AT3814U1 - Verwendung einer mo02-schicht als korrosionsschutz bei molybdänoberflächen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Mo0`2 -Schicht als Oberflächenkorrosionsschutz bei Molybdän und Molybdänlegierungen. Die Mo0`2 -Schicht wird vorteilhafterweise durch eine kombinierte Oxidations- und Reduktionsbehandlung hergestellt. Durch die erfindungsgemäße Verwendung der Mo0`2 -Schicht wird eine Korrosion auch bei höchster Luftfeuchtigkeit zumindest bis zu Temperaturen von etwa 40o C mit Sicherheit vermieden.

Description

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   Die Erfindung betrifft einen   Oberflächenkorrosionsschutz   bei Molybdän und
Molybdänlegierungen. 



   Molybdän neigt bei erhöhter Luftfeuchtigkeit schon bei Raumtemperatur zur Ausbildung intensiv braun-violett bis schwarz gefärbter Korrosionsschichten. Diese Korrosionsschutzschichten bestehen aus einer Verbindung mit etwa 12 at % Molybdän, etwa 75 at % Sauerstoff und etwa 8 at % Stickstoff. Dort, wo es unter anderem auch auf die metallischen Eigenschaften der Molybdänoberfläche ankommt, wie beispielsweise metallischer Glanz oder gute elektrische Leitfähigkeit, kann es je nach der Dicke bzw. Ausgestaltung der Korrosionsschicht und dem vorgesehenen Einsatz des Molybdänbauteiles, angefangen von einer optischen Beeinträchtigung bis hin zu einer vollständigen Unbrauchbarkeit des jeweiligen Bauteiles kommen. 



  Grundsätzlich ist es bekannt, Molybdän und   Molybdänlegierungen,   insbesondere wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt werden, durch Oberflächenschutzschichten spezieller Zusammensetzung vor Oxidation und Korrosion zu schützen. 



  Derartige Schutzschichten werden in der Regel durch Aufwachsen feinster Teilchen der gewünschten Zusammensetzung auf der Substratoberfläche mit Hilfe bekannter Beschichtungsverfahren wie Plasmaspritzen, CVD- oder PVD-Verfahren hergestellt. 

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  Verfahrensbedingt und um die vollständige Dichtheit derartiger Uberzugsschichten zu erreichen, weisen solche Überzüge Schichtstärken auf, die zumindest im Bereich einiger Mikrometer liegen. 



  Derartige Schutzschichten sind beispielsweise in der US 4 745 033 oder US 4 806 385 beschrieben. 



  Entsprechend diesen Patenten werden auf die zu schützenden Molybdänoberflächen gradierte Schichten aus Molybdän in Verbindung mit unterschiedlichen hochschmeizenden Oxiden durch Plasmaspritzen aufgebracht. 



  Nachteilig bei derartigen Schutzschichten ist, dass aufgrund der verfahrensbedingt verhältnismässig grossen Schichtstärken die metallischen Eigenschaften an der Oberfläche des Grundmaterials verlorengehen, so dass sie für Anwendungen, wo es gerade auf diese Eigenschaften auch ankommt, nicht eingesetzt werden können. 



  Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass bei Verwendung von Oxiden als Korrosionsschutzschicht aufgrund der grossen Schichtstärken an den geschützten Molybdänteilen grosse Sauerstoffanteile vorhanden sind die unter bestimmten Einsatzbedingungen freigesetzt werden und störend wirken können. So ist beispielsweise bei Molybdänteilen, die in der Lampenindustrie bei der Herstellung von Halogenlampen eingesetzt werden gefordert, dass derartige Teile in der Halogenatmosphäre während des Betriebes möglichst wenig Sauerstoff freisetzen, da dieser den Halogenkreisprozess stören würde.

   Durch die Halogenatmosphäre wird erreicht, dass sich von den   Glühwendeln   oder   Stromzuführungen   abdampfende   Molybdän- oder Wolframteilchen   nicht auf den Glaswänden der Lampenkolben 

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 niederschlagen und damit die Lichtausbeute verringern, sondern in einem
Kreisprozess wieder an den   Glühwendel   bzw. Stromzuführungen abgelagert werden. 



