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DE10046456A1 - Durch feinverteilte, kleine Teilchen aus Unedelmetalloxid dispersionsverfestigter, goldfreier Platin-Werkstoff - Google Patents

Durch feinverteilte, kleine Teilchen aus Unedelmetalloxid dispersionsverfestigter, goldfreier Platin-Werkstoff

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Abstract

Es wird u. a. ein durch feinverteilte, kleine Teilchen aus Unedelmetalloxid dispersionsverfestigter, goldfreier Platin-Werkstoff bereitgestellt, wobei das Unedelmetall entweder Sc mit 0,01-0,5 Gewichts-% oder ein Gemisch/eine Legierung aus Sc und mindestens einem Metall aus der Gruppe Zr, Y, Ce mit einem Unedelmetallgesamtgehalt von 0,05 bis 0,5 Gewichts-% ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen durch feinverteilte, kleine Teilchen aus Unedelmetalloxid dispersi­ onsverfestigten, goldfreien Platin-Werkstoff.
Aus DE-PS 31 02 342 ist eine kornstabilisierte Legierung aus einem kornstabilisierenden Be­ standteil und, von Verunreinigungen abgesehen, Gold sowie einem oder mehreren Metallen der Platingruppe als Rest offenbart, wobei die Gruppe der Platinmetalle gebildet wird von Platin, Rhodium, Palladium, Ruthenium, Iridium, der kornstabilisierende Bestandteil ein Oxid, Carbid, Nitrid und/oder Silicid von Scandium, Yttrium, Thorium, Zirkonium, Hafnium, Titan, Aluminium oder einem Lanthanid ist, sein Anteil nicht über 0,5 Gewichts-% und der Goldanteil im Bereich 2 bis 10 Gewichts-% liegt.
Aus DE 197 14 365 A1 ist ein durch feinverteilte, kleine Teilchen aus Unedelmetalloxiden dis­ persionsverlestigter Platin-Werkstoff offenbart, wobei das Unedelmetall Cer oder ein Gemisch aus mindestens zwei der Elemente Yttrium, Zirkonium und Cer ist, der Unedelmetallgehalt 0,005 bis 1 Gewichts-% beträgt, mindestens 75 Gewichts-% des Unedelmetalls als Oxid vorlie­ gen und die Bildung des Unedelmetalloxids auf der Wärmebehandlung einer in kompakter Form vorliegenden Platin-Unedelmetall-Legierung in oxidierendem Medium bei 600 bis 1400°C be­ ruht.
Nachteilig bei der Herstellung dieses Werkstoffes ist die Tatsache, dass die Zeitdauer der Oxi­ dationsbehandlung typischerweise 200 bis 400 Stunden zum Erreichen des erforderlichen Oxi­ dationsgrades beträgt, was bei diesen sehr teuren Materialien zu einer erheblichen Kapitalbin­ dung führt.
Aus dem Vorgenannten ergibt sich das Problem, einen dispersionsverfestigten Platinwerkstoff bereitzustellen, der eine möglichst zu dessen Herstellung geringe Zeitdauer hinsichtlich der Oxidationsbehandlung benötigt. Darüber hinaus ergibt sich das Problem, mit Hilfe eines neuar­ tigen Verfahrens, die Oxidationsbehandlung zeitlich erheblich zu verkürzen.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch einen dispersionsverfestigten, goldfreien Platin­ werkstoff nach Anspruch 1 sowie durch ein entsprechendes Herstellungsverfahren nach An­ spruch 10 sowie durch Verwendungen nach den Ansprüchen 23 bis 28 gelöst.
Der erfindungsgemäße durch feinverteilte, kleine Teilchen aus Unedelmetalloxid dispersions­ verfestigte goldfreie Platinwerkstoff weist ein Unedelmetall auf, das entweder Scandium mit 0,01-0,5 Gewichts-% oder ein Gemischleine Legierung aus Scandium und mindestens einem Metall aus dar Gruppe Zirkonium, Yttrium, Cer mit einem Unedelmetallgesamtgehalt von 0,05-0,5 Gewichts-% ist.
Erfindungswesentlich ist die Tatsache, dass durch die Verwendung des Unedelmetalls Scandi­ um als teilweiser oder vollständiger Ersatz für Yttrium die Dauer der Oxidationsbehandlung bis zum Erreichen des erforderlichen Oxidationsgrades drastisch verkürzt wird.
