DE863264C

DE863264C - Silver-silicon alloy

Info

Publication number: DE863264C
Application number: DED7647A
Authority: DE
Inventors: Johannes Schatz
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1950-12-23
Filing date: 1950-12-23
Publication date: 1953-01-15

Description

Silber-Silizium-Legierung Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind neuartige Silber-Silizium-Legierungen, insbesondere untereutektischer Zusammensetzung, die neben o,i bis o,5 % Silizium noch einen Gehalt an Phosphor oder Arsen in Höhe von o,ooi bis o,i o/o aufweisen.Silver-silicon alloy are the subject of the present invention novel silver-silicon alloys, especially hypoeutectic composition, which in addition to 0.1 to 0.5% silicon also contain phosphorus or arsenic in the amount from o, ooi to o, i o / o.

Binäre untereutektische Silber - Silizium - Legierungen sind als Hartsilber für den Bau korrosionsfester Apparaturen und Apparateteile, die, wie Ventilauskleidungen, Ventilsitze, Pumpen und Rührwerksteile, einer mechanischenBeanspruchung, z. B. durch strömende Flüssigkeiten, unterliegen, bereits vielfach angewendet worden.Binary hypoeutectic silver-silicon alloys are known as hard silver for the construction of corrosion-resistant equipment and equipment parts that, like valve linings, Valve seats, pumps and agitator parts, mechanical stress, e.g. B. by flowing liquids, have already been used many times.

Das Gefüge solcher Legierungen besteht im Gußzustand je nach dem Siliziumgehalt aus primär abgeschiedenen Silber- oder Siliziumkrisfallen und den beiden Komponenten in eutektischer Form. Dabei gelangt das Silizium im Eutektikum im allgemeinen in Form von Plättchen oder vorzugsweise von langgestreckten, nadelförmigen Gebilden zur Abscheidung, die auch durch eine anschließende Verformung des Gußkörpers nicht gleichmäßig und fein in der Silbergrundmasse verteilt werden können. Infolgedessen ist eine solche Legierung, beispielsweise durch Walzen, nur schlecht verformbar und erfordert häufige Zwischenglühungen. Die verhältnismäßig groben Siliziumeinschlüsse machen eine Hochglanzpolitur der Werkstoffoberfläche unmöglich. Diese Umstände haben sich bei der Verarbeitung und Verwendung dieser harten Silberlegierungen in vielen Fällen als äußerst nachteilig erwiesen. Es wurde nun gefunden, daß diese Nachteile bei den erfindungsgemäßen Legierungen mit o, i bis 5 % Silizium und o,ooi bis o,i % Phosphor oder Arsen nicht nur behoben werden können, sondern daß solche ternären Legierungen auch gegenüber den binären phosphorfreien, bei gleichwertigen chemischen, verbesserte mechanische Eigenschaften aufweisen. Es hat sich nämlich gezeigt, daß in Gegenwart von Phosphor oder Arsen in den erfindungsgemäß beanspruchten Mengen das Silizium im Eutektikum in feinkörniger Form abgeschieden wird. Vergleichende Untersuchungen haben ergeben, daß bei den Legierungen nach der Erfindung die Größe der eutektisch abgeschiedenen Siliziumkristalle im Gußzustand etwa nur ein Zehntel bis ein Fünfzehntel und weniger gegenüber der bei phosphör- oder arsenfreien Silber-Silizium-Legierungen beträgt. Daraus ergibt sich auch eine gleichmäßigere Verteilung des Siliziums in der silberhaltigen Grundmasse, so daß bei der Verformung der erfindungsgemäßen Legierungen eine weit gleichmäßigere und feinere Verteilung des Siliziums stattfindet, als es bei binären Silber-Silizium-Legierungen der Fall ist. Besonders günstig wirkt sich diese feine Verteilung des Siliziums in Legierungen mit i bis 49/o Silizium und o,oi bis o,o5 °/o Phosphor oder Arsen aus.The structure of such alloys is in the as-cast state depending on the silicon content from primarily deposited silver or silicon crystal traps and the two components in eutectic form. The silicon generally gets into the eutectic In the form of platelets or, preferably, of elongated, needle-shaped structures for deposition, which is also not achieved by subsequent deformation of the cast body can be evenly and finely distributed in the silver base. Consequently such an alloy is difficult to deform, for example by rolling and requires frequent intermediate anneals. The relatively coarse silicon inclusions make a high-gloss polishing of the material surface impossible. Have these circumstances in the processing and use of these hard silver alloys in many Cases proved extremely disadvantageous. It has now been found that these disadvantages in the alloys according to the invention with 0.1 to 5% silicon and o, ooi to o, i% phosphorus or arsenic can not only be eliminated, but that such ternary alloys are also equivalent to the binary phosphorus-free alloys chemical, have improved mechanical properties. Because it has shown that in the presence of phosphorus or arsenic in the claimed according to the invention Amounts the silicon is deposited in the eutectic in fine-grained form. Comparative Investigations have shown that the size of the alloys according to the invention of the eutectically deposited silicon crystals in the as-cast state only about a tenth up to a fifteenth and less than that of phosphorus-free or arsenic-free silver-silicon alloys amounts to. This also results in a more even distribution of the silicon in the silver-containing base mass, so that when the alloys according to the invention are deformed a far more even and finer distribution of silicon takes place than it does is the case with binary silver-silicon alloys. Has a particularly beneficial effect this fine distribution of silicon in alloys with i to 49 / o silicon and o, oi to o, o5% phosphorus or arsenic.

