DE732187C - Verwendung von Platinlegierungen fuer Geraete und Konstruktionsteile - Google Patents

Description

• Verwendung von Platinlegierungen für Geräte und Konstruktionsteile Die Erfindung betrifft die Verwendung von Legierungen, bestehend aus Tantal, Niob, Chrom, Zinn, Beryllium oder Thorium, einzeln oder zu mehreren, Rest Platin oder hochplatinhaltige, d. h. mindestens 5o °1o Platin enthaltende Platinmetallegierungen, zur Herstellung von Geräten und Konstruktionsteilen, die Temperaturen über iooo°, vorzugsweise I2oobisiqoo°,ausgesetztsind. Dieerwähnten Zusatzmetalle verleihen dem Platin oder den hochplatinhaltigen Platinmetallegierungen Eigenschaften, die eine Verwendung dieser Legierungen für spezielle Zwecke hervorragend geeignet machen.
• Man hat bereits versucht, Platin undloder Platinmetallegierungen zu verbessern. Als Ziel wurde in der Regel die Ermöglichung einer guten Vergütbarkeit gestellt. Man schlug zur Lösung dieser Aufgabe vor, Zusätze an Magnesium, Beryllium, Strontium, Barium, Calcium sowie-Nickel, Eisen, Chrom, Alumlinium, Tantal oder Wolfram den- genannten Legierungen zuzusetzen. Der mit diesem Verfahren erstrebte und erzielte Effekt ist für die erfindungsgemäßeVerwendung der genannten Legierungen völlig ohne Bedeutung, da diese ausschließlich in unvergütetem Zustande bei extrem hohen Temperaturen Ver-Wendung finden. Man hat auch bereits vorgeschlagen, Platin oder Platinmetallegierungen durch Zusätze von Tantal in dem Sinne zu v erbessern,daß dadurch die thermoelektrischen Eigenschaften der Legierungen gefördert werden sollten. Die erfindungsgemäß festgestellten Auswirkungen dieser Zusätze auf Platin und Platinmetallegierungen waren jedoch bisher unbekannt.
• Es ist bekannt, daß die Lebensdauer von Geräten aus Platin oder Platinlegierungen, die hohen Arbeitstemperaturen (etwa i2oo bis i4oo°) ausgesetzt sind, durch gewisse Alterungserscheinungen stark begrenzt wird. Es hat sich gezeigt, daß als Ursache hierfür insbesondere i. die verhältnismäßig geringe Warm- und Kriechfestigkeit des Edelmetalls, 2. .die Neigung des Edelmetalls zum Kornwachstum und die damit im Zusammenhang stehende Begünstigung einer etwaigen interkristallinen Korrosion; 3. die Neigung des Edelmetalles zur Verflüchtigung, die bei vielen Edelmetallegierungen durch die gleichzeitige Anwesenheit von Sauerstoff noch stark begünstigt wird, anzusehen sind.
• Man hat vorgeschlagen, die sich aus den vorbezeichlleten Eigenschaften ergebenclell 17achteile .der geringeren Warmfestigkeit, der hohen Brüchigkeit und der nicht unbedeutenden Metallverluste durch Zusätze an Iridiuti:i, bis zu 35 °(°, Rutheniuin bis zu 15 °/°, Rhoditril bis zu 5o °/°, Osmium bis zu 13 °/°, Palladiu.xÄ his zu 5o % oder Gold bis zu 15 °/°, die eine Erhöhung der Härte und Festigkeit des Werkstoffes bewirken, zu vermeiden.
• Man erzielt durch diese Zusätze tatsächlich auch eine erhöhte Warm- und Kriechfestigkeit, und es konnte eine merklich geringere Neigung zum Kornwachstum festgestellt werden; es zeigte sich aber auch gleichzeitig, daß die Lebensdauer von Geräten und Konstruktionsteilen unter den gleichen Arbeitsbedingungen, insbesondere erhöhten Temperaturen, wesentlich geringer war als die Lebensdauer vergleichbarer Reinplatingeräte. Die Ursache lag in der starken Neigung der Zusatzmetalle Osmium, Iridium, Rutheniuni, Palladium und Gold zur Zerstäubung oder Verflüchtigung, wodurch der kompakte Zusammenhalt der Legierung zerstört wurde.
• Die Platin-Rhodium-Legierung zeigte die gleichen Nachteile bei Temperaturen über etwa i300'. Man versuchte, diese starken Verflüchtigungsverluste der vorbezeichneten Legierungen sowie des Beinplatins durch weitere Zusätze an Aluminium, Calcium, Barium und Strontium, die bei hohen Temperaturen schützende Oxdfilme bilden, zu verhindern. Die finit dem erfindungsgemäßen Zusatz vergleichbare Wirkung trat jedoch erst, wie nachstehend z. B. in Beispiel 2 gezeigt wird, erst bei Zusatzmengen ein, die so erheblich waren, daß die Verarbeitbarkeit der erzielten Legierung stark beeinträchtigt wurde.
• Erfindungsgemäß wurden nunmehr Zusatzmetalle gefunden, die, einzeln oder zu inellreren angewendet, die vorbezeichneten Nachteile vermeiden und trotzdem eine sehr gute VerarbeitbarkeitderLegierung gewährleisten. Es zeigte sich, daß den Metallen Tantal, Niob, Chrom, Zinn, Beryllium und Thorium diese Eigenschaften zukommen, wobei jedoch wiederum die erzielten Wirkungen der einzelnen Zusatzmetalle nicht völlig äquivalent sind. Während z. B. die Flüchtigkeit der Legierung vorwiegend durch Tantal verhindert wird, unterbinden Zinn und Beryllium vorzüglich die Neigung zum Kornwachstum und die interkristalline Korrosion. Mit Chrom läßt sich speziell die Kriechfestigkeit der Legierung bedeutend erhöhen. Neben diesen hervortretenden Eigenschaften zeigte sich, daß jeweils auch die beiden anderen vorstehend näher bezeichneten Nachteile in der gewünschten Weise beeinflußt «-erden, so daß z. B. Chrom neben der höheren Kriechfestigkeit auch noch eine Verminderung der Flüchtigkeit und des Korn-Wachstums bewirkt. Die Zusätze an den vorbezeichneten Metallen müssen jedoch in einen bestimmten Mengenverhältnis zur Gesamtlegierung stehen und sollen bei Tantal io °%, N ic)b 6 °%, Beryllium 3 °/°, Zinn 6 °1`°, Tlloriuill °j° und Chrom 6°/° nicht übersteigen. Bei bleichzeitiger Zufügung mehrerer dieser Metalle sollen etwa folgende Mengenverhältnisse nicht überschritten werden:

