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Kupfer-Silicium-1Vlangan-Legierung. Die Erfindung betrifft eine Legierung,
die im wesentlichen aus Kupfer besteht und außerdem noch Silicium und Mangan enthält,
um die Legierung maschinell und von Hand besser bearbeitbar und gleichzeitig säurebeständig
zu machen.
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Silicium-Mangan-Kupfer-Legierungen wurden bisher im allgemeinen nur
in Verbindung mit Eisen angewendet, um homogene Eisen-Mangan-Kupfer-Legierungen
herzustellen. Hingegen waren bisher keine Silicium-Mangan-Kupfer-Legierungen bekannt,
die beständig gegen die Einwirkung starker Mineralsäuren waren.
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Die Erfindung besteht nun im wesentlichen darin, eine Legierung herzustellen,
die ganz besonders widerstandsfähig gegen die chemische Einwirkung von mineralischen
und organischen Säuren sowie anderen ätzenden Flüssigkeiten ist und die gleichzeitig
solche physikalischen Eigenschaften, wie hohe Zerreißfestigkeit und Dehnbarkeit,
aufweist, welche seine technische Verwendung zur Herstellung von Reaktionsgefäßen
und anderen chemischen Apparaten oder Teilen von solchen ermöglichen, die der Einwirkung
zerstörender chemischer Agenzien ausgesetzt sind.
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Gemäß der Erfindung wird Kupfer mit so viel Silicium legiert, daß
eine Legierung entsteht, die gegen Säuren widerstandsfähiger ist als reines Kupfer
und außerdem noch eine genügende Menge Mangan zugegeben, um die Legierung maschinell
oder von Hand bearbeitbar zu machen. Die Mengenverhältnisse von Kupfer, Mangan und
Silicium können hierbei in gewissen Grenzen schwanken, doch wurde gefunden, daß
eine aus 3 bis 6,5 Prozent Silicium, 0,5 bis o,7 Prozent Mangan und dem Rest aus
Kupfer bestehende Legierung ausgezeichnete physikalische Eigenschaften besitzt.
Kupferlegierungen mit einem Gehalt von 7 bis 15 Prozent Silicium und o,8
bis 3 Prozent Mangan sind härter als die vorgenannten, dafür aber weniger dehnbar.
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Die Legierungen gemäß der Erfindung bestehen hiernach aus Kupfer mit
geeigneten Zusätzen von Mangan und Silicium, wobei der Zusatz an Silicium den des
Mangans überwiegt. Im übrigen enthält die Legierung kein weiteres Element, abgesehen
von zufälligen Verunreinigungen, insbesondere von Eisen, welches im Mangan oder
im Silicium enthalten war. Verwendet man technisch reines Mangan und Silicium, wie
solche jetzt im Handel erhältlich sind, so wird der höchste Eisengehalt der Legierung
weniger als o,2 Prozent betragen. Unter den neuen Legierungen wiesen diejenigen
mit einem Gehalt von 3 bis 6,5 Prozent Silicium und einem solchen von 0,5 bis o,7
Prozent Mangan, wobei der Rest, abgesehen von den zufälligen Verunreinigungen, wie
z. B. den Spuren von Eisen im Silicium und Mangan, aus Kupfer besteht, die physikalischen
Eigenschaften erstklassiger Bronzen auf und zeigten in gut gegossenen Stücken eine
Zerreißfestigkeit von 2391 bis 2953 kg/qcm bei
einer Streckung
von io bis 37 Prozent und einer Grundflächenverkleinerung von 18 bis .45 Prozent
je nach Art des Gießens und in gewissem Ausmaß auch je nach dem Verhältnis von Silicium
und Mangan in der Legierung. Legierungen dieser Zusammensetzung sind genügend dehnbar,
um in üblicher Weise zu Blechen, Drähten und Röhren verarbeitet zu werden, auch
können sie in Sand- oder festen Formen gegossen werden Legierungen mit 7 bis 15
Prozent Silicium und o,8 bis 3 Prozent Mangan sind physikalisch durch größere Härte
und eine Zerreißfestigkeit von mehr als 3375 bis 3516 kg/qcm bei einer Streckung
von 7 bis 12 Prozent und einer Grundflächenverkleinerung von 6 bis i2 Prozent ausgezeichnet,
besitzen jedoch kaum die erforderliche Dehnbarkeit, um gut auf dünne Bleche oder
Drähte verarbeitet werden zu können. Indessen wäre es nicht richtig, zu behaupten,
daß Legierungen dieser Zusammensetzung mit dem höheren Siliciumgehalt nicht ebensogut
wie die mit niederem verarbeitet werden könnten.
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Diese Legierungen können hergestellt werden, indem man eine bestimmte
Gewichtsmenge Kupfer schmilzt und reines Mangan söwie reines raffiniertes Silicium
in den gewünschten Mengen und Verhältnissen hinzusetzt. Wie beim Schmelzen aller
Bronzen und ähnlicher Kupferlegierungen empfiehlt es sich auch hierbei, zuerst das
Kupfer in Graphittiegeln unter Holzkohle zu schmelzen, um es gegen Oxydation und
Verunreinigung durch Ofengase zu schützen. Die beste Gießtemperatur zur Erzielung
fehlerfreier Gußstücke liegt etwa zwischen 1037 und 1093 ° C.
