DE641783C - Verfahren zur Herstellung von Gegenstaenden, die in der Gasphase korrosionsfest sind - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Gegenständen aus legierten Metallen, die in einer Gas- oder Dampfatmosphäre, insbesondere bei hohen Temperaturen, korrosionsfest sein sollen. Sie .kennzeichnet sich, dadurch, daß man die Gegenstände in einer ein Gas bzw. einen Dampf enthaltenden Atmosphäre, mit -welchem ein dem Grundmetall zugesetztes Legierungsmetall eine Schutzschicht bildet, erhitzt, wobei der Teildruck so weit herabgesetzt ist, daß zwar die schützende Verbindung des Legierungsmetalls, nicht aber oder in nicht nachteiligem Ausmaß 'die entsprechende Verbindung des Grundmetalls entsteht.

Es ist bekannt, daß Legierungen von Aluminium, Silicium, Chrom oder Zirkonium, insbesondere deren Eisen- und Stahllegierungen, korrosionsfest gegen Gas oder Dampf

zo sind, beispielsweise gegen Sauerstoff oder oxydierende Gemische, wie Luft, Wasserdampf und Kohlensäure, oder gegen gasförmige Schwefelverbindungen, wie Schwefeldioxyd und Schwefelwasserstoff.

Um diesen Legierungen, insbesondere bei erhöhter Temperatur, Korrosionsfestigkeit zu verleihen, müssen die Legierungsmetalle in ausreichender Menge vorhanden sein. Der hohe Zusatz an Legierungsmaterial bringt aber nicht nur den Nachteil mit sich, daß die Herstellungskosten der Legierung stark wachsen, sondern hat auch den Übelstand zur Folge, daß dem Metall Eigenschaften verliehen werden, welche nicht zweckmäßig sind. Das ist beispielsweise bei Eisenlegierangen der Fall, welchen man 30 bis 5 ο o/o Chrom oder 100/0 und mehr Aluminium zusetzen muß, um sie gegen Säuerstoff bei Temperaturen von etwa iooo⁰ korrosionsfest zu machen. Solche Legierungen kann man nur sehr schwer regenerieren und durch Schmieden, Walzen oder Ziehen bearbeiten. Aus diesem Grunde ist ihr Verwendungsbeieich sehr beschränkt. Die Legierungen besitzen außerdem den Nachteil, daß sie bei längerer Behandlung in 'erhöhter Temperatur durch, das Anwachsen "der Ferritkörner, aus ■ denen sie zum größten Teil bestehen, brüchig werden.

Es wurde nun gefunden, daß man auch. solche Legierungen korrosionsfest machen ■kann, welche erheblich geringere Mengen des Legierarngsbestandteiles enthalten, wenn man sie gemäß der Erfindung in einer Gasatmosphäre behandelt, welche auf das Legierungsmetall unter Bildung einer Schutzschicht einwirkt und diese Behandlung bei einem solchen Teildruck des Gases durchführt, daß wohl die

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schützende Verbindung des Legierungsmetalls, nicht aber oder in nicht nachteiligem Ausmaß die entsprechende Verbindung des Grundmetalls entsteht. :

Man behandelt beispielsweise die legierung bei erhöhter Temperatur mit Gas, das mit dem Legierungsbestandteil die^: Schutzschicht bilden soll, bei einem Teildrück, • der höher liegt als der Dissoziationsdruck to der schützenden Verbindung, jedoch nicht wesentlich über dem Dissoziationsdruck der entsprechenden Verbindung des Grundmetalls. Die Verbindung des Grundmetalls übt einen schädlichen Einfluß auf die Schutzschicht aus, wenn sie sich in erhöhtem Maße bildet. Die Schutzschicht wird dann porös und unwirksam. Man muß infolgedessen dafür Sorge tragen, daß die Verbindung des Grundmetalls !entweder überhaupt nicht entsteht oder sich doch nur in solchem Ausmaß bildet, daß ihr Vorhandensein nicht nachteilig wirkt. Man erhält dann eine gut haftende, zusammenhängende und homogene Schutzschicht, welche hauptsächlich aus der schützenden Verbindung des Legierungsmetalls besteht und eine ausreichende Dicke besitzt.