  T a -@ Be ....... bis etwa i i °/°

  Nb -E- Be ....... - - 7 -

  Sri + Be ....... - - 7 -

  Cr -1- Be ....... - - 6,5 -

  Ta -1- Sn ....... - - 8 -

  Nb -i- Sn ....... - - 7 -

  Cu + Sn ....... - - 7 -

  Nb -E- Cr ....... - - 6 -

  Nb -1- Ta ....... - - 8 -

  Ta + Cr ....... - - 7 -

  Bei gleichzeitigem Zusatz von mehr als zwei der vorbezeichneten Metalle soll die Gehaltsgrenze an diesen Metallen i i °1° nicht übersteigen.
• Beispiel i Zwei Konstruktionsteile, das eine aus Beinplatin, das andere aus Platin mit o, i i °1° Beryllium, wurden 22 Tage lang der Berührung mit strömendem, geschmolzenem Glas bei Temperaturen von fast i5oo° C ausgesetzt. -Nach dieser Zeit waren die Kristallitgrößen im Gefüge des Beinplatins bereits über 3omal größer als beim Platin-Beryllium.
• Beispiel e Zwei Konstruktionsteile, von denen das eine aus Platin mit 1,5 °/° Aluminium, das andere aus Platin mit 1,5 °/° Zinn + 1,5 °/° Tantal bestand, wurden ebenfalls der Behandlung gemäß Beispiel i unterworfen. Obschon beide Teile genau gleiche Oberflächen hatten, betrug der Gewichtsverlust des mit Aluminium legierten Teiles 3,7°/°, des mit Zinn -1- Tantal legierten Teiles dagegen nur o,6 ° ". Beispiel 3 Mehrere dünne Drähte gleichen Durchinessers der nachstehenden Legierungen wurden durch Stromdurchgang auf konstant i.Ioo= erhitzt und zeigten folgende Lebensdauer:

