DE904490C - Metallische Formkoerper - Google Patents

Description

• Metallische Formkörper Die Erfindung betrifft Formkörper aus unedlen Metallen mit Edelmetallplattierung, bei denen die Plattierschicht von der Plattierungsgrundlage durch eine diffusionsverhindernde oder -hemmende Zwischenschicht getrennt ist, so daß derartige Formkörper auch bei erhöhter thermischer Belastung keine Diffusionserscheinungen zwischen dem Kern-und dem Mantelmetall zeigen, durch die der Edelmetallcharakter der Oberfläche beeinträchtigt wird.
• Es ist bekannt, für Zwecke, bei denen aus Gründen der erhöhten Korrosionsfestigkeit Edelmetalle Verwendung finden müssen, solche nur an der Oberfläche zur Anwendung zu bringen und die Unterlage bzw. den Kern dieser Formkörper aus weniger kostspieligen Metallen, gegebenenfalls unter wünschenswerter Erhöhung der mechanischen Eigenschaften des plattierten Formkörpers, herzustellen. Beispielsweise werden in der Rundfunkindustrie zum Aufbau von Röhrensystemen oder in der Kontaktfertigung mit Platin oder Silber plattierte Manteldrähte oder andere Formkörper verwendet. Auch die Dentalindustrie benutzt Knopfstifte aus unedlem Kernmaterial mit Goldauflage für die Befestigung künstlicher Zähne. Sofern derartige Formkörper thermischen Belastungen ausgesetzt sind, wie es beispielsweise beim Einlöten oder Einbrennen von Zahnstiften der Fall ist, können Diffusionsvorgänge auftreten, auf Grund derer etwa das Kernmaterial durch die Edelmetallschichthindurchschlägt und die Korrosionsfestigkeit der Oberfläche, zum mindesten an den der Diffusion am stärksten unterliegenden Stellen, schädigt. Sbfern die Edelmetallplattierung genügend stark ausgeführt werden kann, spielen solche Diffusionsvorgänge, insbesondere bei kurzzeitiger thermischer Beanspruchung, im allgemeinen nur eine untergeordnete Rolle. Muß dagegen z. B. im Interesse der Edelmetallersparnis die Auflage in ihrer Stärke möglichst gering gehalten werden, so ist es erforderlich, diese Diffusionsvorgänge zu unterbinden oder zum mindesten insoweit zu hemmen, daß eine ausreichende Gebrauchsdauer bzw. eine überhaupt den praktischen Erfordernissen entsprechende Verwendbarkeit der plattierten Werkstoffe gewährleistet ist.
• Aus diesen Gründen hat man zwischen edle und unedle Werkstoffe Sperrschichten aus Metallen eingebracht, die sowohl mit dem Grundmetall als mit dem Auflagemetall entweder keine Legierungen bilden oder diesen gegenüber nur so geringe Eigendiffusion zeigen, daß durch die Zwischenschichten eine ausreichende Sperrwirkung erzielt wird. Beispielsweise tritt in einem aus einem Nickelkern mit Goldmantel bestehenden Zahnstift bei der Einlötung in den künstlichen Zahn, die etwa bei 8oo° C vorgenommen wird, das Nickel sehr schnell durch die Goldschicht. Um eine Dunkelfärbung der Stiftoberfläche, wie sie durch die Oxydation des durch den Goldmantel hindurchdiffundierten Nickels entsteht, zu vermeiden, mußte der Goldmantel verhältnismäßig dick gehalten werden. Wählt man die Stärke der Goldschicht etwa I5 bis I6 µ, so gelangt auch nach 5minutiger Erhitzung auf 8oo° C während des Einlötens das Nickel noch nicht bis an die Oberfläche des dicken Goldmantels, durch dessen Ausbildung die Verfärbung der Goldfläche also wirksam verhindert wird. Wird zwischen den Goldmantel und den Nickelkern eine Palladium-Zwischenschicht aufgebracht, so genügt schon eine solche von 5 µ Dicke, um eine Verfärbung des Goldmantels beim Einfärben zu verhindern, auch wenn die Goldauflage nur 8 µ stark ist. Auf diese Weise kann bei einem Goldknopfzahnstift etwa 5 % an Edelmetall eingespart werden. Es zeigt sich also, daß es im wesentlichen darauf ankommt, bei derartigen mit Edelmetallauflagen plattierten Formkörpern aus unedlen Kernmetallen Sperrschichten zu verwenden, die die Diffusion so weit hemmen oder ganz verhindern, daß auch bei dünnen Edelmetallauflagen das Kernmetall nicht an die Oberfläche gelangen kann.
