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Verwendung eines Verbundwerkstoffes mit Platinmantel für die Herstellung
von warmfesten Platinformkörpern durch spanlose Verformung Die Erfindung betrifft
die Verwendung eines Verbundwerkstoffes mit Platinmantel für die Herstellung von
warmfesten Platinformkörpern, insbesondere Platingeräten und Platinheizleitern,
an die hohe Festigkeitsforderungen bei erhöhten Temperaturen gestellt werden durch
spanlose Verformung.
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Für viele chemische Zwecke, z. B. in analytischen Laboratorien oder
bei der Handhabung von geschmolzenen Silikaten, wie Gesteinen oder Gläsern, besteht
ein Bedarf an Platinapparaturen, Geräten und Heizleitern, die neben hoher chemischer
Beständigkeit auch eine beträchtliche Warmfestigkeit aufweisen müssen, da solche
Geräte und Formkörper bei Temperaturen zwischen 700 und 1500° C beansprucht werden,
ohne daß sie ihre Formhaltigkeit und mechanische Festigkeit einbüßen dürfen. Es
handelt sich dabei beispielsweise um Tiegel, Schalen, Rührer, Glasspinndüsen, Gießmundstücke
und ähnliche Gegenstände, aber auch um Heizleiter in Form von Drähten oder Bädern,
die für Hochtemperaturöfen verwendet werden.
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Reines Platin ist trotz seiner hervorragenden Korrosions- und Zunderbeständigkeit
und seiner Gewichtskonstanz, die vor allen Dingen bei analytischen Verwendungszwecken
eine wesentliche Rolle spielt, für derartige Zwecke nur beschränkt geeignet, da
seine mechanische Festigkeit und Härte bei höheren Temperaturen stark abnimmt und
dadurch die mechanische Widerstandsfähigkeit und Formbeständigkeit in untunlichem
Ausmaß beeinträchtigt wird. Man hat deswegen entsprechende Geräte aus sogenanntem
Geräteplatin oder auch aus niedriglegierten Platinlegierungen, etwa solchen mit
bis zu 10% Rhodium, Iridium oder Ruthenium hergestellt, ohne daß jedoch diese speziellen
Werkstoffe bei Arbeitstemperaturen, die nennenswert über 1000° C liegen, voll befriedigen
könnten. Auch hier geht die Warmfestigkeit mit zunehmender Temperatur noch so stark
zurück, daß die Lebensdauer der wertvollen Geräte entscheidend beeinträchtigt wird.
Der Benutzung für analytische Zwecke steht weiterhin im Wege, daß Legierungen des
Platins mit Rhodium, Iridium oder Ruthenium an Luft schon unterhalb 1000° C dunkel
anlaufen und oberflächliche Oxydfilrne bilden, wodurch einerseits die Gewichtskonstanz
der Geräte in Frage gestellt wird und andererseits eine Verunreinigung oder Verfärbung
des Schmelzgutes durch die gebildeten Oxyde nicht mit Sicherheit ausgeschlossen
ist. Selbst Platinlegierungen mit wenigen Prozent Gold, die diese Nachteile nicht
zeigen, lassen hinsichtlich der Warmfestigkeit bei Temperaturen oberhalb 1250° C
zu wünschen übrig. Man hat daher auch schon versucht, Geräte aus den sehr spröden
Metallen Rhodium und Iridium zu erzeugen, die dem Platin in bezug auf Schmelztemperatur,
Warmfestigkeit und Beständigkeit gegenüber den sogenannten Platingiften überlegen
sind; jedoch ist die Anwendung dieser Geräte auf bestimmte Korrosionsfälle beschränkt
geblieben, da Rhodium und Iridium sich wegen der völlig unzureichenden Duktilität
in technischem Umfang nur schwer verformen lassen und solche Geräte im allgemeinen
nur in geschweißter Ausführung, d. h. mit verhältnismäßig hohen Wandstärken und
einem erheblichen Aufwand an Arbeit, gefertigt werden können.
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Platinverbundwerkstoffes,
der die hervorragende Korrosionsbeständigkeit und Gewichtskonstanz des Platins mit
der Warmfestigkeit der höher schmelzenden Platinbeimetalle vereinigt und außerdem
eine ganz erheblich bessere Verformbarkeit bei der spanlosen Verarbeitung durch
Tiefziehen oder Walzen aufweist als die hochschmelzenden Platinbeimetalle für die
Herstellung von warmfesten Platinformkörpern durch spanlose Verformung. Der erfindungsgemäß
zu verwendende Verbundwerkstoff besteht aus einem von Platin allseitig umschlossenen
Kern aus Rhodium, Iridium, Ruthenium oder Osmium oder deren Legierungen untereinander
bzw. ihren Legierungen mit Platin. Der Anteil der Kernlegierung kann in dem Werkstoff
in weiten Grenzen schwanken und bis zu 90% und mehr der Gesamtstärke des Formkörpers
betragen. Die hohe Warmfestigkeit bleibt jedoch auch dann noch erhalten, wenn der
Anteil des Kernmetalls auf etwa 50 % der Gesamtstärke herabgesetzt wird.