Das Erreichen des Oxidationsgrades von 75% sollte vorteilhafterweise für die Verwendung und Weiterverarbeitung dieser Werkstoffe erreicht werden, da bei einem geringeren Oxidationsgrad die erforderliche mechanische Festigkeit nicht in allen Fällen erreicht wird, die Gefahr eines verstärkten Korrosionsangriffs beispielsweise in Glasschmelzen besteht und die Schweißbarkeit des Werkstoffs beeinträchtigt wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Bildung des Unedelmetalloxids auf der Wärmebehandlung einer in kompakter Form, beispielsweise in Form von Blechen mit 2 bis 3 mm Dicke, vorliegen­ den Platin-Unedelmetall-Legierung in oxidierendem Medium bei 600°C bis 1400°C beruht, da sich diese Bedingungen bewährt haben. Das hierzu erforderlich oxidierende Medium bedeutet im Sinne der Erfindung ein Medium, das in dem Temperaturbereich von 600 bis 1400°C eine Oxidation des Unedelmetalls, nicht jedoch des Edelmetalls bewirkt. Bevorzugt ist eine Atmo­ sphäre aus Luft, Sauerstoff, Wasserdampf oder einem Gemisch aus Wasserdampf und Was­ serstoff, Edelgas, besonders Helium oder Argon, oder Stickstoff.
Besonders bewährt hat es sich, wenn mindestens 90 Gewichts-% des Unedelmetalls als Oxid vorliegen.
Dies gilt in dem entsprechenden Maße für dispersionsverfestigtes Platin, dispersionsverfestigte Platin-Rhodium- oder Platin-Iridium-Legierungen, insbesondere wenn der Rhodiumgehalt der Platin-Rhodium-Legierung 1 bis 25, insbesondere 10, Gewichts-% oder der Irdium-Gehalt der Platin-Iridium-Legierung 1 bis 30, insbesondere 10, Gewichts-% beträgt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von durch feinverteilte, kleine Teilchen aus Unedelmetalloxid dispersionsverfestigtem, goldfreiem Platin-Werkstoff wird eine Platin- Unedelmetall-Legierung erschmolzen, vergossen und wärmebehandelnd oxidiert, wobei das Unedelmetall entweder Scandium mit 0,01-0,5 Gewichts-% oder ein Gemischleine Legierung aus Scandium und mindestens einem Metall aus der Gruppe Zirkonium, Yttrium, Cer mit einem Unedelmetallgesamtgehalt von 0,05 bis 0,5 Gewichts-% ist.
Zunächst hat es sich in vorteilhafterweise bewährt, daß nach der Oxidation mindestens 75, ins­ besondere 90 Gewichts-% des Unedelmetalls oxidiert sind und/oder die Oxidation mittels einer Wärmebehandlung in oxidierendem Medium bei 600 bis 1400°C durchgeführt wird.
Besonders bewährt hat sich als oxidierendes Medium eine Atmosphäre aus Luft, Sauerstoff, Wasserdampf oder einem Gemisch aus Wasserdampf und Wasserstoff, Edelgas oder Stick­ stoff.
Weitere Vorteile sind das sehr gute Umformverhalten und die Schweißbarkeit sowohl der er­ schmolzenen und vergossenen Platin-Unedelmetall-Legierungen als auch des dispersionsver­ festigten Platinwerkstoffes, so dass vor und/oder nach der wärmebehandelnden Oxidation eine Kaltverformung, Warmverformung oder vor der wärmebehandelnden Oxidation ein Schweiß­ verfahren angewandt werden kann. Aufgrund letzterer Vorgehensweise ist es möglich, dass die Schweißnaht und der Grundwerkstoff weitestgehend die gleiche Mikrostruktur und die gleichen Festigkeitswerte aufweisen.
Dies gilt in dem entsprechenden Maße für dispersionsverfestigtes Platin, dispersionsverfestigte Platin-Rhodium- oder Platin-Iridium-Legierungen, insbesondere wenn der Rhodiumgehalt der Platin-Rhodium-Legierung 1 bis 25, insbesondere 10 Gewichts-% oder der Irdium-Gehalt der Platin-Iridium-Legierung 1 bis 30, insbesondere 10 Gewichts-% beträgt.
