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Hochsäurebeständige Gegenstände Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Gegenstände, vor allem für die Verwendung in der chemischen Technik, an
deren Säurebeständigkeit höchste Anforderungen gestellt werden, da sie im Gebrauch
gegebenenfalls auch starken und/oder konzentrierten Säuren, insbesondere Mineralsäuren,
selbst bei erhöhter Temperatur ausgesetzt werden und durch diese nicht angegriffen
werden dürfen.
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Solche Gegenstände wurden bisher aus Tantal oder aus Edelmetallen,
wie Gold oder Platin oder deren Legierungen, vorzugsweise mit Silber, hergestellt,
wobei die geforderte hohe Säurebeständigkeit nur bei hohen Gehalten an Gold oder
anderen wertvollen und teuren Edelmetallen gewährleistet war. Eine bekannte derartige
Legierung besteht beispielsweise aus 70% Gold und 30% Silber. Wenn diese Metalle
oder Legierungen auch den hinsichtlich der Korrosion durch Säuren zu stellenden
Ansprüchen genügen, so weisen sie andererseits verschiedene nachteilige Eigenschaften
auf, die ihre Verwendbarkeit für viele Zwecke der chemischen Technik einschränken
oder in manchen Fällen sogar unmöglich machen.
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Tantal ist schwierig zu verarbeiten, insbesondere können alle mit
einer Wärmebehandlung verbundenen Vorgänge wegen seiner Oxydationsempfindlichkeit
nur im Hochvakuum vorgenommen werden. Schweiß- und Lötarbeiten lassen sich daher
unter den normalerweise im Apparatebau vorliegenden Bedingungen an Gegenständen
aus Tantal überhaupt nicht ausführen.
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Reine Edelmetalle oder deren Legierungen der oben erwähnten Art bieten
zwar auf Grund ihrer außerordentlich guten Duktilität und ihrer geringen Härte für
eine spanlose Verformung keinerlei, für eine spanabhebende wenig Schwierigkeiten.
Sie sind
jedoch gerade wegen der geringen Härte und Festigkeit für
Geräte, die stärkeren mechanischen Beanspruchungen durch Zug- oder Druckkräfte oder
durch Abrieb unterliegen, weniger geeignet.
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Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß sich auch aus Gold-Silber-Palladiurn-Legierungen
trotz des wenig edlen Charakters des Palladiums wider Erwarten Gegenstände herstellen
lassen, die nicht nur nach den üblichen Begriffen korrosionsfest, sondern auch hochsäurebeständig
sind. Gemäß der Erfindung bestehen solche Gegent; iide aus Legierungen mit einem
Gehalt von io s ä bis 65%, vorzugsweise io bis 5o% Palladium, 15 bis 500/0, vorzugsweise
25 bis 45% Silber, Rest, und zwar 2o bis 65%, vorzugsweise 2o bis 55% Gold. Der
erfindungsgemäßen Zusammensetzung liegt die neue Erkenntnis zugrunde, daß die Säurel
eständigkeit der Legierungen im System Gold-Silber-Palladium sich nicht, wie bisher
angenommen, im Verhältnis der einzelnen Bestandteile ändert, sondern daß diese Größe
in einem begrenzten Konzentrationsbereich einen sprunghaften Anstieg erfährt. So
wurde beispielsweise durch Korrosionsversuche an Gold-Silber-Palladium-Legierungen
mit verschiedenen Goldgehalten in 20%iger Salzsäure von 35° bzw. i io° C ermittelt,
daß sich der als Bezugsgröße gewählte Wert der Dickeabnahme pro Jahr auf ein Zehntel
vermindert, wenn in einer Legierung von 15 % Gold, 30% Palladium, Rest Silber der
Goldanteil von 15 auf 30% erhöht wird.
