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Verfahren zur Herstellung von Metallegierungen aus schwer reduzierbaren
Oxyden Aus Versuchen mit Tantalöxyd ist bekannt, daß dieses schwer reduzierbar ist
und bei Temperaturen unterhalb I6oo° mit Wasserstoff noch kein metallisches Tantal
ergibt. Es wurde nun durch Versuche festgestellt daß durch Vermahlen hergestellte
innige Gemische von Tantaloxyd mit Nickeloxyd sich schon bei Temperaturen bis z.
B. I38o° herunter gut zu Nickel-Tantal-Legierungen mittels Wasserstoff reduzieren
ließen. Au und für sich sind derartige Reduktionen von Oxydgemischen in der Technik
bekannt. Man stellt z. B. Ferrösilicium im Elektroofen auf die Weise her, daß Magnetit
und Kieselsäure gemeinsam reduziert werden, und man nimmt an, daß das zuerst reduzierte
Eisen Anteil an der Reduktion der Kieselsäure hat, während anderseits das Eisenoxyd
auch die Bildung von Siliciumcarbid im Elektroofen verhindert. Bei derartigen Reduktionen
im Elektroofen, die immer in Gegenwart von Kohle verlaufen, spielt die Einsstellung
von Gleichgewichten zwischen Metallen, Oxyden und Carbiden eine große Rolle. Dia
es sich bei der vorliegenden Erfindung darum handelt, völlig kohlenstofffreie Legierungen
herzustellen, können die Verhältnisse von Elektrodenöfen völlig außer Betracht gelassen
werden.
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Die gemeinsame Reduktion von Oxyden mit Wasserstoff ist bekannt in
der Technik hochschmelzbarer Metalle, wie Wolfram und Molybdän. Man kann auf diese
Weise Sinterlegierungen herstellen, welche durch die bekannten Verfahren mittels
Hammermaschinen weiterverarbeitet werden. Arbleitsweisen dieser Art scheiden bei
dem vorliegenden Verfahren ebenfalls aus, da das neue Verfahren darin besteht, Legierungen
herzustellen. welche einen Schmelzpunkt von unterhalb I6oo° haben und daher noch
in großmetallurgischen Öfen umgeschmolzen werden bzw. eine andere Behandlungsweise
erfahren können.
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In neuester Zeit ist ein Verfahren bekanntgeworden, um Chromoxyd,
welches durch Wasserstoff allein nicht reduzierbar ist, in Gegenwart geschmolzener
Eisen oder Nickelbäder zur Reduktion zu bringen, so des das Chrom, vom geschmolzenen
Eisen oder Nickel aufgenommen wird. Eine solche Arbeitsweise kann aber noch nicht
als technisch vollendet betrachtet werden, da es immer schwer sein wird, eine innige
Berührung zwischen Metall und schwer reduzierbarem Oxyd herbeizuführen.
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Demgegenüber beruht das neue Verfahren gerade auf dem Umstande, diesle
innige. Bierübrung dadurch herzustellen, daß ein leicht reduzierendes Metalloxyd
und das schwer reduzierbare Metalloxyd. so innig mteinander vermahlen werden, daß
die Einzelbestandteile nicht mehr :erkannt werden körnenn .
In den
am Schluß befindlichen Ansprüchen ist als leicht reduzierbares Oxyd das Nickeloxyd
in den Vordergrund gestellt, und zwar aus folgendem Grunde Es wäre auch denkbar
gewesen, daß als leicht reduzierbares Oxyd Kupferoxyd oder Eisenoxyd hätte genommen
werden können. Die Versuche haben jedoch ergeben, daß mit diesen Metallen bzw. Oxyden
eine Reduktion der schwer reduzierbaren Öxyde nicht öder nur unvollkommen herbeizuführen
war. Ein Vergleich der Reihenfolge in der Anwendbarkeit bzw. im Erfolge dieser Oxyde
mit der Löslichkeit von Wasserstoff in diesen drei Metallen bei hohen Temperaturen
zeigt, daß dasjenige Metall, welches die größte Wasserstofflöslichkeit von diesen
drei Metallen zeigt, auch am besten geeignet ist, um den größten Anteil schwer reduzierbarer
Oxyde in Metall zu verwandeln. Die WasserstofflÖslichkeit ist beim Kupfer am geringsten
und leim Nickel am größten, und gerade die Versuche mit Nickel waret es, welche
das beste Ausbringen am Tantal, Niob, Zirkon usw. erbrachten. DAß die Wasserstoffaufnahme
entscheidend mitwirkt, geht auch daraus hervor, daß die erschmlzenen Legierungen
das Wasserstoffgas in erheblicher Menge im Augenblick der Erstarrung abgegeben haben
aber ohne zu einer Metallpörosität zu führen, ein Umstand, welcher wesentlich für
die Brauchbarket der Legierungen ist.