Beispielsweise wird ein Gegenstand aus Chromstahl, der bei etwa iooo⁰ C gegenüber oxydierenden Einflüssen widerstandsfähig sein soll und der zufolge seiner Zusammensetzung bei einem Gehalt von etwa 120/0 Chrom nicht hinreichend korrosionsfest wäre, bei einem Sauerstoffteildruck von einigen Zehnteiniulimetern bis einigen. Millimetern während eines längeren Zeitraumes auf iooo⁰ erhitzt, bis die sich bildende Oxydschicht die erforderliche Dicke erreicht hat. Bei dem angegebenen Teildruck ist die Schutzschicht arm an Eisenoxyd und daher nicht durchlässig. Ähnlich behandelt man einen Stahl mit 40/0 Aluminium. Die Menge des jeweils zulässigen Ausmaßes, bis zu welchem die entsprechende Verbindung des Grundmetalls entstehen darf, richtet sich nach den Anforderungen, die an den zu behandelnden Gegenstand später gestellt werden. Beispielsweise kann man die Bildung einer größeren Menge von Eisenoxyd, also die Verwendung eines höheren Sauerstoffteildruckes, zulassen, wenn der zu schützende Gegenstand später bei niedrigen Temperaturen korrosionsfest sein soll. Man kann also etwa eine Schutzschicht, die für den Gebrauch in Luft bei 500° C bestimmt ist, bei 1000⁰C mit einem höheren Sauerstoffteildruck erzeugen, als man für .dieselbe Legierung verwenden müßte, wenn sie bei einer Temperatur von 1000⁰C widerstandsfähig sein sollte.

Man kann also nach dem neuen Verfahren Gegenstände herstellen, welche in der Gasphase korrosionsfest sind, und dazu eine Legierung verwenden, die den Legierungsbestandteil, der bei den bekannten Legie-„rungen den Schutz verursacht, in viel ge- ^längerem Ausmaß enthalten und daher "Wesentlich billiger sind. Solche Legierungen -lassen sich aber, da sie vorzügliche physikalische Eigenschaften besitzen, sowohl in der Wärme als auch in der Kälte viel leichter bearbeiten und besitzen daher ein erheblich größeres Verwendungsgebiet. Sie zeigen auch größere Widerstandsfähigkeit in bezug auf die Brüchigkeit. Beispielsweise läßt sich ein Stahl mit 120/0 Chrom sehr leicht bearbeiten und durch thermische Behandlung regenerieren, während eine Legierung mit 5 ο 0/0 Chrom im ganzen Temperaturbereich ferritisch ist, sehr schwer regeneriert werden kann und zudem den Nachteil aufweist, daß sie im Laufe längerer Behandlung bei hoher Temperatur brüchig wird.

Um die Bildung einer genügend dicken Schutzschicht zu beschleunigen, kann man von einem niedrigen Teildruck des reagierenden Gases ausgehen und den Druck langsam steigern. Unter diesen Umständen kann man sogar erheblich über den Druck hinausgehen, bei welchem die entsprechende Verbindung des Grundmetalls sich bereits in erhöhtem Maße bildet.

Beispielsweise setzt man zur Erzielung einer verhältnismäßig dicken Oxydschicht die Legierung zuerst einem Sauerstoffteildruck ^⁵ von 1,5 bis 2 mm Quecksilber aus und läßt, nachdem 'die erste Schicht gebildet ist, den Teildruck des Sauerstoffs allmählich anwachsen, Man erzielt auf diese Weise, ohne die Natur der Schicht zu ändern, eine rasche Zunahme der Schichtdecke.

In allen Fällen ist das Zusatzmetall weniger edel als das Grundmetall, und infolgedessen liegt der Dissoziationsdruck seines Oxyds niedriger als der Dissoziationsdruck des Oxyds i°5 des GrundmetaLLs, und man kann mit der beschriebenen Maßnahme eine dichte und wirksame Schutzschicht auf dem Grundmetall erzeugen. Der Sauerstoffteildruck soll um so niedriger liegen, je geringer der Gehalt der no Legierung an dem weniger edlen Metall ist. Dagegen kann die Behandlung bei einem um so höheren Teildruck vorgenommen werden, je niedriger die Temperatur ist, bei welcher der Gegenstand widerstandsfähig sein soll.