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Die im Bereich höchster Säurebeständigkeit gefundenen Legierungen
der oben angegebenen Zusammensetzung haben sich als praktisch völlig beständig gegen
heiße und kalte Mineralsäuren, wie Salzsäure und Schwefelsäure, und in weitem Umfange
sogar gegen stark oxydierend wirkende Säuren oder Säuregemische erwiesen. Sie gleichen
in bezug auf diese Eigenschaften durchaus den bekannten Gold-Silber-Legierungeil
mit höherem Goldgehalt und übertreffen Legierungen mit gleichem Goldanteil.
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Gold-Silber-Palladium-Legierungen sind zwar bekannt. Es war jedoch
nicht vorauszusehen, daß sie innerhalb eines bestimmten Bereiches mit einem sehr
wesentlichen Anteil der bedeutend weniger edlen Metalle Silber und Palladium eine
so ausgezeichnete Säurebeständigkeit aufweisen würden.
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Die für die erfindungsgemäßen Gegenstände verwendeten Legierungen
stehen hinsichtlich ihrer Verarbeitbarkeit durch spanlose Formung auf Grund ihrer
ausgezeichneten Dehnungseigenschaften den reinen Edelmetallen und den palladiumfreien
Gold-Silber-Legierungen nicht nach. Sie lassen sich wie diese allen gebräuchlichen
Bearbeitungsvorgängen, wie Schweißen, Löten, Nieten u. a. ohne Schwierigkeiten unterziehen.
Dagegen unterscheiden sie sich in vorteilhafter Weise durch eine erheblich höhere
Festigkeit und Härte. Beispielsweise beträgt die Zugfestigkeit einer Legierung mit
nur 30% Gold, 30% Palladium und 4o% Silber im kaltgezogenen Zustand 65,5 kg/mm2,
die Brinellhärte nach dem Walzen 13o kg/mm2, während die entsprechenden Werte einer
Gold-Silber-Legierung mit 70% Gold bei 40,5 bzW. 79 kg/min= liegen. Daraus ergibt
sich, daß die Gegenstände gemäß Erfindung wesentlich stärkeren mechanischen Beanspruchungen
ausgesetzt werden können als die bisher aus Edelmetallen und deren Legierungen hergestellten
Geräte. Eine Legierung rnit 0% Gold, 20% Palladium und 4o% Silber hat sich z. 13.
besonders für die Herstellung von mechanisch stark beanspruchten Autoklavenaus'kleidungen
bewährt.
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Als weiteren wesentlichen Fortschritt zeigt die vorliegende Erfindung
einen Weg zur Einsparung von Gold, da die beschriebenen Geräte nicht nur bei bereits
an sich geringerem Goldgehalt der verwendeten Legierungen die verlangte hervorragende
Siiurebeständigkeit aufweisen, sondern sich auch ilifolge des durch die Einführung
von Palladium erniedrigten spezifischen Ge,N'1Clites aus der gleichen Goldmenge
mehr oder größere Geräte herstellen lassen. Es ist also möglich, Gegenstaude gemäß
Ertindting wesentlich preiswerter zu erzeugen, als es früher bei Verwendung von
palladiumfreien Goldlegierungen der Fall war.
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Eine zweckmäßige und fortschrittliche Ausführungsform der Erfindung
besteht darin, daß in die zur Herstellung der Gegenstände verwendeten Gold-Palladium-Silber-Legierungen
der oben beschriebenen Zusammensetzung noch andere Äletalle, wie Zink, Kadmium,
Magliesiuin, Zinn, Kupfer, Germanium, Indium, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, in
Mengen von o,5 bis 5% einzeln oder zu mehreren im allgemeinen unter entsprechender
Herabsetzung des Silberanteils eingebracht werden. Man gelangt so zu Gegenständen,
die einer Aushärtung unter Steigerung der Festigkeit und Härte unterzogen werden
können mit der Maligabe, daß die Verformung und Bearbeitung der Gegenstände zunächst
in weichem Zustande erfolgt und anschließend die Härtesteigerung durch die Aushärtung
herbeigeführt wird.
