KR20020021996A - 비금속 산화물의 작고 미세하게 분산된 입자에 의해 분산강화된 금 미함유 백금 재료 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비금속 산화물의 작고 미세하게 분산된 입자에 의해 분산 강화된 금 미함유 백금 재료에 관한 것이다. 상기 비금속은 0.01 내지 0.5 중량%의 스칸듐, 또는 0.05 내지 0.5 중량%의 총 비금속 함량을 갖는 스칸듐 및 지르코늄, 이트륨, 및 세륨으로 구성되는 그룹에서의 적어도 하나의 금속의 혼합물/합금인 금 미함유 백금 재료에 관한 것이다. 본 발명의 중점은 요구되는 정도의 산화가 이루어지기까지 산화 처리를 위해 요구되는 시간이 이트륨의 부분적 또는 전체의 대체물로서 비금속 스칸듐을 사용함으로써 현저하게 감소된다는 점이다.
Description
본 발명은 비(卑)금속(귀금속에 대응하는 금속) 산화물의 작고 미세하게 분산된 입자에 의해 분산 강화된 금 미함유 백금 재료에 관한 것이다.
DE-PS 31 02 342는 입자 안정화 요소 및, 불순물은 별도로 하고, 합금의 잔여를 구성하는 하나 또는 그 이상의 백금족 금속를 함유하는 금의 입자 안정화 합금을 공지한다. 상기 백금족 금속은 백금, 로듐, 팔라듐, 루테늄, 및 이리듐이다. 상기 입자 안정화 요소는 스칸듐, 이트륨, 토륨, 지르코늄, 하프늄, 티타늄, 알루미늄의 산화물, 탄화물, 질화물, 및/또는 규화물 또는 란타니드(lanthanide)이며, 0.5 중량%를 초과하지 않는 양으로 존재한다. 금은 2 내지 10 중량%의 양으로 존재한다.
DE 197 14 365 A1은 비금속 산화물의 작고 미세하게 분산되는 입자에 의해 분산 강화된 백금 재료를 공지하는데, 여기서 상기 비금속은 세륨 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 열처리함에 기인한다.
상기 재료의 제조에 있어서의 단점은 산화 처리에 필요한 시간량이 요구되는 정도의 산화를 얻기 위해서 일반적으로 200 내지 400 시간이 소요되며, 상당한 고가의 상기 재료에 기인하여 자금의 상당한 구속을 수반한다는 점이다.
따라서, 본 발명의 목적은 산화 처리에 있어서 제조하는데 가능한 한 적은 시간을 필요로 하는 분산 강화된 백금 물질을 제조하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 상당히 단축된 시간 내에 상기 산화 처리를 실행하는 데에 사용될 수 있는 새로운 공정을 제공하는 것이다.
상기 목적에 따라, 본 발명의 일 국면은 비금속 산화물의 작고, 미세하게 분산된 입자에 의해 분산 강화되며, 0.01 내지 0.5 중량%의 스칸듐, 또는 0.05 내지 0.5 중량%의 총 비금속 함량을 갖는 스칸듐 및 지르코늄, 이트륨, 및 세륨으로 구성되는 그룹에서의 적어도 하나의 금속의 혼합물/합금인 비금속을 함유하는 금 미함유 백금 재료에 있다.
본 발명의 중점은 요구되는 정도의 산화가 이루어지기까지 산화 처리를 위해 요구되는 시간이 이트륨의 부분적 또는 전체의 대체물로서 비금속 스칸듐을 사용함으로써 현저하게 감소된다는 점이다.
상기 재료의 사용 및 또 다른 가공에 있어서, 75%의 산화 정도를 달성하는것이 유리한데, 이것은 요구되는 기계적 강도가 항상 더 낮은 정도의 산화에서 달성되는 것은 아니며, 예를 들어 용융된 유리와 접촉에서 부식성 파괴 작용이 증가하는 위험이 있고, 상기 재료의 용접성이 손상되기 때문이다.
상기 비금속 산화물은 산화 매개물내에서 600 내지 1400℃로 백금/비금속 합금을 예를 들어, 2 내지 3㎜ 두께의 박판 형태와 같은 조밀한 형태로 열처리함으로써 형성되는 것이 유리하며, 상기 조건들이 효과적인 것이 입증되었다. 본 발명과 관련해서, 상기 처리를 위해 필요되는 산화 매개물은 600 내지 1400℃의 온도 범위에서 귀금속이 아니라 비금속을 산화시키는 매개물을 의미한다. 산화 매개물로는 공기, 산소, 증기, 또는 증기 및 수소의 혼합물, 증기 및 특히 헬륨 또는 아르곤과 같은 불활성 기체의 혼합물, 증기 및 질소의 혼합물인 대기가 바람직하다.
