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Edelmetallformstücke hoher Härte Zusatz zum Patent 592 558 Durch Patent
592 558 ist ein Verfahren zur Herstellung von Formstücken aus Palladium-Silber-Legierungen
bekanntgeworden, die bis zu 2o % Gold und bis zu Io % Kobalt, Nickel oder Eisen
enthalten. Diesen Formstücken wird durch Erhitzen auf etwa 8oo bis Iooo° C eine
anschließende Abschreckung und schließlich ein Anlassen bei etwa 4oo bis 5oo° eine
hohe Härte verliehen. Dieses Verfahren wird nach der im folgenden beschriebenen
Erfindung auf einen größeren Kreis von Palladium-Silber-Legierungen anwendbar gemacht.
Den auf diese Weise erhaltenen Formstücken lassen sich eine Anzahl neue technische
Arbeitsgebiete vorteilhaft erschließen.
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Palladium-Silber-Legierungen haben als billiger Ersatz für Platin
einige beschränkte Anwendungsgebiete gefunden, so z. B. in der Industrie der künstlichen
Zähne, in der elektrotechnischen Industrie für schwach beanspruchte Kontakte u.
a. Gegenüber Feinsilber haben Formstücke aus diesen Palladium Silber-Legierungen
den Vorzug einer größeren chemischen und mechanischen Widerstandsfähigkeit. Jedoch
steigt die Härte auch bei der härtesten Legierung, die gleiche Teile Silber und
Palladium enthält, nur auf etwa das Doppelte der beiden als sehr weich bekannten
Ausgangsmetalle. Diese Legierungen sind der Vergütung nicht zugänglich.
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Setzt man den Palladium-Silber-Legierungen Gold zu, so ergeben sich,
wie zu erwarten war, Legierungen von hoher Widerstandsfähigkeit, die aber noch nicht
vergütbar sind.
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Da das Pd in den letzten Jahren aus verschiedenen Gründen ein dauernd
steigendes Anwendungsgebiet gefunden hat, so wurde bisher der Mangel an vergütbären
Pd-haltigen Legierungen- als besonders unangenehm empfunden. Infolge der besonderen-
metallischer: Eigenschaften des Pd war es nämlich bisher nicht gelungen, hartbare
Edelmetalllegierungen herzustellen, Wie nun die planmäßigen Untersuchungen ergeben
haben, ist es beim Ausgehen von der Pd-Ag-Au-Gründlage merkwürdigerweise möglich,
Legierungen zu erschmelzen, die dem thermischen Vergütungsverfahren zugänglich sind.
Es hat sich dabei auch überraschenderweise herausgestellt, daß der Temperaturbereich
und die Vorgänge- bei der Vergütung selbst von den bisher bekanntgewordenen Vorgängen
merklich verschieden sind.
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Von den leichteren, Elementen läßt nun, wie weitere Untersuchungen
ergeben haben, Beryllium als Zusatz eine thermische Vergütbarkeit zwar nicht erreichen,
indessen gelingt dies bpit- Hilfe von Al, Mg oder Si. Die
Anwendung
gerade dieser Elemente kann dann Vorteil bringen, wenn auf einen gewissen Mindestgehalt
an Edelmetallen Wert gelegt wird und daher der Zusatz des Härtners gewisse Grenzen
gewichtsmäßig nicht überschreiten soll. Zusammen mit anderen Elementen, wie Calcium
und Zinn, haben die genannten auch die Eigenschaft, daß ihre Verbindungen farblos
oder weiß sind. Legierungen solcher Zusammensetzung laufen daher beim Erhitzen nicht
an und werden auch bei tagelangem Liegen in schwefelammoniumhaltigen Lösungen nicht
dunkel.
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Von den genannten Härtnern hat sich das Zinn als besonders geeignet
erwiesen, weil die mit ihm hergestellten Legierungen sich durch eine hervorragende
Vergütbarkeit auszeichnen. Beispielsweise hat eine Legierung von 5o% Ag, 4o% Pd,
6 % Au, 4% Sn im weichen Zustand eine Härte von 9o bis 95 kg/mm2, im vergüteten
Zustand, nämlich nach dem Tempern bei Temperaturen von 4oo bis 5oo°, eine solche
von Zoo kg/mm2 und darüber.
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Zinn bewährt sich auch dann besonders als Vergütungszusatz, wenn man
den Pd-Gehalt der Legierungen teilweise durch andere Platinmetalle ersetzt, eine
Abänderung,, die in manchen Fällen vorteilhaft sein kann.