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Die beste Arbeitsweise, die auch durchweg die besten Resultate liefert,
besteht darin, zuerst im elektrischen oder anderen Ofen eine Legierung von Mangan
und Silicium herzustellen, die beispielsweise 15 bis 2o Prozent Mangan und 8o bis
85 Prozent Silicium mit Spuren von Eisen und Kohlenstoff enthält, anderseits Kupfer
in gewöhnlicher Weise zur Schmelze zu bringen und dann in diese Schmelze die erforderliche
Menge Mangan-Silicium-Legierung einzuführen. In Fällen, wo das Verhältnis von Mangan
und Silicium in der oben angegebenen Legierung keine Legierung der in einem besonderen
Falle gewünschten Zusammensetzung ergibt, kann das richtige Verhältnis dann noch
nachträglich durch einen Zusatz von reinem Silicium oder reinem Mangan, je nachdem
solches in dem betreffenden Falle erforderlich ist, erreicht werden. Auf diese Weise
erzielt man eine homogenere Legierung in kürzerer Zeit als durch einzelnes Zusetzen
der verschiedenen Metalle.
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Die vorbeschriebene Kupfer-Silicium-Mangan-Legierung kann als eine
Art Bronze angesehen und als Siliciummanganbronze bezeichnet werden, und die besten
Resultate werden in der Regel erhalten, indem man das Schmelzen und Gießen so ausführt,
wie dies mit gewöhnlicher Bronze von etwa 9o bis 95 Prozent Kupfer und 5 bis io
Prozent Zinn geschieht. Man kann hierbei mit demselben guten Erfolg bezüglich der
physikalischen Eigenschaften dieselben reduzierenden Stoffe, wie Phosphorkupfer,
Borkupfer oder irgendwelche anderen bekannten und beim Schmelzen und Gießen in Bronzen
gebräuchlichen Reduktionsmittel in Mengen von 0,5 bis 2 Prozent zur Anwendung
bringen, ohne daß die kleinen Zusätze eine schädliche Wirkung auf die Säurefestigkeit
der neuen Legierung ausüben.
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Die neuen Legierungen sind chemisch gekennzeichnet durch ihre besondere
Widerstandsfähigkeit gegen zahlreiche Mineral- und organische Säuren sowie gegen
andere zerstörende Flüssigkeiten. Die Widerstandsfähigkeit von Legierungen der oben
angegebenen Zusammensetzung gegen zerstörende Einflüsse wird an folgenden Versuchsbeispielen
veranschaulicht Bei einer in konzentrierter Salzsäure von 35 bis 36 Prozent HCl-Gehalt
eingetauchten Legierung beträgt die Tiefenwirkung im Monat zwischen 0,03
und 0,o6 mm, wobei letztere Zahl erreicht wird, wenn man die Lösung mit Zoo Umdrehungen
in der Minute rührt. In 3- bis 25prozentiger Schwefelsäure beträgt die Atzung von
praktisch o bis 0,0015 mm im Monat, wobei letztere Zahl erreicht wird, wenn man
die Lösung mit Zoo Umdrehungen in der Minute rührt. Die Legierungen sind außerordentlich
widerstandsfähig gegen verdünnte Salzsäure bei Gegenwart von Oxydationsmitteln,
wie z. B. von 2- bis 3prozentiger Salzsäure bei Gegenwart von Nätriumchlorat, und
zeigen praktisch weder eine Ab- noch eine Zunahme an Gewicht, nachdem sie 16 Tage
solchen Lösungen bei einer Temperatur von 9o ° C und unter Rühren derselben ausgesetzt
wurden.
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Nur eine ganz geringe oder gar keine Einwirkung zeigt sich bei Gegenwart
von Ammoniumchlorid, Zinkchlorid, freien Ammoniak-und Salzsäuredämpfen bei Temperaturen
bis zu 230 ° C, wie sich aus einem Gewichtsverlust von nur 0,03 Prozent
ergibt, wenn die Legierung einer die genannten Stoffe enthaltenden Lösung während
6o Stunden ausgesetzt wurde. Stahl und Gußeisen erlitten unter den gleichen Bedingungen
Gewichtsverluste von 7o bzw. 22 Prozent in der gleichen Zeit.
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In Alaunlösungen von bis zu 30' B6 in der Siedehitze, wobei
durch Hydrolyse freie Schwefelsäure gebildet wird, betrug die Atzung in Millimeter
Tiefenwirkung im Monat ausgedrückt bis zu 0,015 mm. Bei höheren Konzentrationen
der siedenden Alaunlösung, wie z. B. einer solchen von 50 ° B6, wurden die Legierungen
nicht
angeriffen, und es trat kein Gewichtsverlust oder -zunahme ein.
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In Milchsäure usw. sowohl der dunklen als auch der für Nahrungszwecke
bestimmten von 22 Prozent Stärke war in siedender Lösung keine Einwirkung auf die
Legierungen festzustellen.
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Wenn auch in vorstehendem Legierungen mit einem Gehalt von 3 bis 15
Prozent Silicium und von o,5 bis 3 Prozent Mangan beschrieben werden, so soll die
Erfindung doch nicht auf Legierungen beschränkt sein, bei denen die Bestandteile
in diese Grenzen fallen. Die Legierung soll jedoch eine genügende Menge von Silicium
enthalten, um dieselbe widerstandsfähiger gegen Säuren und andere angreifenden Stoffe
zu machen, als dies bei Kupfer, Messing und gewöhnlichen Bronzen der Fall ist, und
anderseits genügend Mangan, um die Legierung bearbeitbar zu machen. Die neuen Legierungen
können auch als Kupfer-Silicium-Mangan-Legierungen bezeichnet werden, in denen der
Gehalt an Silicium ein Mehrfaches des Mangangehaltes beträgt.