• Es wunde nun gefunden, daß dünne Zwischenschichten aus Metallen der Titan-, Vanadin- und Chromgruppe, d. h. also aus der 4., 5. und 6. Nebengruppe des Periodischen Systems, eine so aus gezeichnete Sperrwirkung besitzen, daß es möglich ist, mit sehr dünnen Edelmetallüberzügen auszukommen, ohne die Edelmetalloberfläche durch eine Diffusion des Kernmaterials zu schädigen. Die gleiche Wirkung wie die Metalle aus den genannten Gruppen weisen auch das Metall Rhenium und Ruthenium auf. Besonders geeignet für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sind Titan, Vanadin, Niob, Tantal, Molybdän und Wolfram.
• Als Kernmaterial können neben Nickel mit besonderem Erfolg korrosionsbeständige, insbesondere mundbeständige Chromstähle und Chromnickelstähle verwendet werden, die unter der Bezeichnung V 2A, V 4A od. dgl. handelsüblich sind. Auch Nickellegierungen mit bis zu 30% Chrom und/oder Eisen bzw. Kobalt sind mit Vorteil verwendbar, wobei das Chrom ganz oder teilweise durch Vanadin, Wolfram und/oder Molybdän ersetzt werden kann. Ebenso sind Nickellegierungen mit 0,5 bis 4% Mangan und bis zu 2,5% Silicium als Kernwerkstoff geeignet.
• Die homogene Abdeckung mit der Zwischenschicht und den Edelmetallüberzügen erlaubt auch die Verwendung von Sinterwerkstoffen als Kernmaterial, wofür vor allem Verbundmetalle aus Silber mit Wolfram, Molybdän, Nickel, Kobalt oder Eisen als Zusatzkomponente in Betracht kommen. Auch auf derartigen Kernwerkstoffen aus Sintermetallen zeigen die erfindungsgemäßen die Zwischenschicht bildenden Metalle eine ausgezeichnete Haftung und eine ebenso gute Sperrwirkung.
• Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Formkörper ergeben sich durch geeignete Wahl des Aufbringungsverfahrens der Sperrschichtmetalle zahlreiche Variationsmöglichkeiten. Die Auswahl des entsprechenden Verfahrens richtet sich im Einzelfall nach der Gestalt und Art der Formkörper sowie nach dem Charakter des Zwischenschichtmetalles und erlaubt es, die jeweiligen Bedingungen in optimaler Weise den technischen und wirtschaftlichen Gegebenheiten anzupassen.
• Unter diesen Gesichtspunkten kann die Aufbringung des Sperrschichtmetalles durch galvanische Abscheidung, durch Käthodenzerstäubung oder durch Aufdampfen erfolgen. Es ist auch möglich, durch thermische Zersetzung von entsprechenden Metallverbindungen in der Dampfphase festhaftende, gleichmäßige Überzugsschichten zu erhalten. In ähnlicher Weise läßt sich auch eine Schicht von geeigneten Metallverbindungen niederschlagen, aus denen das Metall später durch Reduktion abgeschieden wird. Schließlich kann die Aufbringung auch aus einer Suspension der Metalle oder Metallverbindungen mit entsprechender Nachbehandlung in an sich bekannter Weise erfolgen.
• Da die erfindungsgemäßen Zwischenschichten ein gutes Haftvermögen für Auflagen aller Art aufweisen; können als Mantelmetall neben Feingold auch Platin, Silber, Palladium und deren Legierungen mit Erfolg aufgebracht werden.