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Es ist zwar bekannt, 1?delinetallegierungen, auch Gold-Palladium-Silber-Legierungen,
durch Zusätze der oben beschriebenen Art vergütbar zu machen; es war aber nicht
vorauszusehen und daher überraschend, daß gerade bei Legierungen für Geräte gemäß
der vorliegenden Erfindung durch Zusatz unedler Metalle in Mengen, die zur Ilerbeiführung
des Aushärtungseffe:ktes noch ausreichen, die Beständigkeit auch gegen starke und/oder
konzentrierte Säuren nicht nennenswert vermindert wird. Aus diesem Grunde wird die
Erfindung in der durch den Zusatz von unedlen Metallen gekennzeichneten Form besonders
dort mit Vorteil angewendet werden, wo höchste Säurebeständigkeit neben optimalen
mechanischen Eigenschaften verlangt wird. Das ist z. B. der Fall bei in Säuren arbeitenden
Rührwerksteilen, bei Schiebern, Ventilarmaturen oder Förderelementen, die, wie in
Säurepumpen, strömenden Säuren ausgesetzt sind, oder bei Düsen, insbesondere bei
Spinndüsen, mit denen chemisch aggresive Flüssigkeiten unter hohem Druck durch enge
Bohrungen versponnen werden. Abgesehen davon, daß die Bohrungen sich im Laufe des
Gebrauchs
durch den Druck und die Abrasion der Spinnflüssigkeit nicht aufweiten dürfen, werden
die Düsen zur Offenhaltung der Bohrungen und zu Reinigungszwecken häufig der Einwirkung
starker Säuren unter Erwärmung ausgesetzt.
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In @\iiwendung der Erfindung werden Spinndüsen z. B. aus einer Legierung
mit 30% Gold, 30"/o Palladium, 37"/o Silber, 1,5%Zink und 1,5% Zinn hergestellt.
Eitle solche Legierung läßt sich in weichem Zustande gut verarbeiten und leicht
bohren.
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Wird die fertige Düse nach einstündiger Homogenisierung bei looo°
C '/= Stunde bei 5oo° C ausgehärtet, so erhöht sich die Brinellhärte auf i (,) 1<g/n1111'2
und sinkt auch bei längerer Wärmebehandlung nicht mehr nennens-,vert ab. Hinsichtlich
der Best:itidigl:eit gegen Säuren verhalten sich diese Spinndüsen, abgesehen von
einem kurzzeitigen stärkeren Angriff bei Beginn der Säureeinwirkung, ebenso giinstig
wie solche aus einer unedelmetallfreien Legierung, die jedoch nicht aushärtbar ist,
so daß entsprechende \\'erte von Härte und Festigkeit nicht erreicht werden können.
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Die Gegenstände oder Geräte der Erfindung können ganz oder teilweise
aus den Legierungen der oben angeführten 7usainmensetzung bestehen. Gegebenenfalls
kann jedoch ein anderer geeigneter Werkstofft verwendet werden, der nur an den dem
Säureangriff ausgesetzten Stellen oder Teilen eine Auflage aus der hochsäurefesten
Legierung erhält. Sölche Auflagen können als Auskleidungen in Form von Blechen in
zweckentsprechender Stärke lose auf den Grundwerkstoff aufgelegt -oder durch Schweißen,
Löten, Plattieren oder Nieten mit ihm verbunden «-erden. In manchen Fällen, etwa
wenn die Auflage an schwer zugänglichen Stellen anzudringen ist, kann inan finit
Vorteil so verfahren, daß gegebenenfalls Silber als Grundwerkstoff verwendet wird,
auf den die beiden anderen Bestandteile Gold und Palladium elektrolytisch niedergeschlagen
werden. Dabei muß der Elektrolyt diese Metalle in einem solchen Konzentrationsverhältnis
enthalten, daß mit Hilfe einer anschließenden Wärmebehandlung durch Diffusion eine
hochsäurefeste Gold-Palladium-Silber-Legierung der gewünschten Zusammensetzung auf
dem Grundwerkstoff entsteht. Auch bei anderen Grundwerkstoffen läßt sich diese Methode
anwenden, wenn zunächst in geeigneter Weise eine Silberschicht auf die Grundlage
aufgebracht wird.