte Masse während: der Behandlung beträchtlich schrumpft.
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Die gesinterte Masse aus Chrom wird im Ofen durch -d"e Klemme 27 befestigt.
Ist die höchste mittels einer Diffusionspumpe erreichbare
Vakuumstufe
:erreicht, so wird der Strom eingeschaltet. Die Zeitdauer, während welcher man den
Strom. durch den Stoff tli;eßen läßt, ändert sich nach dein Ausmaß, bis zu dein.
der Sintervorgang geführt werden soll. Gewöhnlich genügen i o bis 15
Minuten,
vorausgesetzt, daß der Strom sich in Werten bewegt, die sich auf 8o bis 9o
%
dem »Schmelzstrom« annähern. »Schmelzstrom« soll den Stromwert bezeichnen,
der ausreicht, eine gesinterte Stange des unter Behandlung stehenden Gutes zum Abschmelzen
zu bringen. Jedenfalls wird die Behandlung des gesinterten Stoffes im zweiten Ofen,
der der »Behandlungsofen« genannt werden möge, so weist geführt, bis die einzelnen
Teilchen des Körpers in geeigneter Weise zusammengeschweißt sind. Es zeigt sich,
daß das so gewonnene Chrom sehr stark zusammenhängend, zäh und weniger der Gefahr
des Springens bei ungleichmäßiger Erhitzung und Abkühlung unterworfen ist, daß es
ferner fast seine Sprödigkeit und Härte vollständig verloren hat, so daß es bei
Erhitzung auf Hellrotglut leicht mechanisch bearbeitet werden kann, z. B. durch
Gesenkschmieden, Walzen, Hämmern, Ziehen o. dgl., um es duktil zu machen. Weiter
erweist sich das Erzeugnis als im wesentlichen frei von irgendwelchen Verunreinigungen,
die die Bearbeitbarkeit vernichten könnten. Wenn keine große Festigkeit für das
fertige Erzeugnis erforderlich ist, so kann das Metall beispielsweise in einem Röhrenofen
erhitzt und auf die verlangte Gestalt gehämmert, geschnitten oder zu Platten oder
Blechen gewalzt werden, und aus diesen Platten können Teile beliebiger Umrißform
ausgestanzt werden, sofern man nur das Metall nach Maßgabe der obigen Vorschriften
vorbereitet und alle Vorgänge bei genügend hoher Temperatur ausgeführt hat. Soll
eine Anzahl gleicher Stücke gefertigt werden, so kann Gesenkschmieden in Frage kommen.
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allgemein ist zu sagen, daß das schmiedbare Metall umso duktiler wird,
je mehr es mechanisch bearbeitet wird, sei es durch Formschmieden, Walzen oder Ziehen.
Diese Vorgänge können nach irgendeiner der erprobten Weisen ausgeführt werden, wie
sie bei Bearbeiten von schwer schmelzenden Me tallen, wie Wolfram u. dg1., in Anwendung
sind. Es zeigt sich, daß die kristallinische Struktur des durch mechanische Behandlung
erzeugten Chroms, wenn die Bearbeitung weit genug geführt wird, sich geändert hat.
Die Kristalle sind durch die Deformation gestreckt oder abgeflacht. Brei der mechanischen
Bearbeitung des Chroms maß Sorge getragen werden, daß der Metallkörper heiß bleibt,
jedoch darf die Temperatur, auf welehe -die Erhitzung-getrieben wird, nicht übermäßig
sein. Wenn die Temperatur nicht in jeeigneter Weise geregelt wird, geht das Metall
wieder in den Zustand der Sprödigkeit über.
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Die Behandlungstemperatur soll in der Nähe von 8oo° C liegen. Diese
Temperatur kann während der mechanischen Behandlung des Metalls etwas abfallen.
Die Größe des Abfalles aber hängt mehr oder weniger von der Größenminderung in.
der Form des Stoffes auf seine endgültige Gestalt hin ab, die während der Zeit herbeigeführt
wird, in der der Stoff am stärksten erhitzt ist.
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Hieraus ergibt sich, daß durch das neue Verfahren duktiles Chrom .erzeugt
wird, ein Erzeugnis, das, soweit der Erfinderin bekannt, niemals in einem praktisch
durchführbaren Verfahren bisher erzeugt werden konnte. Das Erzeugnis ist für viele
Zweige der Technik vielseitig anwendbar, insbesondere für die Herstellung elektrischer
Vorrichtungen, wie elektrischer Glühlampen, weil es als Stoli für Einführungsdrähte
Verwendung linden kann.
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Der Erfolg, das Chrom, duktil zu machen, rührt wahrscheinlich in hohem
Maße daher, daß dass Metall während: der Hitzebehandlung, die ja in einer durch
das hohe Vakuum dargestellten »indifferenten« Umgebung durchgeführt wird, im Zustand
der Reinheit verbleibt, und daß es durch eine derartige Behandlung möglich ,gewesen
ist, gewisse Verunreinigungen, wie Sauerstoff und Kohlenstoff, zu verhindern, sich
mit dem Metall zu verbinden oder zu vermischen. Soweit ermittelt werden konnte,
führt der allerhöchste Grad von Vakuum zu den besten Ergebnissen, und deshalb wird
die Anwendung eines solchen Vakuums bevorzugt. Wenn die Behandlung derartiger Metalle,
wie Chrom, Titan, Zirkon, Thorium, Wolfram u. dgl., in Gegenwart eines Reduziermittels,
wie Wasserstoff, durchgeführt wird, oder nach Maßgabe der Versuche von M o i s s
a n im Jahre 1893, wobei, die Reduktion in Gegenwart von Kohlenstoff durchgeführt
wurde, so kann, wie die Erfinderin festgestellt hat, die Reinheit des Ausgangsstoffes
nicht aufrechterhalten werden, vielmehr wird das Enderzeugnis mehr oder weniger
durch Sauerstoff oder Kohlenstoff verunreinigt, die das Metall für das Formschmieden.
oder sonstige mechanische Bearbeitung talbrauchbar machen.
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Wenngleich für die Ausführung der verschieden Verfahrenstufen nach
der vorangegangenen Beschreibang zwei getrennte Ofen benutzt werden, so erscheint
es auch möglich, die Sinterungs- und die Behandlungsstufe in einem einzigen Ofen
durchzuführen. Es-ist eine reine Zweckmäßigkeitsfrage,
ob man einen
oder zwei Öfen verwendet.