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Zu den genannten Härtnern treten noch eine Anzahl anderer Metalle.
Ein Zusatz von Zink macht die ungeglühten Legierungen kaum härter, bei der Glühbehandlung
aber tritt der Endwert der höchsten Härte schon in etwa der halben Zeit auf wie
bei zinnhaltigen Legierungen. Falls es daher darauf ankommt, Legierungen zu verwenden,
mit denen man in kürzester Zeit möglichst hohe Härtegrade erreicht, so empfiehlt
sich die Anwendung von Zink als Härtner. Auch Zink bildet übrigens weiße Verbindungen;
Legierungen mit Zinkzusatz laufen also nur sehr wenig und jedenfalls nicht dunkel
an.
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Chrom als Härtner bewirkt im Gegensatz zum Zink schon eine erhebliche
Härtung der unvergüteten Legierungen. So beträgt die Ausgangshärte einer Legierung
von 4o % Pd, 5I % Ag, 6 % Au, 3 % Cr bereits I3o kg/mm2. Dafür hat die Legierung
noch eine merkliche Federkraft, sie neigt nicht so zum Schmieren wie z. B. Legierungen
mit Zinn als Härtner. Beim Vergüten der Legierung wird eine Härte von über 2oo kg/mm2
erreicht.
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Auch Mangan kann mit gutem Erfolg als Härtner benutzt werden. Während
Chrom infolge Bildung von Chromoxyd den Legierungen bisweilen einen grünlichen Schimnier
verleiht, tritt bei Mangan nur eine dunklere Färbung auf, die sich zum ausgesprochenen
Anlaufen nur dann steigert, wenn ein ungewöhnlich hoher Manganzusatz erfolgte. Es
kann zweckmäßig sein, mehrere der genannten Härtner den Pd-Ag-Au-Legierunger zuzusetzen;
das kann erfolgen, indem man sie einzeln oder auch in Form von Legierungen untereinander
den edlen Grundmetallen zufügt, unter Umständen sogar erst in einem späteren Abschnitt
des Herstellungsverfahrens, so daß ein Teil der Fabrikation mit einem Material erfolgt,
das die Härtner noch nicht enthält.
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Bei Verwendung eines einzelnen Härtners soll dessen Menge Io% nicht
übersteigen. Durch den Zusatz mehrerer Härtner können Härtungseffekte, die über
Ioo % hinausgehen, schon mit Mengen von einigen zehntel Prozenten erzielt werden.
Man kann so Legierungen erhalten, deren mechanisch-technologische Eigenschaften-
im weichen Zustand wegen der Geringfügigkeit der zugesetzten Unedelmetallmengen
praktisch kaum beeinflußt werden, die aber nach der Vergütung sehr beachtliche Härten
erreichen. Dies ist für viele Fälle von großer Wichtigkeit. Genannt seien hier Spinndüsen
für die Kunstfaserindustrie, bei denen eine zu große Härte der unvergüteten Legierungen
die Ausführung der feinen Bohrungen außerordentlich erschwert.
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- Soll das neue Verfahren dahingehend erweitem werden, gewisse Sondereigenschaften
der Legierungen hervorzuheben oder unangenehme Eigenschaften zu unterdrücken, so
empfiehlt es sich, eine weitere, meist fünfte Komponente in geringeren Mengen hinzuzufügen.
Es ist bereits bekannt, solche Komponenten in meist geringen Anteilen der Schmelze
hinzuzufügen, um hierdurch die Legierung zu raffinieren, indem diese Zuschläge verunreinigende
Gas- oder Metalloidgelialte in sich aufnehmen und in die Schlacke überführen, Das
Kennzeichen einer solchen Behandlung ist, däB- durch diesen Raffinationsprozeß der
Z'uschlag..wieder aus der Legierung: entfernt wird. Über eine solche Anwendung.
hinaus empfiehlt es sich aber, in vielen Fällen, den Zusatz von vornherein so hoch
zu wählen, daB noch merkliche Mengen in der vergossenen Legierung zurückbleiben,
# wodurch unter Umständen die Vergütbarkeit und das gesamte technologische Verhalten
erheblich verbessert werden können. Es ist bekannt, daß z. B. Phosphor stark desoxydie^
rend wirkt sowie daß er den Schmelzpunkt der Edelmetallegierungen herabsetzt, indem
er .gleichieitig die Schmelze dünnflüssiger macht. Tantal und ähnliche Stoffe sind
wegen ihrer Gasaufnahmefähigkeit in der neuzeitlichen Legierungskunst in mannigfachen
Anwendungen bekanntgeworden.