Der erfindungsgemäße Platin-Werkstoff eignet sich für alle Anwendungsgebiete, die eine Be­ ständigkeit bei hohen Temperaturen erfordern. Besonders bewährt hat sich seine Verwendung für in der Glasindustrie und im Laboratorium einzusetzende Geräte sowie zur Herstellung von Beschichtungen.
Darüber hinaus hat sich die Verwendung eines Unedelmetall enthaltenden, bei Oxidation zu­ mindest eines Teils des Unedelmetalls zu einem erfindungsgemäßen dispersionsgehärteten Platin-Werkstoff oxidierbaren, goldfreien Platin-Werkstoffs als Schweißzusatzwerkstoff bewährt. Aufgrund dieser Vorgehensweise ist es möglich, dass Schweißnaht und Grundwerkstoff wei­ testgehend die gleiche Mikrostruktur und die gleichen Festigkeitswerte aufweisen können.
Vor allem hat sich die Verwendung von Scandium als Ersatz von Yttrium in durch feinverteilte, kleine Teilchen aus Unedelmetalloxid dispersionsverfestigten Platin-Werkstoffen, insbesondere in den erfindungsgemäßen, bewährt.
Das nachfolgende Beispiel dient zur näheren Erläuterung der Erfindung.
Beispiel 1
In einem Vakuuminduktionsofen wurde aus Pt und aus 2 Vorlegierungen (Pt mit 28% Zr und Pt mit 1% Sc) unter Verwendung eines Zirkoniumoxidtiegels eine Pt-Legierung mit 0,18% Zr und 0,015% Sc hergestellt. Der Ingot wurde gehobelt und durch Kaltwalzen wurden Bleche mit ei­ ner Dicke von 2,4 mm hergestellt. Diese Bleche wurden dann 120 Stunden bei 1030°C an Luft oxidiert. Der theoretische Sauerstoffgehalt bei vollständiger (100%) Oxidation sollte 715 ppm Sauerstoff betragen, der gemessene maximale Sauerstoffgehalt betrug 770 ppm. Nach 96 Stunden wurde somit eine vollständige Oxidation der mit Scandium dotierten Bleche erreicht, wie aus der Tabelle zu ersehen ist.
Beispiel 2
In einem Vakuuminduktionsofen wurde aus Pt und aus 2 Vorlegierungen (Pt mit 28% Zr und Pt mit 2,8% Y) unter Verwendung eines Zirkoniumoxidtiegels eine Pt-Legierung mit 0,18% Zr und 0,018% Y hergestellt. Der Ingot wurde gehobelt und durch Kaltwalzen wurden Bleche mit einer Dicke von 2,4 mm hergestellt. Diese Bleche wurden dann bis zu 240 Stunden bei 1030°C an Luft oxidiert. Der theoretische Sauerstoffgehalt bei vollständiger (100%) Oxidation sollte 680 ppm Sauerstoff betragen, der gemessene maximale Sauerstoffgehalt betrug 730 ppm. Nach etwa 184 Stunden wurde somit eine vollständige Oxidation der mit Yttrium dotierten Bleche er­ reicht, wie aus der Tabelle zu ersehen ist.
Aus der Tabelle ist deutlich zu erkennen, dass bei Verwendung von Scandium als Ersatz für Yttrium in diesem speziellen Fall nahezu eine Halbierung der für die vollständige Oxidation des Unedelmetallgehalts erforderlichen Zeit erreicht worden ist.
Der theoretisch maximale Sauerstoffgehalt der Legierungen basiert auf der Annahme, dass die darin enthaltenden Unedelmetalle Yttrium, Scandium und Zirkonium bis zur vollständigen Um­ wandlung in ihre stöchiometrischen Oxide Y2O3, Sc2O3 bzw. ZrO2 oxidiert werden. Häufig ist jedoch eine leichte Überschreitung des nominellen maximalen Wertes festzustellen, da weitere und als Verunreinigung in der Legierung vorhandene Unedelmetalle wie beispielsweise Silicium und Aluminium aufoxidiert werden.

Claims (29)

1. Durch feinverteilte, kleine Teilchen aus Unedelmetalloxid dispersionsverfestigter, goldfreier Platin-Werkstoff, wobei das Unedelmetall entweder Sc mit 0,01-0,5 Gewichts-% oder ein Gemischleine Legierung aus Sc und mindestens einem Metall aus der Gruppe Zr, Y, Ce mit einem Unedelmetallgesamtgehalt von 0,05 bis 0,5 Gewichts-% ist.
2. Platinwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 75 Gewichts-% des Unedelmetalls als Oxid vorliegen.
3. Platinwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bil­ dung des Unedelmetalloxids auf der Wärmebehandlung einer in kompakter Form vorliegen­ den Platin-Unedelmetall-Legierung in oxidierendem Medium bei 600°C bis 1400°C beruht.
4. Platinwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindes­ tens 90 Gewichts-% des Unedelmetalls als Oxid vorliegen.
5. Platinwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieser aus dispersionsverfestigtem Platin, dispersionsverfestigter Platin-Rhodium-Legierung oder dispersionsverfestigter Platin-Iridium-Legierung besteht.
6. Platinwerkstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rhodiumgehalt der Platin-Rhodium-Legierung 1 bis 25 Gewichts-% beträgt.
7. Platinwerkstoff nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rhodiumgehalt der Pla­ tin-Rhodium-Legierung 10 Gewichts-% beträgt.
8. Platinwerkstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Iridium-Gehalt der Pla­ tin-Iridium-Legierung 1 bis 30 Gewichts-% beträgt.
9. Platinwerkstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Iridium-Gehalt der Pla­ tin-Iridium-Legierung 10 Gewichts-% beträgt.
10. Verfahren zur Herstellung von durch feinverteilte, kleine Teilchen aus Unedelmetalloxid dis­ persionsverfestigtem, goldfreiem Platin-Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pla­ tin-Unedelmetall-Legierung erschmolzen, vergossen und wärmebehandelnd oxidiert wird, wobei das Unedelmetall entweder Sc mit 0,01-0,5 Gewichts-% oder ein Gemisch/eine Le­ gierung aus Sc und mindestens einem Metall aus der Gruppe Zr, Y, Ce mit einem Unedel­ metallgesamtgehalt von 0,05 bis 0,5 Gewichts-% ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Oxidation mindestens 75 Gewichts-% des Unedelmetalls oxidiert sind.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation mittels einer Wärmebehandlung in oxidierendem Medium bei 600 bis 1400°C durchgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Oxidation mindestens 90 Gewichts-% des Unedelmetalls oxidiert sind.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als oxidie­ rendes Medium eine Atmosphäre aus Luft, Sauerstoff, Wasserdampf oder einem Gemisch aus Wasserdampf und Wasserstoff, Edelgas oder Stickstoff eingesetzt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder nach der wärmebehandelnden Oxidation eine Kaltverformung erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder nach der wärmebehandelnden Oxidation eine Warmverformung erfolgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass vor der wärmebehandelnden Oxidation ein Schweißverfahren angewandt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Platin- Werkstoff verwendet wird, der aus Platin, Platin-Rhodium-Legierung oder Platin-Iridium- Legierung besteht.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rhodi­ um enthaltende Platin-Unedelmetall-Legierung mit einem Rhodiumgehalt von 1 bis 25 Ge­ wichts-% erschmolzen und vergossen wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platin-Rhodium-Legierung mit einem Rhodiumgehalt von 10 Gewichts-% verwendet wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Iridium enthaltende Platin-Unedelmetall-Legierung mit einem Iridiumgehalt von 1 bis 30 Gewichts-% erschmolzen und vergossen wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platin-Iridium-Legierung mit einem Iridiumgehalt von 10 Gewichts-% verwendet wird.
23. Verwendung des dispersionsverfestigten Platin-Werkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für in der Glasindustrie einzusetzende Geräte.
24. Verwendung des dispersionsverfestigten Platin-Werkstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für im Laboratorium einzusetzende Geräte.
25. Verwendung des dispersionsverfestigten Platin-Werkstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung von Beschichtungen.
26. Verwendung eines Unedelmetall enthaltenden, bei Oxidation zumindest eines Teils des Un­ edelmetalls zu einem dispersionsgehärteten Platin-Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oxidierbaren, goldfreien Platin-Werkstoffs als Schweißzusatzwerkstoff.
27. Verwendung von Scandium als Ersatz von Yttrium in durch feinverteilte, kleine Teilchen aus Unedelmetalloxid dispersionsverfestigten Platin-Werkstoffen.
28. Verwendung von Scandium als Ersatz von Yttrium in Platin-Werkstoffen nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
29. Verwendung von Scandium als Ersatz von Yttrium in nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 22 hergestellten Platin-Werkstoffen.
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