DE625046C - Verfahren zur Herstellung von Metallegierungen aus schwer reduzierbaren-Oxyden - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Metallegierungen aus schwer reduzierbaren Oxyden Aus Versuchen mit Tantalöxyd ist bekannt, daß dieses schwer reduzierbar ist und bei Temperaturen unterhalb I6oo° mit Wasserstoff noch kein metallisches Tantal ergibt. Es wurde nun durch Versuche festgestellt daß durch Vermahlen hergestellte innige Gemische von Tantaloxyd mit Nickeloxyd sich schon bei Temperaturen bis z. B. I38o° herunter gut zu Nickel-Tantal-Legierungen mittels Wasserstoff reduzieren ließen. Au und für sich sind derartige Reduktionen von Oxydgemischen in der Technik bekannt. Man stellt z. B. Ferrösilicium im Elektroofen auf die Weise her, daß Magnetit und Kieselsäure gemeinsam reduziert werden, und man nimmt an, daß das zuerst reduzierte Eisen Anteil an der Reduktion der Kieselsäure hat, während anderseits das Eisenoxyd auch die Bildung von Siliciumcarbid im Elektroofen verhindert. Bei derartigen Reduktionen im Elektroofen, die immer in Gegenwart von Kohle verlaufen, spielt die Einsstellung von Gleichgewichten zwischen Metallen, Oxyden und Carbiden eine große Rolle. Dia es sich bei der vorliegenden Erfindung darum handelt, völlig kohlenstofffreie Legierungen herzustellen, können die Verhältnisse von Elektrodenöfen völlig außer Betracht gelassen werden.
• Die gemeinsame Reduktion von Oxyden mit Wasserstoff ist bekannt in der Technik hochschmelzbarer Metalle, wie Wolfram und Molybdän. Man kann auf diese Weise Sinterlegierungen herstellen, welche durch die bekannten Verfahren mittels Hammermaschinen weiterverarbeitet werden. Arbleitsweisen dieser Art scheiden bei dem vorliegenden Verfahren ebenfalls aus, da das neue Verfahren darin besteht, Legierungen herzustellen. welche einen Schmelzpunkt von unterhalb I6oo° haben und daher noch in großmetallurgischen Öfen umgeschmolzen werden bzw. eine andere Behandlungsweise erfahren können.
• In neuester Zeit ist ein Verfahren bekanntgeworden, um Chromoxyd, welches durch Wasserstoff allein nicht reduzierbar ist, in Gegenwart geschmolzener Eisen oder Nickelbäder zur Reduktion zu bringen, so des das Chrom, vom geschmolzenen Eisen oder Nickel aufgenommen wird. Eine solche Arbeitsweise kann aber noch nicht als technisch vollendet betrachtet werden, da es immer schwer sein wird, eine innige Berührung zwischen Metall und schwer reduzierbarem Oxyd herbeizuführen.
• Demgegenüber beruht das neue Verfahren gerade auf dem Umstande, diesle innige. Bierübrung dadurch herzustellen, daß ein leicht reduzierendes Metalloxyd und das schwer reduzierbare Metalloxyd. so innig mteinander vermahlen werden, daß die Einzelbestandteile nicht mehr :erkannt werden körnenn . In den am Schluß befindlichen Ansprüchen ist als leicht reduzierbares Oxyd das Nickeloxyd in den Vordergrund gestellt, und zwar aus folgendem Grunde Es wäre auch denkbar gewesen, daß als leicht reduzierbares Oxyd Kupferoxyd oder Eisenoxyd hätte genommen werden können. Die Versuche haben jedoch ergeben, daß mit diesen Metallen bzw. Oxyden eine Reduktion der schwer reduzierbaren Öxyde nicht öder nur unvollkommen herbeizuführen war. Ein Vergleich der Reihenfolge in der Anwendbarkeit bzw. im Erfolge dieser Oxyde mit der Löslichkeit von Wasserstoff in diesen drei Metallen bei hohen Temperaturen zeigt, daß dasjenige Metall, welches die größte Wasserstofflöslichkeit von diesen drei Metallen zeigt, auch am besten geeignet ist, um den größten Anteil schwer reduzierbarer Oxyde in Metall zu verwandeln. Die WasserstofflÖslichkeit ist beim Kupfer am geringsten und leim Nickel am größten, und gerade die Versuche mit Nickel waret es, welche das beste Ausbringen am Tantal, Niob, Zirkon usw. erbrachten. DAß die Wasserstoffaufnahme entscheidend mitwirkt, geht auch daraus hervor, daß die erschmlzenen Legierungen das Wasserstoffgas in erheblicher Menge im Augenblick der Erstarrung abgegeben haben aber ohne zu einer Metallpörosität zu führen, ein Umstand, welcher wesentlich für die Brauchbarket der Legierungen ist.
