KR100491671B1 - 작고 미세하게 분산된 비금속 산화물 입자에 의해 분산강화된 금 미함유 백금 재료 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 작고 미세하게 분산된 비금속 산화물 입자에 의해 분산 강화된 금 미함유 백금 재료에 관한 것이다. 상기 비금속은 0.01 내지 0.5 중량%의 스칸듐이거나, 또는 지르코늄, 이트륨, 및 세륨으로 구성되는 그룹으로부터 적어도 하나의 금속과 스칸듐의 혼합물로서 총 비금속의 함량은 0.05 내지 0.5 중량% 이다. 본 발명의 핵심은 요구되는 정도의 산화가 이루어지기까지 산화 처리를 위해 요구되는 시간이 이트륨의 부분적 또는 전체의 대체물로서 비금속 스칸듐을 사용함으로써 현저하게 감소된다는 점이다.
Description
본 발명은 작고 미세하게 분산된 비(卑)금속(base metal; 귀금속에 대응하는 금속) 산화물 입자에 의해 분산강화된 금 미함유 백금 재료에 관한 것이다. DE-PS 3,102,342 호에는 입자 안정화 성분과, 불순물은 별도로 하고, 금과의 합금으로 구성되고, 상기 합금의 나머지를 구성하는 1 또는 그 이상의 백금족 금속을 포함하는 입자 안정화 합금을 기재한다. 상기 백금족 금속은 백금, 로듐, 팔라듐, 루테늄, 및 이리듐을 포함한다. 상기 입자 안정화 성분은 스칸듐, 이트륨, 토륨, 지르코늄, 하프늄, 티타늄, 알루미늄의 산화물, 탄화물, 질화물, 및/또는 규화물 또는 란타나이드(lanthanide)이며, 0.5 중량%를 초과하지 않는 양으로 존재한다. 금은 2 내지 10 중량%의 양으로 존재한다.DE 197 14 365 A1은 작고 미세하게 분산된 비금속 산화물 입자에 의해 분산 강화된 백금 재료를 기재하는데, 여기서 상기 비금속은 세륨이거나, 또는 이트륨, 지르코늄, 및 세륨 원소들 중 적어도 2개의 원소의 혼합물이며, 상기 비금속의 함량은 0.005 내지 1 중량%이고, 상기 비금속의 적어도 75 중량%는 그것의 산화물 형태로 존재하며, 상기 비금속 산화물의 형성은 산화 매개물내에서 600 내지 1400℃로 백금-비금속 합금을 조밀한 형태로 열처리하는 것을 기초로 한다.상기 재료의 제조에 있어서의 단점은 산화 처리에 필요한 시간의 양은, 요구되는 정도의 산화를 달성하기 위해서 일반적으로 200 내지 400 시간이 소요되며, 이러한 재료의 매우 높은 가격으로 인하여 상당한 자금의 압박을 받는다는 점이다.
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따라서, 본 발명의 목적은 산화 처리에 있어서 제조하는데 가능한 한 적은 시간을 필요로 하는 분산강화된 백금 재료를 제조하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 상당히 더 짧은 시간 내에 상기 산화 처리를 실행하는 데에 사용될 수 있는 새로운 공정을 제공하는 것이다.상기 목적에 따르면, 본 발명의 일 특징은 작고 미세하게 분산된 비금속 산화물 입자에 의해 분산강화되며, 비금속을 포함하는 금 미함유 백금 재료에 있으며, 여기서 상기 비금속은 백금 재료 중량의 0.01 내지 0.5 중량%의 스칸듐이거나, 또는 지르코늄, 이트륨, 및 세륨으로 구성되는 그룹으로부터의 적어도 하나의 금속과 스칸듐의 혼합물로서 전체 비금속 함량은 백금 재료 중량의 0.05 내지 0.5 중량% 이다. 본 발명의 핵심은 요구되는 정도의 산화가 이루어지기까지 산화 처리를 위해 요구되는 시간은 상기 비금속 스칸듐을 이트륨의 부분적인 또는 완전한 대체물로서 사용함으로서 현저하게 감소된다는 점이다. 