Vorteilhafte Eigenschaften lassen sich weiterhin durch den Zusatz geringer Mengen Nickel oder Kupfer zu den Legierungen der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erreichen. Der Kupfergehalt kann o,oi bis o,5 %, derjenige an Nickel o;oi bis o,: °/o betragen, wobei entsprechende Mengen Silber durch diese Metalle ersetzt werden. Es ist auch möglich, Nickel und Kupfer in den angegebenen Mengenverhältnissen gemeinsam zu verwenden, wobei allerdings der Gesamtgehalt dieser beiden Metalle in der Legierung o,5 °/o nicht überschreiten soll.Advantageous properties can still be achieved through the addition small amounts of nickel or copper to the alloys of the composition according to the invention reach. The copper content can be o, oi to o, 5%, that of nickel o; oi to o,: %, With corresponding amounts of silver being replaced by these metals. It is also possible to combine nickel and copper in the specified proportions to use, although the total content of these two metals in the alloy should not exceed 0.5 ° / o.

Durch die feinkörnige Ausscheidung und gleichmäßige Verteilung des Siliziums ergeben sich für die Legierungen nach der Erfindung nicht nur bei der Verarbeitung, sondern auch hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften gegenüber binären Silber-Silizium-Legierungen ganz erhebliche Fortschritte. Während beispielsweise eine Legierung aus 97'/o Silber und 3'/o Silizium im gegossenen Zustand bis zur ersten Zwischenglühung nur um 15 bis 2o % kalt verformt werden kann; läßt sich die gleiche Legierung mit einem Zusatz von 0,03:% Phosphor 'um 4o bis 5o 0/ö. abwalzen, ohne daß eine Zwischenglühung notwendig - ist. Infolge dieser günstigen Verformungseigenschaften ist es möglich, Silber-Silizium-Legierungen mit Phosphor auch als Plattierungswerkstoff; z. B. :auf Unedelmetalllegierungen, zu verwenden, während die Benutzung .. von binären Silber-Silizium-Legierungen für diese Zwecke wegen der ungünstigen Verarbeitbarkeit sehr unwirtschaftlich ist.Due to the fine-grained excretion and even distribution of the Silicon result for the alloys according to the invention not only in the Processing, but also in terms of mechanical properties binary silver-silicon alloys have made significant progress. While for example an alloy of 97% silver and 3% silicon in the cast state up to first intermediate annealing can only be deformed by 15 to 20% cold; lets the same alloy with an addition of 0.03% phosphorus by 40 to 50%. roll off, without the need for intermediate annealing. As a result of these favorable deformation properties it is possible to use silver-silicon alloys with phosphorus also as a cladding material; z. B.: on base metal alloys, to be used while using .. of binary Silver-silicon alloys for this purpose because of their unfavorable processability is very uneconomical.

Die feinkörnige Gefügeausbildung verleiht den erfindungsgemäßen neuen Legierungen- auch eine erhöhte Härte und Zugfestigkeit, wie aus der nachfolgenden Gegenüberstellung hervorgeht. Darin sind die entsprechenden Werte (HB und an) für Silber-Silizium-Legierungen ohne Phosphor und solche mit o,o5 % Phosphor bei verschiedenen Siliziumgehalten verglichen. Ag si Ag `Si 0,05 P °,%° Silizium -- UB HB I UB HB I 1917 44 21,6 52 1,5 20,9 I 51 23,2 59 2,5 22e4 6o 24,6 69 3 22,6 64 24-4 73 3,5 - 66 - 75 Diese Zusammenstellung zeigt, daß unter dem Einfluß des feinkörnigen Gefüges Härte und Zugfestigkeit der erfindungsgemäßen Legierung eine Steigerung von iö °/o und mehr gegenüber der binären Legierung erfahren haben.The fine-grain structure gives the new alloys according to the invention an increased hardness and tensile strength, as can be seen from the comparison below. It compares the corresponding values (HB and an) for silver-silicon alloys without phosphorus and those with 0.05% phosphorus for different silicon contents. Ag si Ag `Si 0.05 P °,% ° silicon - UB H B I UB H B I 1 917 44 21.6 52 1.5 20.9 I 51 23.2 59 2.5 22e4 6o 24.6 69 3 22.6 64 24-4 73 3.5-66-75 This compilation shows that under the influence of the fine-grain structure, the hardness and tensile strength of the alloy according to the invention have experienced an increase of 10% and more compared to the binary alloy.