• Wenn eine solche Reduktion schwer neduzierbarer Oxyde mittels Nickels vorgenommen werden soll, ist es wesentlich, daß so viel- von diesen Oxyden vörhanden sind, um das Zusammenschmelzen des reduzierten Nickels zu einem Metallbade zünächst zu verhindern. Auch die Erhitzungsgeschwindigkeit muß eine derartige sein, daß zunächst alle Oxyde reduziert werden, worauf dann sofort das Schmelzen der Legierung eintritt wenn ihr Schmelzpunkt unterhalb des Nickelschhlelzpunktes liegt. Schmilzt die zu erwartende Legierung hoher als Nickel, muß bis zu diesem Punkte erhitzt werden, um dieselbe zum Schmelzen zu bringen. Auf diese Weise gelang es u. a., Legierungen mit 16 und 3 ö % Tantal herzustellen, die bet I44o bis I45o ° geschmolzen waren. Eine Legierung mit 33 % Niob war bei I35o° geschmolzen. Der technische Fortschritt biegt darin, daß man auf diese Weise Legierungen herstellen kann, de frei von Köhlenstöff oder Aluminium sind. Alle Metalle der genannten Art werden sonst entweder im Elektroofen herglestell und enthaften dann Carbidkohlenstoff oder, wenn sie aluminothermisch hergestellt sind, Aluminium. Köhlenstöff oder Aluminium werden dann auf die herzustellenden Legierungen übertragen. Zum zweiten liegt der technische Fortschritt darin, daß diese Legierungen auf direktem Wege aus den Oxyden hergestellt Werden können, und zwar der Oxyde sämtlicher Legierungsbestandtiele. Hierdurch fällt sowohl die Gewinnung der Einzelmetalle fort, ebenso wie die weitere Arbeit sich erübrigt, Metalle mit sehr großen Schmelzpunktunterschieden miteinander zu legieren.
• Dadurch, daß die Arbeit in den gleichem Schmelzöfen vorgenommen werden kann wie die gewöhnliche' Legierungsarbeit, nur mit dem Unterschiede, daß der Beschickung zur gegebenen Zeit Wasserstoff zugeführt werden muß, erfolgt auch keine wesentliche Erschwerung der gewöhnlichen Legierungsarbeit.
• Die Arbeitsweise äst nun die folgende: Die schwer reduzierbaren Oxyde werden mit Nickeloxyd innig miteinander vermahlen. Da die Wärmeübertragung bei der Erhitzung eine bessere ist, wenn die Pulver zu irgendeiner Stückform gebracht werden, ist es vorteilhaft, sie durch Pressen in irgendeine Stückform zu bringen. Diese Stücke gepreßter Pulver werden nun beispielsweise in einem Tiegel auf Temperaturen zwischen I3oo bis. I6oo° erhitzt unter Abdecken des Tiegels und Einleiten von Wasserstoff bzw. viel Wasserstoff enthaltenden Gases in denselben. Sind z. B. Nickeloxyd und Tantaloxyd in Teilen von 3o % Tautal auf 7ö % Ni miteinander gemischt gewesen und ist diese Mischurig auf I5oo° erhitzt worden, wird man eine geschmolzene Tantal-Nickel-Legierung mit 3o % Ta nach beendeter Reduktion ausgießen können. Liegt der zu erwartende Schmelzpunkt über dem Erstarrungspunkt des Nickels, können die Oxyde unmitttelbar in den hocherhitzten Ofen eingetragen werden. In bestimmten Fällen erweist ges sich auch von Vorteil, die Oxyde vorher in Sauerütöff-, Luft- öder Stickstoffatmosphäre stark zu sintern und erst hierauf die Reduktiän vorzunehmen. Dieses kann sowohl getrennt als auch ohne dazwischenliegende Abkühlung vorgenommen werden. Bei sehr starker Wassetstoffaufnahme kann auch unter einem anderen Gase nach Verflüssigung der Legierung z. B. in Stickstoff abgekühlt werden öder wenn nötig, auch eine Sauerstoffßehandlung vorgenommen werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahreü zur - -Herstellung - von kohl- find aluminiumfreien Metalllegierungen, deren eine oder mehrere Komponenten aus. dem Metall schwer recluzierbäxer Oxyde, wie Tautal, Niob@, Vanadum,- Zirkön, Titan; Chrom und ähnlichen, be-Stehen, mittels Reduktion -durch Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, daß eine innige Mischung der schwer reduzierbaren Oxyde mit Nickeloxyd hergestellt wird, welche dann der Behandlung mit Wasserstoff oder mit einem seiner Wirkung entsprechenden Gase oder Gasgemisch unter Erhitzung unterworfen wird. a. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung der schwer reduzierbaren Oxyde mit Nickeloxyd unmittelbar einer solchen Temperatur in einer Wasserstoffatmosphäre ausgesetzt wird, bei welcher die schwer reduzierbaren Oxyde zu Metall reduziert werden. 3. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch I und z, dadurch gekennzeichnet, daß die schwer reduzierbaren Oxyde in inniger Mischung mit Nickeloxyd zuerst in einer Sauerstoff-, Luft- oder Stickstoffatmosphäre gesintert werden und hierauf ohne Abkuhlung die vorgenannte Gasatmosphäre durch eine Wasserstoffatmosphäre ersetzt wird.