Das neue Verfahren soll im nachfolgenden durch einige Vergleichsversuche näher erläutert werden.

Ein zylindrisches Werkstück von 50 mm Länge und 8 mm Querschnitt, das aus einer Eisenaluminiumlegierung mit 4 0/0 Aluminium bestand, wurde während 8 Stunden in einer

Atmosphäre von trocbenem und reinem Sauerstoff bei Atm«Sphärendruck auf iooo°C erhitzt. Es nahm dabei 270 cm³ Sauerstoff (von o° und 760 mm Quecksilber) auf.
Ein Werkstück derselben Legierung un£T von denselben Abmessungen, das vorher einer 72 stündigen Behandlung bei iooo⁰ C in einer Sauerstoffatmosphäre mit einem Sauerstoffteildrück von 2 mm Quecksilber behandelt worden war, nahm unter den gleichen Bedingungen wie das erste Werkstück nur 5 cm³ Gas auf. Es absorbierte somit 54 mal weniger als ein in jeder Hinsicht identisches Werkstück ohne die Behandlung gemaß der Erfindung.

Ein Werkstück aus einer Eisenchromlegierung mit 12 0/0 Chrom., das der Einwirkung von trockenem und reinem Sauerstoff bei Atmosphärendruck und iooo⁰ C 'unterworfen wurde, absorbierte 420 cm³ Sauerstoff. Nach.

der Behandlung gemäß der Erfindung nahm 'ein gleiches Werkstück nur noch 10 cm³ Gas auf, d.h.. 42mal weniger.

■ Ein Vierhalten, wie es an der Eisenaluminiumlegierung bzw. an der Eisenchromlegierung nach, der Vorbehandlung gemäß der Erfindung festzustellen ist, läßt sich, sonst nur mit Legierungen erreichen, die wesentlich mehr von dem Legierungsmetall enthalten, im ersten Fall mit einer Legierung von mindestens ι ο 0/0 Aluminium, im zweiten Fall mit einer Legierung von wenigstens 3 ο o/o Chromgehalt.

Das beschriebene Verfahren läßt sich beispielsweise zur Herstellung von Ofenteilen, Heizrohren oder elektrischen Widerstandsdrähten anwenden. Man kann es aber auch zu Dekorationszwecken benutzen, indem man Metallgegenstände herstellt, welche aus mehreren verschiedenartigen Legierungen zusammengesetzt werden. Unterwirft man solche Gegenstände der Behandlung gemäß der Erfindung, so wird jeder Teil mit der entsprechenden Schutzschicht überzogen. Da die Schutzschichten auf den verschiedenen Legierungen aber verschiedenfarbig sind, beispielsweise grün, grau oder blau, erhält man auf diese Weise schöne Farbmuster. Man kann beispielsweise einen Teil des Gegen-• Standes aus "Kupfer herstellen, welches einen Chromzusatz hat, einen anderen Teil aus Kupfer mit Aluminium und einen dritten Teil aus Kupfer mit Kobalt. Unterwirft man den ganzen Gegenstand einer Behandlung mit Sauerstoff von niedrigem Teildruck, so entstehen die gewünschten Färbungen, und gleichzeitig wird der Gegenstand korrosionsfest.

Claims (1)

1. Patentansprüche·.

   i. Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus legierten Metallen, die bei 'erhöhter Temperatur in einer Gasphase korrosionsfest sein sollen, dadurch gekennzeichnet, 'daß man die Gegenstände in einer ein Gas oder einen Dampf enthaltenden Atmosphäre, mit welchem ein dem Grundmetall zugesetztes Legierungsmetall eine Schutzschicht bildet, erhitzt, wobei der Teildruck des Gases bzw. des Dampfes soweit herabgesetzt ist, daß zwar die schützende Verbindung des Legierungsmetalls, nicht aber oder in nicht nachteiligem Ausmaß die 'entsprechende Verbindung des Grundmetalls entsteht.

   ■ 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man im Laufe der Behandlung den Teildruck des Gases allmählich steigert.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Gegenstände behandelt, die aus mit verschiedenen Zusatzelementen, legierten Metallen zusammengesetzt sind, um auf 'diese Weise 8g mehrfarbige Überzüge hervorzurufen.