DE896562C - Verfahren zur Herstellung von Spinnduesen aus Tantal mit erhoehter Oberflaechenhaerte - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Spinndüsen aus Tantal mit erhöhter Oberflächenhärte Spinndüsen aus Tantal, Niob und deren Legierungen für die Herstellung von Kunstseide- oder Zellwollfäden, insbesondere von Kunstfasern nach dem Viskoseverfahren, sind seit langem im Gebrauch, da diese Metalle gegenüber den Spinnlösungen, Fällbadflüssigkeiten und Nachbehandlungsbädern ausreichend beständig sind.
• Da die genannten Metalle weich und duktil sind, wird auf die fertigen Spinndüsen, z. B. aus Tantal, üblicherweise eine harte Oberflächenschicht aus Oxyden und/oder Nitriden aufgebracht. Diese Schichten gewährleisten zwar einen gewissen Schutz der Düsenoberfläche gegen mechanische Beschädigungen, wie etwa Verkratzungen, bleiben jedoch gegenüber ernsthafteren mechanischen Beanspruchungen wirkungslos, da sie zwar an sich sehr hart, aber andererseits so dünn sind, daß sie einem verformenden Einfluß keinen nennenswerten Widerstand entgegensetzen können.
• Die Steigerung der Gesamthärte ist daher bei Anwendung solcher Oberflächenschichten nur gering. Überdies hat sich gezeigt, daß derartige Düsen in ihrem Spinnverhalten hinter dem etwa von Edelmetalldüsen, insbesondere von Gold-Platin-Düsen, wesentlich zurückbleiben. Die Bohrungen solcher mit einer harten Oberflächenschicht versehener Düsen setzen sich leichter zu, und die Fadenquerschnitte sind uneinheitlicher, als das bei Edelmetalldüsen der Fall ist.
• Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, durch eine Wärmebehandlung mit oxydierenden, nitrierenden oder kohlenstoffabgebenden Stoffen, vorzugsweise in Gasform, auch solche Spinndüsen zusätzlich mit außerordentlich harten, verschleißfesten und chemisch beständigen Oberflächenschichten zu versehen, die bereits im Innern durch Gaseinwanderüng gegenüber unbehandelten Düsen eine gewisse erhöhte Härte und Festigkeit aufweisen. Nach einem neueren Vorschlag erzielt man durch Behandlung von Gegenständen aus Tantal, u. a. auch von Spinndüsen, in Sauerstoff, Stickstoff oder Luft bei höherer Temperatur und anschließende Glühung im Vakuum auf Temperaturen oberhalb 900° eine Einwanderung dieser Gase oder ihrer Metallverbindungen in das Innere des Grundmetalls, das dadurch gleichmäßig durch und durch gehärtet wird wobei Härtewerte von 250 bis 290 Vickerseinheiten erreicht werden. Wird die Wärmebehandlung über sehr lange Zeiträume ausgedehnt, so gelangt man, allerdings unter für die Praxis ungünstigen Bedingungen, sogar zu Härten von 400 Vickers und mehr.
• Da solche Düsen bereits durchgehend bis zu den Außenflächen eine Einlagerung von Tantalnitriden oder -oxyden aufweisen, war es überraschend, daß durch eine Wärmebehandlung in Gegenwart von Stoffen, die ebenfalls vorwiegend die Bildung von Oxyden und/oder Nitriden bewirken, Spinndüsen mit einer festhaftenden, harten, verschleißfesten Oberflächenschicht hergestellt werden konnten. Es mußte vielmehr damit gerechnet werden, daß durch die bereits auch in der Grenzfläche vorhandenen Oxyde und/oder Nitride das Aufziehen einer zusammenhängenden festhaftenden Schicht gleichartiger Stoffe infolge des durch das geringere Konzentrationsgefälle zwischen Grundmetall und Nichtmetall herabgesetzten Diffusionspotentials stark behindert oder unmöglich gemacht werden würde.
• Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes wird die harte Oberflächenschicht dadurch erzeugt, daß zur Aufbringung der Schicht eine Glühbehandlung in Gegenwart kohlenstoffhaltiger bzw. Kohlenstoff abgebender Substanzen erfolgt. Dabei war zu befürchten, daß sich diese Stoffe mit den auch an der Oberfläche der durchgehärteten Spinndüsen vorhandenen oxydischen Tantalverbindungen etwa unter Bildung von Kohlenoxyd oder Kohlendioxyd umsetzen würden und daher die Reduktion der härtenden Gefügebestandteile nicht nur nicht zur Erzeugung einer zusätzlichen harten Oberflächenschicht, sondern vielmehr sogar zu einem Härteabfall, zumindest an der Oberfläche der durchgeführten Düse, führen würde.
• In Ausübung der Erfindung gelangt man zu dem erfindungsgemäßen Gegenstand dadurch, daß die gemäß dem - erwähnten bekannten Vorschlag durch Gaseinwirkung gehärtete und verfestigte Düse in Gasen oder Gasgemischen, wie Sauerstoff, Stickstoff oder/und Luft, einer Wärmebehandlung bei Temperaturen unterhalb 500°, vorzugsweise bei 440 bis 470°, unterworfen wird, wobei sich die Tantaloxyde und/oder Tantalnitride als zusammenhängende dunkle Schicht auf den Düsenoberflächen abscheiden. Die - außerordentlich hohe Härte der Schicht, mit der eine vorzügliche Widerstandsfähigkeit des erfindungsgemäßen Gegenstandes gegen mechanische Verschleiße und chemische Korrosion einhergeht, kommt durch die Aufbringung auf eine in gewissen Grenzen bereits gehärtete und verfestigte Unterlage voll zum Tragen.