상기 비금속의 적어도 90 중량%가 산화물의 형태로 존재하는 것이 특히 효과적이라는 것이 입증되었다.
이것은 특히, 백금-로듐 합금의 로듐 함량이 1 내지 25 중량%, 특히 10 중량 %인 경우이거나, 또는 백금-이리듐 합금의 이리듐 함량이 1 내지 30 중량%, 특히 10 중량 %인 경우에 있어서, 분산 강화된 백금, 분산 강화된 백금-로듐 합금, 분산 강화된 백금-이리듐 합금에도 동일한 정도로 적용된다.
비금속 산화물의 작고 미세하게 분산된 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 0.05 내지 0.5 중량%의 총 비금속 함량을 갖는 스칸듐 및 지르코늄, 이트륨, 및 세륨으로 구성되는 그룹 중 적어도 1개의 금속의 혼합물/합금이다.
특히, 적어도 상기 비금속의 75 중량% 및 특히 상기 비금속의 90%가 산화되고, 산화 후 및/또는 산화를 위해 산화 매개물 내에서 600 내지 1400℃로 열처리되는 것이 유리하다.
상기 산화 매개물은 공기, 산소, 증기의 대기, 또는 증기 및 수소의 혼합물, 증기 및 불활성 기체의 혼합물, 증기 및 질소의 혼합물의 대기가 특히 효과적이라는 것이 입증되었다.
다른 장점들은 용융되고 주조되는 백금/비금속 함금 및 상기 분산 강화된 백금 재료 사이의 우수한 변형 특성 및 용접성이며, 따라서 상기 재료는 산화시키는 열처리전 및/또는 후에 냉간 가공 또는 열간 가공될 수 있거나, 또는 산화시키는 열처리 전에 용접될 수 있다. 산화시키는 열처리 전에 수행되는 이러한 용접 작업에 의해 용접점 및 상기 비금속은 실직적으로 동일한 조직 구조 및 동일한 강도값을 갖게 된다.
이것은 특히, 백금-로듐 합금의 로듐 함량이 1 내지 25 중량%, 특히 10 중량 %인 경우이거나, 또는 백금-이리듐 합금의 이리듐 함량이 1 내지 30 중량%, 특히 10 중량 %인 경우에 있어서, 분산 강화된 백금, 분산 강화된 백금-로듐 합금, 분산 강화된 백금-이리듐 합금에도 동일한 정도로 적용된다.
본 발명에 따른 백금 재료는 고온에서 안정도를 필요로 하는 모든 적용 영역에 적절한다. 특히, 유리 산업 및 실험실에서 사용되는 장비에서의 사용 및 코팅,피복재의 생산에 특히 적절한다.
또한, 용접 용가재로서 금 미함유 백금 재료를 사용하는 것은 역시 유리하다는 것이 입증되었다. 상기 경우에, 비금속을 함유하는 상기 금 미함유 백금 재료는 본 발명의 분산 강화된 백금 재료를 형성하기 위하여 적어도 부분적으로 산화될 수 있다. 이러한 공정에 의해 용접점 및 상기 비금속은 실직적으로 동일한 조직 구조 및 동일한 강도값을 갖게 된다.
특히, 비금속 산화물의 작고 미세하게 분산된 입자에 의해 분산 강화된 금 미함유 백금 재료, 특히 본 발명에 따른 백금 재료에 있어서 이트륨의 대체물로서 스칸듐을 사용하는 것이 효과적이라는 것이 입증되었다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
실시예 1
0.18%의 지르코늄(Zr) 및 0.015%의 스칸듐(Sc)을 함유하는 백금(Pt) 합금은 진공 유도로 내의 산화 지르코늄 도가니 내의 백금 및 2 마스터 알로이(2 master alloys; 28%의 지르코늄(Zr)을 함유하는 백금(Pt) 및 1%의 스칸듐(Sc)을 함유하는 백금(Pt))로부터 생성되었다. 상기 잉곳(ingot)은 편평해졌으며, 그 다음에 2.4㎜의 두께를 갖는 박판이 냉간 압연에 의해 제조되었다. 상기 박판은 그 다음에 1030℃에서 120시간동안 대기 중에서 산화되었다. 완전(100%)한 산화시의 이론적인 산소 농도는 715ppm의 산소여야 하지만 측정된 최대 산소 농도는 770ppm이었다. 따라서, 첨부된 표에 나타나는 바와 같이, 상기 스칸듐이 첨가된 박판의 완전한 산화는96시간 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 도가니 내의 백금 및 2 마스터 알로이(28%의 지르코늄(Zr)을 함유하는 백금(Pt) 및 2.8%의 이트륨(Y)을 함유하는 백금(Pt))로부터 생성되었다. 상기 잉곳은 편평해졌으며, 그 다음에 2.4㎜의 두께를 갖는 박판이 냉간 압연에 의해 제조되었다. 상기 박판은 그 다음에 1030℃에서 240시간동안 대기 중에서 산화되었다. 완전(100%)한 산화시의 이론적인 산소 농도는 680ppm의 산소여야 하지만 측정된 최대 산소 농도는 730ppm이었다. 따라서, 첨부된 표에 나타나는 바와 같이, 상기 이트륨이 첨가된 박판의 완전한 산화는 184시간 후에 달성되었다.