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Wenn eine solche Reduktion schwer neduzierbarer Oxyde mittels Nickels
vorgenommen werden soll, ist es wesentlich, daß so viel- von diesen Oxyden vörhanden
sind, um das Zusammenschmelzen des reduzierten Nickels zu einem Metallbade zünächst
zu verhindern. Auch die Erhitzungsgeschwindigkeit muß eine derartige sein, daß zunächst
alle Oxyde reduziert werden, worauf dann sofort das Schmelzen der Legierung eintritt
wenn ihr Schmelzpunkt unterhalb des Nickelschhlelzpunktes liegt. Schmilzt die zu
erwartende Legierung hoher als Nickel, muß bis zu diesem Punkte erhitzt werden,
um dieselbe zum Schmelzen zu bringen. Auf diese Weise gelang es u. a., Legierungen
mit 16 und 3 ö % Tantal herzustellen, die bet I44o bis I45o ° geschmolzen waren.
Eine Legierung mit 33 % Niob war bei I35o° geschmolzen. Der technische Fortschritt
biegt darin, daß man auf diese Weise Legierungen herstellen kann, de frei von Köhlenstöff
oder Aluminium sind. Alle Metalle der genannten Art werden sonst entweder im Elektroofen
herglestell und enthaften dann Carbidkohlenstoff oder, wenn sie aluminothermisch
hergestellt sind, Aluminium. Köhlenstöff oder Aluminium werden dann auf die herzustellenden
Legierungen übertragen. Zum zweiten liegt der technische Fortschritt darin, daß
diese Legierungen auf direktem Wege aus den Oxyden hergestellt Werden können, und
zwar der Oxyde sämtlicher Legierungsbestandtiele. Hierdurch fällt sowohl die Gewinnung
der Einzelmetalle fort, ebenso wie die weitere Arbeit sich erübrigt, Metalle mit
sehr großen Schmelzpunktunterschieden miteinander zu legieren.
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Dadurch, daß die Arbeit in den gleichem Schmelzöfen vorgenommen werden
kann wie die gewöhnliche' Legierungsarbeit, nur mit dem Unterschiede, daß der Beschickung
zur gegebenen Zeit Wasserstoff zugeführt werden muß, erfolgt auch keine wesentliche
Erschwerung der gewöhnlichen Legierungsarbeit.
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Die Arbeitsweise äst nun die folgende: Die schwer reduzierbaren Oxyde
werden mit Nickeloxyd innig miteinander vermahlen. Da die Wärmeübertragung bei der
Erhitzung eine bessere ist, wenn die Pulver zu irgendeiner Stückform gebracht werden,
ist es vorteilhaft, sie durch Pressen in irgendeine Stückform zu bringen. Diese
Stücke gepreßter Pulver werden nun beispielsweise in einem Tiegel auf Temperaturen
zwischen I3oo bis. I6oo° erhitzt unter Abdecken des Tiegels und Einleiten von Wasserstoff
bzw. viel Wasserstoff enthaltenden Gases in denselben. Sind z. B. Nickeloxyd und
Tantaloxyd in Teilen von 3o % Tautal auf 7ö % Ni miteinander gemischt gewesen und
ist diese Mischurig auf I5oo° erhitzt worden, wird man eine geschmolzene Tantal-Nickel-Legierung
mit 3o % Ta nach beendeter Reduktion ausgießen können. Liegt der zu erwartende Schmelzpunkt
über dem Erstarrungspunkt des Nickels, können die Oxyde unmitttelbar in den hocherhitzten
Ofen eingetragen werden. In bestimmten Fällen erweist ges sich auch von Vorteil,
die Oxyde vorher in Sauerütöff-, Luft- öder Stickstoffatmosphäre stark zu sintern
und erst hierauf die Reduktiän vorzunehmen. Dieses kann sowohl getrennt als auch
ohne dazwischenliegende Abkühlung vorgenommen werden. Bei sehr starker Wassetstoffaufnahme
kann auch unter einem anderen Gase nach Verflüssigung der Legierung z. B. in Stickstoff
abgekühlt werden öder wenn nötig, auch eine Sauerstoffßehandlung vorgenommen werden.