• Die erreichbaren Oberflächenhärten sind abhängig von der Härte des Unterlagemetalls, die durch mehrmalige Wiederholung der bekannten Gaseinwirkung, überraschenderweise ohne Eintritt einer unerwünschten Kornvergröberung des Tantals, beeinflußt und geregelt werden kann. Die erhöhten mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Gegenstandes zeigt am Beispiel der Vickershärte nachstehende Zusammenstellung: Gegenstand Vickershärte I. Tantalspinndüse weich, mittels Gasbehandlung oberflächlich gehärtet (altes Verfahren) ....... I65 bis 240 2. Tantalspinndüse, mittels Gasbehandlung einmal durchgehärtet 190 bis 290 2 a. Tantalspinndüse wie 2 mit harter Oberflächenschicht (gemäß Erfindung ........................... 450 3. Tantalspinndüse mittels Gasbehandlung zweimal durchgehärtet 340 bis 380 3a. Tantalspinndüse wie 3 mit harter Oberflächenschicht (gemäß Erfindung .......................... 5I5 Aus dieser Zusammenstellung geht hervor, daß bei dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung außerordentlich hohe Härten erreicht werden können. Ähnlich günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn die Wärmebehandlung der durchgehärteten Düsen in nichtoxydierender Atmosphäre oder im Vakuum in Gegenwart von Temperaturen über 10000 durchgeführt wird, wobei man zu besonders hochwertigen Oberflächenschichten gelangt, wenn bei Temperaturen von 1100 bis I3000, beispielsweise bei 1150°, gearbeitet wird. Die Wärmebehandlung kann erfindungsgemäß in Gegenwart der genannten Stoffe im Hochvakuum oder in inerter Atmosphäre oder in einer nichtoxydierenden Atmosphäre solcher Stoffe selbst erfolgen. Die erfindungsgemäß behandelten Spinndüsen weisen eine chemisch außerordentlich beständige harte Oberfläche von goldgelber bis rötlichgelber Farbe auf. Durch eine Wärmebehandlung bei Temperaturen oberhalb I6000 im Vakuum oder in nichtoxydierender Atmosphäre können diese Oberflächenschichten gegebenenfalls auch zur Diffusion in die tiefer liegenden Gefügeteile gebracht werden.
• Als kohlenstoffhaltige Substanzen im Sinne vorliegender Erfindung haben sich organische Verbindungen, wie z. B. Ester von gesättigten oder ungesättigten Fettsäuren, aber auch Paraffine, aromatische Verbindungen und deren Gemische, sofern sie bei der Verdampfung und/oder Zersetzung keinerlei oxydierende Wirkung ausüben, als geeignet erwiesen.
• Dabei können die kohlenstoffhaltigen Substanzen in festem, flüssigem oder gasförmigem Zustand verwendet und gegebenenfalls durch Einpudern, Auf- streichen od. dgl. mit den zu behandelnden Düsen in Berührung gebracht werden.
• In gleicher Weise wie Spinndüsen aus Tantal können auch solche aus Niob auf Grund des sehr ähnlichen Verhaltens dieser beiden nahe verwandten Metalle mit entsprechender Wirkung gemäß vorliegender Erfindung mit Oberflächenschichten von erhöhter Härte ausgestattet werden. Auch Düsen aus Legierungen des Tantals und Niobs miteinander oder mit anderen Metallen, wie z. B. mit 20 °/0 Nickel, gehören zum Gegenstand dieser Erfindung.
• Durch Aufbringung einer glatten, festhaftenden Oberflächenschicht gehärtete Spinndüsen aus Tantal od. dgl. gemäß vorliegender Erfindung zeigen neben einer verbesserten chemischen Beständigkeit eine wesentlich größere Verschleißfestigkeit, als sie auf Grund der an sich schon sehr hohen Oberflächenhärte zu erwarten wäre. Sie sind daher gegen mechanische Beanspruchungen widerstandsfähig und weisen eine sehr hohe Lebensdauer auf. Auch sind sie, bevor ein Ausbau zwecks Reinigung erforderlich wird, wesentlich länger betriebsfähig als die bisher bekanntgewordenen Tantalspinndüsen. Sie zeigen die störende Uneinheitlichkeit des Fadenquerschnittes nicht und liefern ganz allgemein weitaus bessere Fadenqualitäten.
• Als besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Spinndüsen mit erhöhter Härte ergibt sich infolge der günstigen Druckfestigkeit eine erhebliche Werkstoffersparnis, indem die Blechstärke für die Herstellung der Düsen bei gleichem Spinndruck wesentlich geringer gehalten werden kann als bei Spinndüsen aus Tantal od. dgl. in der bekannten Ausführung.
• PATENTANSPROCHE: I. Verfahren zur Herstellung von Spinndüsen mit erhöhter Oberflächenhärte aus Tantal, Niob oder deren Legierungen miteinander oder mit anderen Metallen, wie z. B. Nickel, für die Herstellung von Kunstfasern, insbesondere nach dem Viskoseverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß auf den durch Gasbehandlung durchgehärteten Düsen durch eine Wärmebehandlung in Gegenwart oxydierender, nitrierender oder kohlenstoffhaltiger, vorzugsweise gasförmiger Stoffe Oberflächenschichten hoher Härte erzeugt werden.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei Temperaturen unterhalb 500", vorzugsweise bei 440 bis 470°, in Gasen und/oder Gasgemischen, wie z. B.

   Sauerstoff, Stickstoff oder Luft, durchgeführt wird.

   3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung in Gegenwart kohlenstoffhaltiger, vorzugsweise organischer Stoffe bei Temperaturen oberhalb 10000, vorzugsweise solchen zwischen 1100 und I3000, durchgeführt wird.

   4. Verfahren nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Düsen verwendet werden, die zu wiederholten Malen der Durchhärtung durch Gaseinwirkung unterworfen sind.