상기 표는 상술한 특정 경우에 있어서 이트륨의 대체물로서 스칸듐의 사용이 비금속 함량의 완전한 산화에 필요되는 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(산화 이트륨(Y2O3), 산화 스칸듐(Sc203), 및 산화 지르코늄(ZrO2))로 전환된다는 가정에 기초한다. 그러나, 상기 공칭 최대값은 자주 상기 합금 내에 역시 산화되는 규소 및 알루미늄과 같은 불순물로서의 다른 비금속의 존재에 기인하여 약간 초과된다.
특정 실시예의 표
| 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 |
실시예 1 : 본 발명에 따른 실시예
실시예 2 : DE 197-14,365.2에 기재된 대로 실시한 실시예
따라서, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 비금속 산화물의 작고 미세하게 분산된 입자에 의해 분산 강화된 금 미함유 백금 재료는 산화 처리에 있어서 종래의 소요 시간을 반 정도로 상당히 단축시키는 탁월한 효과가 있다.
Claims (29)
- 비금속 산화물의 작고 미세하게 분산된 입자에 의해 분산 강화된 금 미함유 백금 재료에 있어서,상기 비금속은 0.01 내지 0.5 중량%의 스칸듐과, 0.05 내지 0.5 중량%의 총 비금속 함량을 갖는 스칸듐 및 지르코늄, 이트륨, 및 세륨으로 구성되는 그룹에서의 적어도 하나의 금속의 혼합물/합금 중 하나인 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료.
- 제 1 항에 있어서,상기 비금속의 적어도 75 중량%는 산화물의 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료.
- 제 1 항에 있어서,상기 비금속 산화물의 형성은 산화 매개물 내에서 600 내지 1400℃로 백금/비금속 산화물을 조밀한 형태로 열처리하는 것에 기인하는 것을 특징으로 하는 금 비함유 백금 재료.
- 제 2 항에 있어서,상기 비금속의 적어도 90 중량%는 산화물의 형태로 존재하는 것을 특징으로하는 금 비함유 백금 재료.
- 제 1 항에 있어서,상기 재료는 분산 강화된 백금, 분산 강화된 백금-로듐 합금, 및 분산 강화된 백금-이리듐 합금인 것을 특징으로 하는 금 비함유 백금 재료.
- 제 5 항에 있어서,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-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 금미함유 백금 재료.
- 비금속 산화물의 작고 미세하게 분산된 입자에 의해 분산 강화된 금 미함유 백금 재료의 제조 방법에 있어서,상기 방법은 백금/비금속 합금의 용융 단계와; 상기 합금의 주조 단계와; 상기 합금의 열처리에 의한 산화 단계로 이루어지며, 상기 합금의 비금속은 0.01 내지 0.5 중량%의 스칸듐과, 0.05 내지 0.5 중량%의 총 비금속 함량을 갖는 스칸듐 및 지르코늄, 이트륨, 및 세륨으로 구성되는 그룹에서의 적어도 하나의 금속의 혼합물/합금 중 하나인 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 산화 후에 상기 비금속의 적어도 75 중량%가 산화되는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 산화 단계는 산화 매개물 내에서 600 내지 1400℃의 열처리에 의한 산화를 포함하는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 산화 후에 상기 비금속의 적어도 90 중량%가 산화되는 것을 특징으로하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 산화 단계는 공기, 산소, 증기, 증기 및 수소의 혼합물, 증기 및 불활성 기체의 혼합물, 및 증기 및 질소의 혼합물 중 하나의 대기인 산화 매개물에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 방법은 산화시키는 상기 열처리 전 및 후 중 적어도 하나에서 상기 재료를 냉간 가공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 방법은 산화시키는 상기 열처리 전 및 후 중 적어도 하나에서 상기 재료를 열간 가공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 방법은 산화시키는 상기 열처리 전에 용접 가공을 포함하는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 방법은 백금, 백금-로듐 합금, 및 백금-이리듐 합금 중 하나인 백금 재료를 사용하는 것을 특징으로 하는 금 미함유 백금 재료의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 방법은 1 내지 25 중량%의 로듐을 함유하는 백금/비금속 합금을 용융하고 주조하는 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 합금을 용융하고 주조하는 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.