• Zur Erläuterung des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung wird nachstehend an einigen Beispielen gezeigt, daß die Verwendung der genannten Sperrschichtmetalle es erlaubt, mit besonders dünnen Edelmetallauflagen auszukommen, ohne damit den Edelmetallcharakter der Überzugsschicht durch Diffusion zwischen dieser und dem Kernmetall bei thermischer Beanspruchung zu gefährden oder zu beeinträchtigen. Beispiele I. Auf einen Knopfzahnstift aus Nickel wird eine Molybdänschicht von etwa 3 µ Dicke durch galvazische Abscheidung aufgebracht und ,diese mit einem q. ,u starken Goldmantel überzogen. Der erialtene Goldknopfzahnstift kann zwecks Einlötung längere Zeit auf 8oo° C erhitzt werden, ohne daß Nickel in den Goldmantel diffundiert, so daß der Edelmetallcharakter der Metalloberfläche ungeschädigt erhalten bleibt.
• 2. Ein Nickelblech wird galvanisch mit einer 2 µ starken Rheniumsperrschicht überzogen, worauf eine 5 µ starke Goldauflage genügt, um das Eindringen des Nickels in die Oberfläche auch bei einer Temperaturbehandlung von IO Minuten bei 800° C vollkommen zu verhindern. Die Goldfarbe der Oberfläche bleibt unverändert.
• 3. Zur Herstellung eines Manteldrahtes mit einem Eisennickelkern wird auf den Kernwerkstoff Zirkon durch thermische Zersetzung von Zirkonhalogenid im Vakuum aufgebracht und diese Zwischenschicht sodann mit einem Platinmantel überzogen. Schon bei einer Schichtdicke der Zirkonzwischenlage von I µ läßt sich die Diffusion der unedlen Kernmaterialien in die Platinoberfläche bei Temperaturen bis zu I2OO° C wirksam verhindern.
• 4. Ein Blech aus Chromnickelstahl mit 28% Chrom und weniger als O,I% Kohlenstoff wird durch Aufdampfen im Vakuum mit einer Tantalschicht von etwa 2 µ Dicke belegt und diese sodann mit Gold überzogen. Die Tantalschicht sperrt auch bei hohen Temperaturbelastungen vollständig die Diffusion des Kernwerkstoffes oder seiner Bestandteile in den Goldmantel.
• Die Formkörper gemäß der Erfindung sind als Baustoffe für Röhren, beispielsweise für Stromdurchführungen in Elektrodenröhren, sowie als Zahnstifte für künstliche Zähne in der Dentalindustrie mit gutem Erfolg verwendbar, da sie bei geringen Zwischenschichtstärken nur geringe Edelmetallauflagen erfordern und trotzdem gegen thermische Beanspruchung im Hinblick auf die Diffusionshemmung in die Außenschicht außerordentlich günstige Eigenschaften zeigen.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Formkörper, bestehend aus einem Metallkern aus unedlen Metallen, einer zwischen Kern und Mantel befindlichen diffusionshemmenden Zwischenschicht und einem Mantel aus Edelmetallen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus den Metallen Rhenium oder Ruthenium oder den Metallen der 4., 5. oder 6. Nebengruppe des Periodischen Systems, insbesondere Titan, Vanadin, Niob, Tantal, Molybdän oder Wolfram besteht.
2. 2. Formkörper nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Sperrschicht von einer Dicke bis zu IO µ, vorzugsweise von I bis 3 µ, aufweisen.
3. 3. Formkörper nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus korrosionsbeständigen, insbesonderemundbeständigen Werkstoffen, z. B. Chromstählen oder Chromnickelstählen, besteht. q. Formkörper nach Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus durch Sintern hergestellten Verbundwerkstoffen, vorzugsweise solchen auf Silberbasis, z. B. Silber-Wolfram, Silber-Molybdän oder Silber-Nickel, besteht.