이러한 재료의 사용 및 추가적인 가공에 대하여, 75%의 산화 정도를 달성하는 것이 유리한데, 이는 요구되는 기계적 강도가 항상 더 낮은 정도의 산화에서 항상 달성되는 것은 아니며, 예를 들어 용융된 유리와 접촉할때, 부식성 파괴 작용이 증가하는 위험이 있고, 상기 재료의 용접성이 손상되기 때문이다.상기 비금속 산화물은 산화 매개물내에서 600 내지 1400℃ 에서 예를 들면 2 내지 3 mm 두께의 박판 형태와 같은 조밀한 형태의 백금-비금속 합금의 열처리를 기초로 형성되는 것이 바람직한데, 이는 상기 조건들이 효과적인 것으로 입증되었기 때문이다. 본 발명과 관련해서, 이러한 처리를 위해 요구되는 산화 매개물은 600 내지 1400℃의 온도 범위에서 비금속은 산화시키지만 귀금속은 산화시키지 않는 매개물을 의미한다. 바람직한 산화 대기는 공기, 산소, 증기이거나 또는 증기와 수소의 혼합물, 증기와 비활성 기체, 특히 헬륨 또는 아르곤과의 혼합물, 또는 증기와 질소의 혼합물이다. 상기 비금속의 적어도 90 중량%가 산화물의 형태로 존재하는 경우 특히 효과적인 것으로 나타났다. 이것은, 상기 백금-로듐 합금의 로듐 함량이 1 내지 25 중량%, 특히 10 중량% 이거나, 또는 백금-이리듐 합금의 이리듐 함량이 1 내지 30 중량%, 특히 10 중량% 인 경우, 분산 강화된 백금, 분산 강화된 백금-로듐 합금, 또는 분산 강화된 백금-이리듐 합금에도 동일한 정도로 적용된다.작고 미세하게 분산된 비금속 산화물 입자에 의해 분산 강화된 금 미함유 백금 재료를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법에 있어서, 백금-비금속 합금은 용융되고, 주조되며, 열처리에 의해 산화된다. 상기 비금속은 0.01 내지 0.5 중량%의 스칸듐이거나, 또는 지르코늄, 이트륨, 및 세륨으로 구성되는 그룹으로부터의 적어도 하나의 금속과 스칸듐의 혼합물로서 전체 비금속 함량은 0.05 내지 0.5 중량% 이다. 무엇보다도, 산화 매개물 내에서 600 내지 1400℃로 열처리함에 의해 수행되는 상기 산화 후 및/또는 산화 동안에, 적어도 상기 비금속의 75 중량% 그리고 특히 상기 비금속의 90% 가 산화되는 것이 바람직한 것으로 나타났다. 상기 산화 매개물은 공기, 산소, 증기의 대기이거나, 또는 증기와 수소의 혼합물, 증기와 비활성 기체의 혼합물, 또는 증기와 질소의 혼합물인 것이 특히 효과적인 것으로 나타났다. 다른 장점들은 상기 용융되고 주조되는 백금-비금속 합금 및 상기 분산 강화된 백금 재료의 우수한 변형 특성 및 용접성이며, 이에 따라, 상기 재료는 산화 열처리전 및/또는 후에 냉간 가공 또는 열간 가공될 수 있거나, 또는 산화 열처리 전에 용접될 수 있다. 상기 산화 열처리 전에 수행되는 이러한 용접 작업은 상기 용접점 및 베이시스 금속에 실질적으로 동일한 미세구조 및 동일한 강도값을 가지게 할 수 있다. 이것은, 특히, 상기 백금-로듐 합금의 로듐 함량이 1 내지 25 중량% 이고, 특히 10 중량 % 인 경우, 또는 상기 백금-이리듐 합금의 이리듐 함량이 1 내지 30 중량% 이고, 특히 10 중량 %인 경우, 분산 강화된 백금, 분산 강화된 백금-로듐 합금 또는 분산 강화된 백금-이리듐 합금에도 동일한 정도로 적용된다.본 발명에 따른 백금 재료는 고온에서의 안정성을 필요로 하는 모든 적용 영역에 적합하다. 이것은 유리 산업 및 실험실에서 사용되는 장비에서의 사용 및 코팅, 피복재의 생산에 특히 적합한 것으로 나타났다.또한, 용접 충진재 금속으로서 금 미함유 백금 재료를 이용하는 것이 또한 유리한 것으로 나타났다. 이러한 경우, 비금속을 함유하는 상기 금 미함유 백금 재료는 적어도 부분적으로 산화되어 본 발명의 분산 강화된 백금 재료를 형성할 수 있다. 이러한 공정에 의해 용접점 및 베이시스 금속은 실직적으로 동일한 미세구조 및 동일한 강도값을 갖게 된다.무엇보다도, 작고 미세하게 분산된 비금속 산화물 입자에 의해 분산 강화된 금 미함유 백금 재료, 특히 본 발명에 따른 백금 재료에 있어서 이트륨의 대체물로서 스칸듐을 사용하는 것이 효과적인 것으로 나타났다.이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