- 백금재료의 작고 미세하게 분산된 입자 즉, 분산 강화시키는 비금속 산화물을 포함하는 유리 산업에 이용되는 장치를 위한 분산 강화된 백금 재료에 있어서,상기 비금속은 0.01 내지 0.5 중량%의 스칸듐과, 0.05 내지 0.5 중량%의 총 비금속 함량을 갖는 스칸듐 및 지르코늄, 이트륨, 및 세륨으로 구성되는 그룹에서의 적어도 하나의 금속의 혼합물/합금 중 하나인 것을 특징으로 하는 분산 강화된 백금 재료.
- 백금 재료를 분산 강화시키는 비금속 산화물의 작고 미세하게 분산된 입자를 포함하는 실험실에서 이용되는 장치를 위한 분산 강화된 백금 재료에 있어서,상기 비금속은 0.01 내지 0.5 중량%의 스칸듐과, 0.05 내지 0.5 중량%의 총 비금속 함량을 갖는 스칸듐 및 지르코늄, 이트륨, 및 세륨으로 구성되는 그룹에서의 적어도 하나의 금속의 혼합물/합금 중 하나인 것을 특징으로 하는 분산 강화된 백금 재료.
- 백금 재료를 분산 강화시키는 비금속 산화물의 작고 미세하게 분산된 입자를 포함하는 분산 강화된 백금 재료로, 여기서 상기 비금속은 0.01 내지 0.5 중량%의 스칸듐과, 0.05 내지 0.5 중량%의 총 비금속 함량을 갖는 스칸듐 및 지르코늄, 이트륨, 및 세륨으로 구성되는 그룹에서의 적어도 하나의 금속의 혼합물/합금 중 하나인 백금 재료의 클래딩(cladding)의 생산을 위한 이용.
- 비금속을 포함하며 그리고 백금 재료를 분산 강화시키는 비금속 산화물의 작고 미세하게 분산된 입자를 구비한 분산 강화된 백금 재료를 형성하기 위해 최소한 부분적으로 산화될 수 있는 금 미함유 백금 재료를 포함하는 용접 필터 금속에 있어서,상기 비금속은 0.01 내지 0.5 중량%의 스칸듐과, 0.05 내지 0.5 중량%의 총 비금속 함량을 갖는 스칸듐 및 지르코늄, 이트륨, 및 세륨으로 구성되는 그룹에서의 적어도 하나의 금속의 혼합물/합금 중 하나인 것을 특징으로 용접 필터 금속.
- 비금속 산화물의 작고 미세하게 분산된 입자에 의해 분산 강화되는 백금 재료에서 이트륨 대신으로서 스칸듐의 이용.
- 백금 재료를 분산 강화시키는 비금속 산화물의 작고 미세하게 분산된 입자를 포함하는 분산 강화된 백금 재료, 여기서 상기 비금속은 0.01 내지 0.5 중량%의 스칸듐과, 0.05 내지 0.5 중량%의 총 비금속 함량을 갖는 스칸듐 및 지르코늄, 이트륨, 및 세륨으로 구성되는 그룹에서의 적어도 하나의 금속의 혼합물/합금 중 하나인 백금 재료에서 이트륨 대신으로서 스칸듐의 이용.
- 다음의 단계 즉, 백금/비금속 합금의 용융 단계와; 상기 합금의 주조 단계; 그리고 상기 합금의 열처리에 의한 산화 단계를 포함하며, 여기서 상기 비금속은0.01 내지 0.5 중량%의 스칸듐과, 0.05 내지 0.5 중량%의 총 비금속 함량을 갖는 스칸듐 및 지르코늄, 이트륨, 및 세륨으로 구성되는 그룹에서의 적어도 하나의 금속의 혼합물/합금 중 하나인 것이 특징이며, 상기 단계들을 포함하는 방법에 의해 생산되는 백금 재료에서 이트륨 대신으로서 스칸듐의 이용.
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