  Zusammensetzung Lebensdauer

  Beinplatin . .. . . ... . .. 35 Stunden

  Pt +.2 Nb . . . . . . . . . . . ; 5 -

  Pt-(-o,i3 Be ......... 58 -

  Pt +:2 Sn . . . . . . . . . . . 6o -

  Ft -E- 2 Cr + d. Ru ..... 66 -

  Pt+2Nb-E-2Cr .... 76 -

  Beispiel Die Heizfolie eines widerstandsbeheizten Ofens, bestehend aus Pt -G- 30 °/0 Rh, wurde nach 4 Monaten Heizzeit bei extrem hoher Betriebstemperatur (135o bis 140o°) infolge starker Rekristallisationserscheinungen unbrauchbar, während eine unter absolut gleichen Bedingungen benutzte Folie aus Pt + 2,5 0/0 Ta diese Erscheinung nur unmerklich aufwies und vollkommen gebrauchsfähig blieb.
• Beispiel 5 Bei 140o° verhält sich die Warmfestigkeit der Legierung Pt + 3 0/0 Ir + o,12 0/0 Be zu der Warmfestigkeit der Legierung Pt + 3 0/0 Ir wie 3-8,5 :29,5. Bei rooo° ist das Verhältnis wie 8,6 :6,5. Bei 1400° verhielten sich die Gewichtsverluste dieser beiden Legierungen wie 5,3 : 16.
• Der o,i20/0ige Berylliumzusatz zur Legierung Pt + 3 °% Ir bewirkte demnach bei i4oo° eine Erhöhung der Warmfestigkeit um rund 33 °% und eine Verringerung der Flüchtigkeit um rund 670/,.
• Die erfindungsgemäß hergestellten Legierungen zeigten eine hervorragende Eignung zur Herstellung oder Plattierung von Geräteteilen, die hohen Betriebstemperaturen ausgesetzt sind, wie z. B. Tiegel, Schalen, Auskleidungen von Schmelzbehältern, Konstruktionsteile, die mit geschmolzenem Glas oder Salzen inBerührungkommen, Stromzuführungsdrähte zu elektrisch beheizten Hochtemperaturöfen, elektrische Kontakte, Drähte oder Bänder für Widerstandsheizung u. dgl,

  Leg ierungsb-eispiel

  Platin Pt-Begleitmetalle Zusatzmetalle

  Platin 5 °/0 Iridium 0,2% Beryllium

  Platin 2 °/0 Tantal

  Patin 25 °/0 Rhodium 2.0 /0 Zinn

  Platin ¢°/° Ruthenium 2 °/0 Chrom

  Platin 40 °/° Palladium 8 °/° Ta -f- o,2 °/° Be .

  Platin i00/0 Iridium 2,5 °/° Sn -f- 0,o5 °/° Be + 2 °/° Cr

  Platin 1,5 °/0 Ir -E- 0,3 °/0 Rh 2 °/0 Ta + o,2 °/0 Be

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verwendung von Legierungen, bestehend aus Tantal, Niob, Chrom, Zinn, Beryllium oder Thorium in Mengen von Tantal . , .... o,oi . bis 1o 0/0 Niob ....... o,oi - 6 - Beryllium ... 0,005 - 3 - Zinn ....... o,oi - 6 - Chrom ...... o,oi - 6 - Thorium .... 0,005 - 2,5 - Rest Platin oder hochplatinhaltige, d. h. mindestens 5o °% Platin enthaltende Platinmetallegierungen, zur Herstellung von Geräten und Konstruktionsteilen, die Temperaturen über rooo°, vorzugsweise i2oo bis 1400°, ausgesetzt sind: 2. Verwendung von Legierungen gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle Tantal, 1Viob, Chrom, Zinn, Beryllium und Thorium nicht einzeln, sondern zu j e zweien vorhanden sind, wobei folgende Gehaltsgrenzen nicht überschritten werden Tantal + Beryllium . . bis i 1 °/0 Niob + Beryllium . . . . - 7 - Zinn + Beryllium . . . . - 7 - Chrom + Beryllium . . - 6,5 - Tantal + Zinn .... - 8 - Niob + Zinn . . . . . . . . - 7 - Chrom -f- Zinn ...... - 7 - Niob + Chrom ...... - 6 - Niob -{- Tantal ...... - 8 - Tantal + Chrom ..... - 7 - Tantal-+ Thorium . . . - i i Niob + Thorium 7 - Beryllium -a- Thorium - 5,5 - Chrom -f- Thorium . . . - 7 - für Zwecke nach Anspruch i. 3. Verwendung von Legierungen gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmetalle Tantal, Niob, Chrom, Zinn, Beryllium und Thorium zu mehreren vorhanden sind, wobei der Gesamtgehalt der Legierungen an diesen Metallen i i °/0 nicht übersteigt, für Zwecke nach Anspruch i.