DE1199005B

DE1199005B - Gegen Wasserstoffbruechigkeit widerstandsfaehige Tantal- und Tantal-Titan-Legierungen

Info

Publication number: DE1199005B
Application number: DEU6915A
Authority: DE
Inventors: Claude Rothwell Bishop; Milton Stern
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1959-02-18
Filing date: 1960-02-17
Publication date: 1965-08-19

Description

Gegen Wasserstoffbrüchigkeit widerstandsfähige Tantal- und Tantal-Titan-Legierungen Die Versprödung von gewissen Metallen durch absorbierten Wasserstoff wird gewöhnlich mit chemischen und elektrochemischen Korrosionsvorgängen in Verbindung gebracht. Jedoch führt im Gegensatz zu diesen Formen des Korrosionsangriffs auf ein Metall die Wasserstoffversprödung nicht unbedingt zur Zerstörung des Metalls durch chemische Reaktionen mit oxydierenden Stoffen, vielmehr erleidet das Metall eine Abnahme seiner Geschmeidigkeit, d. h. eine Versprödung, die häufig zum Versagen führt. Die Arten des Versagens sind sehr unterschiedlich und liegen zwischen äußerster Brüchigkeit und Blasenbildung an der Oberfläche. Es wird angenommen, daß diese Versprödung durch Diffusion von atomarem Wasserstoff in das Metall hervorgebracht wird.
Die Einflüsse, die eine Versprödung bewirken, sind verschieden und hängen vom Metall sowie davon ab, ob die Umgebung die Bildung von atomarem Wasserstoff fördert. Die an der Oberfläche eines Metalls stattfindenden elektrochemischen Korrosionsvorgänge können die Bildung von atomarem Wasserstoff hervorrufen. Dies ist insbesondere bei sauren Elektrolyten der Fall. Zum Schutz einer Metalloberfläche gegen die oxydierenden Wirkungen der elektrochemischen Korrosion ergriffene Maßnahmen schützen nicht unbedingt das Metall gegen Wasserstoffversprödung, sondern können sogar den Angriff beschleunigen. Auch Metalle, die während der Elektrolyse kathodisch belastet sind, können der Einwirkung von atomarem Wasserstoff ausgesetzt sein.
Viele Metalle unterliegen der Wasserstoffversprödung. Hierauf zurückzuführendes Versagen wurde bei Tantal und Tantal-Titan-Legierungen festgestellt.
Die Geschwindigkeit des Eindringens von Wasserstoff hängt allgemein von der Konzentration des Wasserstoffes an der Metalloberfläche ab. Die Anwesenheit von Restspannungen, wie sie beispielsweise bei der Kaltformung entstehen, scheint die Absorptionsgeschwindigkeit zu erhöhen.
Viele Versuche wurden gemacht, diese Schwierigkeit zu überwinden, beispielsweise durch überwachung der Reinheit des Metalls und Anwendung spezieller Wärmebehandlungen, jedoch wurde keine einwandfreie Lösung des Problems gefunden.
Gemäß der Erfindung werden Tantal und binäre Tantal-Titan-Legierungen gegen Wasserstoffbrüchigkeit beständig gemacht, indem dieselben mit 0,05 bis 51119 Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin, Gold und/oder Rhenium legiert werden.
Die vorstehend aufgeführten Edelmetalle können als Metalle mit niedriger Wasserstoffüberspannung angesehen werden. Es wird angenommen, daß dem Mechanismus, nach dem die Metalle mit niedriger Wasserstoffüberspannung gegen Wasserstoffbrüchigkeit immun gemacht werden, ihre Fähigkeit zugrunde liegt, atomaren Wasserstoff anzuziehen. Der atomare Wasserstoff reichert sich somit auf dem Metall mit niedriger Wasserstoffüberspannung an und nicht auf der Oberfläche des Grundmetalls bzw. der Grundlegierung. Während die Anwesenheit von atomarem Wasserstoff auf der Oberfläche des Grundmetalls zur Diffusion des Wasserstoffs in das Grundmetall führen würde, hat die Anreicherung von atomarem Wasserstoff auf dem Metall mit niedriger Wasserstoffüberspannung lediglich die Bindung des atomaren Wasserstoffs zur Folge, wobei molekularer Wasserstoff frei wird. Wasserstoff im molekularen Zustand dringt nicht leicht in das Grundmetall ein.
Beispiel 1 Tantal ist für Wasserstoffversprödung besonders empfänglich, besonders wenn es als Kathode in der Elektrolyse dient. Bei kathodischer Belastung wird die Versprödung durch Wasserstoffabsorption stark beschleunigt. Durch Legieren von Tantal mit nur 0,5% Platin wurde jedoch Schutz gegen diesen Versprödungsvorgang erzielt. Eine Legierung aus 0,5% Platin, Rest Tantal, wurde hergestellt und kaltgewalzt. Kaltwalzen beschleunigt an sich. die Wasserstoffversprödung. Die kaltgewalzte Probe wurde in Fluorwasserstoffsäure angeätzt, um eine frische Oberffäche zu gewährleisten. Nach einstündigem Aufenthalt in einem Elektrolyten unter kathodischer Belastung mit einer Stromdichte von 10 mA/cm2 und anschließender Biegeprüfung zeigte die Probe keine Risse. Die geringe Menge des zugesetzten Edelmetalls verhinderte somit wirksam eine Versprödung. In gleichen Versuchen, die an nichtlegiertem -Tantal unter kathodischer Belastung durchgeführt wurden, rissen die Proben in Biegeprüfungen nach 1 bis 1,5 Stunden. Beispiel 2 Aus Tantal und bis zu 50'% Titan bestehende Legierungen sind ebenfalls für Versprödung in gewissen Medien anfällig. Unter kathodischer Belastung wird diese Versprödung beschleunigt. Eine Legierung folgender Zusammensetzung wurde hergestellt: 40% Titan, 0,5% Platin, Rest Tantal. Eine Probe wurde hergestellt, geglüht und in Fluorwasserstoffsäure angeätzt, um eine frische Oberfläche zu gewährleisten. Nach 7stündiger kathodischer Belastung bei einer Stromdichte von 20 mA/cm2 zeigte die Probe keine Risse nach einer Biegeprüfung.
Da schon sehr geringe Edelmetallzusätze Wasserstoffbrüchigkeit verhindern,. ZZeenügt es, den. betroffenen Metallen Edelnnetallmengpn bis hinab zu 0;05,% zuzulegieren, um sie@in =verdünnten Medien gegen Wasserstoffbrüchigkeit beständig zu machen. Auch Mengen bis zu 1% und mehr können zugegeben werden. Zusätze von mehr als 5% bewirken im allgemeinen keine erhöhte Beständigkeit gegen Wasserstoffbrüchigkeit.
Die Legierungen gemäß der Erfindung können nach den üblichen metallurgischen Verfahren hergestellt werden. Ihre Bestandteile können in beliebiger handelsüblich reiner Form verwendet werden.

Claims

Patentanspruch: Gegen Wasserstoffbrüchigkeit widerstandsfähige Tantal-Legierungen, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß sie aus 0;05 bis 5 % Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium; Iridium, Platin, Gold und/oder Rhenium, Rest Tantal und gegebenenfalls Titan bestehen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 681403, 826 361, 833 133; USA. Patentschriften Nr. 2 467 675, 2 491866.