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실시예 1
0.18%의 지르코늄(Zr) 및 0.015%의 스칸듐(Sc)을 함유하는 백금(Pt) 합금이 진공 유도로 내의 산화 지르코늄 도가니에서 백금 및 2 마스터 합금(2 master alloys; 28%의 지르코늄(Zr)을 함유하는 백금(Pt) 및 1%의 스칸듐(Sc)을 함유하는 백금(Pt))으로부터 제조되었다. 상기 잉곳(ingot)은 편평해졌으며, 그 다음에 2.4㎜의 두께를 갖는 박판이 냉간 압연에 의해 제조되었다. 상기 박판은 그 다음에 1030℃에서 120 시간 동안 대기 중에서 산화되었다. 완전(100%)한 산화시의 이론적인 산소 농도는 715 ppm의 산소여야 하지만 측정된 최대 산소 농도는 770 ppm 이었다. 따라서, 첨부된 표에 나타나는 바와 같이, 상기 스칸듐이 첨가된 박판의 완전한 산화는 96 시간 후에 달성되었다.
실시예 2
0.18%의 지르코늄(Zr) 및 0.018%의 이트륨(Y)을 함유하는 백금(Pt) 합금은 진공 유도로 내의 산화 지르코늄 도가니에서 백금 및 2 마스터 합금(28%의 지르코늄(Zr)을 함유하는 백금(Pt) 및 2.8%의 이트륨(Y)을 함유하는 백금(Pt))으로부터 제조되었다. 상기 잉곳은 편평해졌으며, 그 다음에 2.4 ㎜의 두께를 갖는 박판이 냉간 압연에 의해 제조되었다. 상기 박판은 그 다음에 1030℃ 에서 240 시간동안 대기 중에서 산화되었다. 완전(100%)한 산화시의 이론적인 산소 농도는 680 ppm 의 산소여야 하지만 측정된 최대 산소 농도는 730 ppm 이었다. 따라서, 첨부된 표에 나타나는 바와 같이, 상기 이트륨이 첨가된 박판의 완전한 산화는 184 시간 후에 달성되었다.표는 상술한 특정 경우에 있어서 이트륨의 대체물로서 스칸듐의 사용이 비금속 함량의 완전한 산화에 필요한 시간을 거의 반 정도로 감소시킨다는 것을 보여준다.상기 합금의 이론적인 최대 산소 함량은 합금 내에 함유되는 비금속들(이트륨, 스칸듐 및 지르코늄)이 화학량론적으로 그것들의 산화물(Y2O3, Sc203, 및 ZrO2)로 전환된다는 가정에 기초한다. 그러나, 역시 산화되는 실리콘 및 알루미늄과 같은 불순물로서의 다른 비금속들의 합금의 존재로 인해, 상기 공칭 최대값은 종종 약간 초과된다. 특정 실시예의 표
실시예 1 : 본 발명에 따른 실시예실시예 2 : DE 197-14,365.2 에 기재된 대로 수행된 실시예
| 실시예 | 조성(중량%) | 산소 농도(ppm) | 이론적 최대 산소농도(ppm) | |||||||||
| Pt | Zr | Y | Sc | 24h | 72h | 96h | 120h | 160h | 184h | 240h | ||
| 1 | 잔여 | 0.18 | 0.015 | 205 | 655 | 770 | 770 | 712 | ||||
| 2 | 잔여 | 0.18 | 0.018 | 115 | 330 | 470 | 555 | 675 | 725 | 730 | 680 | |
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따라서, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 작고 미세하게 분산된 비금속 산화물 입자에 의해 분산 강화된 금 미함유 백금 재료는 산화 처리에 있어서 종래의 소요 시간을 반 정도로 상당히 단축시키는 탁월한 효과가 있다.