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Legierungen, die auch in weichem Zustand noch eine gewisse Federkraft
besitzen und
sich namentlich nach der Vergütung durch hohe Elastizität
auszeichnen, kann man durch Zusatz von etwas Cu erhalten.
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Schließlich hat sich die eigentümliche Erscheinung gezeigt, daß unter
Umständen der vierte Zusatzstoff, d. h. also der Härtner, ebenso wie der fünfte,
durch geeignete Führung des Härteprozesses bei oder nach dem Härten wieder entfernt
werden kann, ohne daß hierbei die mechanisch-technologischen Eigenschaften nennenswert
benachteiligt werden.
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Die Härtesteigerung der vorstehend beschriebenen Legierungen geht
im Sinne der Ausscheidungsvergütung vor sich, d. h. also so, daß die bei hohen Temperaturen
geglühten und abgeschreckten Legierungen weich sind und daß bei dem darauffolgenden
Anlassen ihre Härte erheblich steigt, in günstigen Fällen auf über das Doppelte.
Als die zweckmäßigsten Temperaturen wurden für das erste Erhitzen etwa 7oo bis Iooo°,
für das Anlassen nach dem Abschrecken etwa 4oo bis 5oo° ermittelt. Die beschriebenen
Legierungen zeichnen sich noch dadurch aus, daß das Gebiet, in dem sie der Vergütung
zugänglich sind, ungewöhnlich groß ist. Bereits bei 4oo° kann man nach einigen Stunden
eine sehr erhebliche Härtezunahme feststellen, die bei 5oo° innerhalb weniger Minuten
erreicht wird. Mit diesem schnell ablaufenden Vergütungsprozeß geht eine Konstitutionsumwandlung
einher, die bei der überwiegenden Anzahl von Legierungen dadurch gekennzeichnet
wird, daß die sbnst im Schliff sichtbaren Korngrenzen verschwinden. Infolge dieses
geänderten Aufbaues ist die Legierung sehr weitgehend homogen und besonders widerstandsfähig
gegen alle solche Beanspruchungen, bei denen die besonders mechanisch schwachen
Stellen der Korngrenzen schädliche Wirkung ausüben. Im übrigen ermöglicht die Vergütungstemperatur
von 5oo° und darüber in vielen Fällen beispielsweise die Vornahme von Lotarbeiten,
ohne daß ein Erweichen wieder eintritt.
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Im folgenden seien einige Beispiele für die nach dem neuen Verfahren
hergestellten Legierungen gegeben:
| härt |
| Legierungszusammensetzung weich (gemessen |
| nach Brinell |
| kg/mm2 kg/mm2 |
| I. 2o% Pd, 7o% Ag, 2% Au, 5% Cu, 3% Zn.. . . . . ... . . .
. . . . . . Io5 I9o |
| 2. 20% Pd, 7I% Ag, 2% Au, 4% Cu, 3% Sn................ Ioo
I8o |
| 3. 25% Pd, 59,5% Ag, 9% Au, 6% Sn, o,5% P . . . . . . . . .
. . . . . I3o 20o |
| 4. 30% Pd, 5o% Ag, 9% Au, 7,6% Cu, 3% Sn, o,4% Si ..... I5o
25o |
| 5. 4o% Pd, 49% Ag, 6% Au, 5% Cr . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . I25 I8o |
| 6. 4o% Pd, 5o% Ag, 6 % Au, 4% Sn .... . . . . . . . . . . .
. Ioo 2oo |
| 7. 4o % Pd, 5o% Ag, 6% Au, 4% Zn. . ... . . . . . . . . . .
. . . . . . . : . . Io5 2o5 |
| 8. 4o% Pd, 5I% Ag, 6% Au, 3% Cr . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . I25 Igo |
| 9. 4o% Pd, 5I% Ag, 6% Au, 3% Mn . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 95 Io5 |
| Io. 4o% Pd, 5o% Ag, 4% Au, 4% Sn, 2% Rh................. Io5
I5o |
| II. 40% Pd, 52% Ag, z% Au, 4% Sn, 2% Cu . . ... . . . . . .
. . ..... Io5 Igo |
| I2. 6o% Pd, 3o% Ag, 7,5% Au, 2,5% Sn..................... Ioo
I3o |