Die günstigen Verformungseigenschaften gestatten es bei- den phosphor- oder arsenhaltigen Silber-Silizium-Legierungen, die mit einer Kaltverformung 'verbundene Erhöhung der mechanischen Eigenschaften in vollem Umfang auszunutzen.The favorable deformation properties allow both phosphorus or arsenic-containing silver-silicon alloys, which are associated with cold deformation ' Take full advantage of the increase in mechanical properties.

An einer Legierung mit 971/o Silber, 3"/o Silizium und 0,03V0 Phosphor wurden für die Zugfestigkeit (aB), die Bruchdehnung (y) und die Brinellhärte (HB) gemäß nachstehender Zusammenbtellung folgende Werte ermittelt: Verformung a', H °/° kg/mm2 ° . kgimm2 0 2615 3115_ 45 10 3215 1:413 94 20 ' 34 5,6 105 30 37 312 1415 40 40 2,2 iig 50 43 2 123 Korrosionsversuche, beispielsweise mit einer Legierung aus 970/0 Silber, 3 % Silizium und 0,3'/9-Phosphor in Essigsäure bei ioo°; haben eine jährliche Dickenabnahme von 43 ,u ergeben. An Hand dieser Versuche konnte festgestellt werden, daß das Korrosionsverhalten der phosphor- oder arsenhaltigen Legierungen gemäß der Erfindung überraschenderweise dem von Feinsilber entspricht. Bei dem bekannten Einfluß dieser Metalle auf Silber mußte erwartet werden, daß die Korrosionseigenschaften der erfindungsgemäßen Legierungen erheblich hinter denen des Feinsilbers zurückbleiben würden, ebenso wie mit einer Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften infolge der versprödenden Wirkung der Zusatzmetalle zu rechnen war. Die durch eingehende Untersuchungen erwiesene Verbesserung der mechanischen Eigenschaften gegenüber den bekannten Zweistoflegierungen aus Silber und Silizium stellt daher einen überraschenden und unerwarteten technischen Fortschritt dar, der den erfindungsgemäßen Legierungen -im cheinisehen Apparatebau weite Anwendungsgebiete nicht nur als Baustoff, sondern auch als Plattierwerkstoff erschließt. Gerade für diese Verwendungszwecke ist auch die ausgezeichnete Polierfähigkeit, die durch die feinere Verteilung des Siliziums ermöglicht wird, von besonderer Bedeutung im Hinblick auf die Beständigkeit von chemischen und mechanischen Angriffen unterliegenden, aus den erfindungsgemäß zusammengesetzten Legierungen hergestellten Armaturen und Armaturenteilen und sichert ihnen im Verein mit den günstigen mechanischen Eigenschaften eine bemerkenswerte Überlegenheit gegenüber solchen aus den bisher bekannten binären Silizium-Silber-Legierungen.On an alloy with 971 / o silver, 3 "/ o silicon and 0.03V0 phosphorus, the following values were determined for tensile strength (aB), elongation at break (y) and Brinell hardness (HB) according to the table below: Deformation a ', H ° / ° kg / mm2 °. k gimm 2 0 2 615 3115_ 45 1 0 3215 1: 413 94 20 '34 5.6 105 30 37 312 1415 40 40 2.2 iig 50 43 2 123 Corrosion tests, for example with an alloy of 970/0 silver, 3% silicon and 0.3 '/ 9-phosphorus in acetic acid at 100 °; have shown an annual thickness reduction of 43 u. On the basis of these experiments it was found that the corrosion behavior of the phosphorus or arsenic-containing alloys according to the invention surprisingly corresponds to that of fine silver. Given the known influence of these metals on silver, it was to be expected that the corrosion properties of the alloys according to the invention would lag far behind those of fine silver, as well as impairment of the mechanical properties as a result of the embrittling effect of the additional metals. The improvement in the mechanical properties compared to the known two-component alloys of silver and silicon, which has been proven by detailed investigations, therefore represents a surprising and unexpected technical advance, which opens up wide areas of application for the alloys according to the invention - in Chinese apparatus construction not only as a building material, but also as a cladding material. Especially for these purposes, the excellent polishing ability, which is made possible by the finer distribution of the silicon, is of particular importance with regard to the resistance to chemical and mechanical attack, fittings and fittings made from the alloys according to the invention, and ensures them in conjunction with the favorable mechanical properties a remarkable superiority over those from the binary silicon-silver alloys known up to now.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Silver-silicon alloy, characterized by following composition: o, i to 50/0, preferably i to 4.%, silicon, o, ooi to o, i, preferably o, oi to o, 050/0, phosphorus or arsenic, the remainder silver.

2. Alloy according to claim i, characterized in that it is reduced accordingly of the silver content still o, oi to 0.2% nickel and o, oi to o.5% copper individually or contains together, the sum of both not exceeding 0.5%.