Claims (29)
- 백금 재료를 분산 강화시키는 작고 미세하게 분산된 비금속 산화물 입자를 포함하는 금 미함유 백금 재료로서,상기 비금속은 백금 재료 중량의 0.01 내지 0.5 중량%의 스칸듐이거나, 또는,지르코늄, 이트륨, 및 세륨으로 구성되는 그룹으로부터의 적어도 하나의 금속과 스칸듐과의 혼합물로서 총 비금속 함량이 백금 재료 중량의 0.05 내지 0.5 중량% 인 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료.
- 제 1 항에 있어서,상기 비금속은 적어도 75 중량%가 산화물의 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료.
- 삭제
- 제 2 항에 있어서,상기 비금속은 적어도 90 중량%가 산화물의 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료.
- 제 1 항에 있어서,상기 백금 재료는 분산 강화된 백금, 분산 강화된 백금-로듐 합금, 그리고 분산 강화된 백금-이리듐 합금 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료.
- 제 5 항에 있어서,상기 백금 재료 중에서 상기 백금-로듐 합금의 로듐 함량은 1 내지 25 중량%인 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료.
- 제 6 항에 있어서,상기 백금-로듐 합금의 로듐 함량은 10 중량%인 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료.
- 제 5 항에 있어서,상기 백금 재료 중에서 백금-이리듐 합금의 이리듐 함량은 1 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료.
- 제 8 항에 있어서,상기 백금-이리듐 합금의 이리듐 함량은 10 중량%인 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료.
- 작고 미세하게 분산된 비금속 산화물 입자에 의해 분산 강화된 금 미함유 백금 재료의 제조 방법으로서,백금-비금속 합금을, 상기 비금속이 0.01 내지 0.5 중량% 의 스칸듐이거나, 또는 지르코늄, 이트륨 및 세륨으로 구성되는 그룹으로부터의 적어도 하나의 금속과 스칸듐과의 혼합물로서 총 비금속 함량이 0.05 내지 0.5 중량% 가 되도록 구성하는 단계와;상기 백금-비금속 합금의 용융 단계와;상기 합금의 주조 단계와;상기 합금을 공기, 산소, 증기, 그리고 증기 및 수소의 혼합물, 증기 및 비활성 기체의 혼합물, 그리고 증기 및 질소의 혼합물 중 하나로 구성되는 대기인 산화 매개물 내에서 600 내지 1400℃ 온도로 열처리함에 의해 산화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 산화 단계를 거친후에는 결과적으로 상기 비금속의 적어도 75 중량%가 산화되는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 삭제
- 제 11 항에 있어서,상기 산화 단계를 거친후에는 결과적으로 상기 비금속의 적어도 90 중량%가 산화되는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 삭제
- 제 10 항에 있어서,상기 방법은 산화 열처리 전 및 후 중 적어도 하나에서의 상기 재료의 냉간 가공을 포함하는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 방법은 산화 열처리 전 및 후 중 적어도 하나에서의 상기 재료의 열간 가공을 포함하는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 방법은 산화 열처리 전에 용접 가공을 포함하는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 방법은 백금, 백금-로듐 합금, 그리고 백금-이리듐 합금 중 하나로 구성되는 백금 재료를 이용하는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 방법은 1 내지 25 중량%의 로듐을 함유하는 백금-비금속 합금의 용융 및 주조를 포함하는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 제 19 항에 있어서,상기 백금-로듐 합금은 10 중량%의 로듐 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 방법은 1 내지 30 중량%의 이리듐을 함유하는 백금-비금속 합금의 용융 및 주조를 포함하는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 백금-로듐 합금은 10 중량%의 이리듐 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 삭제
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- 삭제
- 비금속을 포함하며, 백금 재료를 분산 강화시키는 작고 미세하게 분산된 비금속 산화물 입자를 포함하는 분산 강화된 백금 재료를 형성하기 위해 적어도 부분적으로 산화될 수 있는 금 미함유 백금 재료를 포함하는 용접 충진재 금속으로서, 상기 비금속은 0.01 내지 0.5 중량%의 스칸듐이거나, 또는 지르코늄, 이트륨, 및 세륨으로 구성되는 그룹으로부터의 적어도 하나의 금속과 스칸듐과의 혼합물로서 총 비금속 함량이 0.05 내지 0.5 중량% 인 것을 특징으로 하는 용접 충진재 금속.
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