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Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß der erfindungsgemäß zu
verwendende Verbundwerkstoff bei entsprechender Zwischenglühung eine bessere
Kaltverformbarkeit
aufweisen und daher leichter zu Drähten oder Bändern gewalzt oder zu Tiegeln, Schalen
und ähnlichen Formkörpern gepreßt oder gedrückt werden können als die erfindungsgemäß
als Kernwerkstoffe benutzten Metalle selbst.
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Es ist grundsätzlich bekannt, Heizleiter und sonstige warmbeanspruchte
Gegenstände aus Legierungen von Platin mit anderen Platinmetallen herzustellen.
Weiterhin ist bekannt, auf bestimmten Kernmetallen, wie Kupfer, Überzüge aus Platin
aufzubringen und diesen Verbundstoff dann, z. B. zu Draht, weiterzuverarbeiten.
Es handelt sich hierbei jedoch nicht um die Aufgabe, die Verarbeitbarkeit des Grundwerkstoffes
zu verbessern, vielmehr soll nur eine möglichst gute Verbindung zwischen dem Grundmetall
und dem Platin hergestellt werden. ;.;Für die einwandfreie Verformung hat es sich
als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Verbindung zwischen dem Kern, der,
wie erwähnt, aus hochschmelzenden Platinbeimetallen oder deren Legierungen untereinander
oder mit Platin bestehen kann, und dem, umgebenden Platinmantel durch eine Legierungszone
hergestellt ist, wie sie etwa bei der Walzplattierung in der Hitze gebildet werden
kann.
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Als Maß für die Verformbarkeit wurde das Ziehen von Näpfchen untersucht,
wobei Ronden von 0,2 mm Stärke und 55 mm Durchmesser zu Näpfchen von 0,2 mm Wandstärke,
16 mm Höhe und 33 mm Durchmesser aufgetieft wurden. Die Verformung erfolgte jeweils
im kalten Zustand, die Zwischenglühung wurde mit einem Gebläsebrenner vorgenommen.
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Ein erfindungsgemäß zu verwendender Verbundwerkstoff aus Platin mit
einem Rhodiumkern, der 83 0/0 der Gesamtstärke ausmachte, wurde unter diesen Umständen
in einem Fall mit zwei Zwischenglühungen bei jeweils 4 und 7 mm Tiefung verformt
und in einem anderen Fall mit nur einer Zwischenglühung bei 10 mm. Für die Bildung
eines gleich großen Näpfchens aus einer gleichen Ronde, die jedoch aus reinem Rhodium
bestand, wurden insgesamt fünf Zwischenglühungen, und zwar jeweils eine Glühung
nach jedem Tiefungsschritt von 3 mm, benötigt.
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Ein erfindungsgemäß zu verwendender Verbundwerkstoff, bei dem der
Kern aus Iridium bestand und 83 % der Gesamtstärke ausmachte, wurde sechs Zwischenglühungen
jeweils bei 3, 5, 7, 9, 11 und 13 mm Tiefung unterworfen, während für reines Iridium
fünfzehn Zwischenglühungen erforderlich waren, d. h. nach je 1 mm Tiefung eine Zwischenglühung
durchgeführt werden mußte.
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In der nachstehenden Tabelle sind die Warmzerreißfestigkeiten von
Vierkantdrähten aus dem erfindungsgemäß zu verwendenden Verbundwerkstoff bei Temperaturen
bis zu 1700° C zusammengestellt. Zum Vergleich dazu sind die entsprechenden Werte
für Drähte aus reinem Platin und aus Platinlegierungen mit 10% Rhodium in die Tabelle
aufgenommen. Die Prüfdrähte aus dem erfindungsgemäß zu verwendenden Verbundwerkstoff
bestanden aus Platin mit einem Kern von Rhodium, Iridium oder Ruthenium. Die Stärke
des Kerns betrug etwa 87% der Drahtstärke. Sämtliche Prüfdrähte hatten einen Durchmesser
von 1,5 mm.
| Werkstoff Zerreißfestigkeit o8 in kp/mm2 bei |
| 20° C 1000° C 1500° C I 1700° C |
| I |
| i |
| Platin ............ 12,8 ! 2,7 1,5 0,6 |
| Platin |
| mit 10% Rhodium 27,0 9,1 3,0 1,6 |
| Gemäß Erfindung mit |
| Rhodiumkem .... 28,3 15,6 4,5 2,6 |
| Iridiumkern ...... 44,2 i 19,2 11,5 - 7,5 |
| Rutheniumkem ... 37,0 ; 17,6 12,2 11,6 |