   Da die häufigste Korrosionsursache bei Raumtemperatur bei Teilen aus Molybdän oder   Molybdänlegierungen   eine hohe Luftfeuchtigkeit ist, wie sie vielfach nur während des Transportes oder der Lagerung der Teile bis zu deren zweckbestimmtem Einsatz auftritt, sind bei Teilen aus diesen Werkstoffen, wo bisher bekannte Korrosionsschutzschichten nicht einsetzbar waren, lediglich Massnahmen zur Verringerung der Luftfeuchtigkeit der unmittelbaren Umgebung, wie etwa der Einsatz von Trocknungsmitteln, zur Anwendung gekommen. 



  Derartige Massnahmen sind jedoch nur für einen begrenzten Zeitraum wirksam und können die Korrosion der Molybdänoberfläche daher nur verzögern und nicht grundsätzlich verhindern. 



  Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Massnahme zu schaffen, die für   Oberflächen   aus Molybdän oder Molybdänlegierungen einen dauerhaften Korrosionsschutz ergibt, ohne dass dabei die eingangs erwähnten Nachteile auftreten. 



  Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass als Oberflächenkorrosionsschutz die Verwendung einer   Mo02-Schicht   vorgesehen wird. 

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  Bei der erfindungsgemässen Verwendung einer   Mo02-Schicht   wird eine Oberflächenkorrosion von Molybdän in Form der eingangs erwähnten MolybdänSauerstoff-Stickstoff-Verbindung auch bei höchster Luftfeuchtigkeit zumindest bis zu Temperaturen von etwa   40 C   mit Sicherheit verhindert. Bei Molybdänlegierungen ist zumindest bei derartigen Molybdänlegierungen, bei denen die Legierungsanteile nicht in die   Mo02-Schicht   eingebunden werden, derselbe Korrosionsschutz zu erreichen. Diese Eigenschaft war überraschend und nicht ohne weiteres vorhersehbar, da sich die MoOs-Schicht mit einem logarithmischen Schichtwachstum ausbildet und die sich unter wirtschaftlichen Herstellungsbedingungen ausbildende maximale Schichtstärke im Bereich von wenigen   Nanometem   liegt.

   Dies ist gleichzeitig mit dem Vorteil verbunden, dass die metallischen Eigenschaften des Molybdäns bzw. der   Molybdänlegierung   auch an der Oberfläche weitgehend erhalten bleiben. Insbesondere bleiben der metallische Glanz und die gute elektrische Leitfähigkeit der Oberflächen weitgehend unverändert, so dass erfindungsgemäss gegen Korrosion geschützte Werkstoffe aus Molybdän und   Molybdänlegierungen   beispielsweise bei der Herstellung elektrischer Lichtquellen, wo es auf optisch einwandfreie Oberflächen oder in der Elektronikindustrie wo es vielfach auf einen geringen   Oberflächenwiderstand   und damit gute Kontaktierungsmöglichkeiten ankommt, gut einsetzbar sind. 



  Erfindungsgemäss wird eine MoOs-Schicht besonders vorteilhaft dadurch hergestellt, dass die zu schützende Oberfläche in einem ersten Schritt durch eine 

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Oxidationsbehandlung mit einer Mo03-Schicht versehen wird und diese
MoOs-Schicht in einem zweiten Schritt durch eine Reduktionsbehandlung in eine   Mo02-Schicht umgewandelt   wird. 



  Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die Oxidationsbehandlung während 15 bis 25 Stunden bei Temperaturen zwischen 150  und 200 C durch strömenden reinen Sauerstoff und die Reduktionsbehandlung während 0, 5 bis 1, 5 Stunden bei einer Temperatur zwischen 350  und 500 C durch strömenden Wasserstoff erfolgt. 



  Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Herstellungsbeispieles näher erläutert. 



  HERSTELLUNGSBEISPIEL In einen evakuierten Rohrofen wurden mehrere Abschnitte von gewalzten Molybdänbändern von 0, 1 mm Stärke mit den Abmessungen 12 mm x 15 mm eingebracht. Dann wurde der Ofen bis auf einen Restdruck von etwa 50 mbar evakuiert. Zur Beseitigung von Luft-und Wasserdampfresten erfolgte eine Spülung mit Argon. Dann wurde in den Ofen Sauerstoff eingeleitet und die Molybdänteile im kontinuierlichen Sauerstoffstrom zunächst auf 200 C erwärmt und 20 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Nach Abschalten des Sauerstoffstromes erfolgte eine 

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 Spülung des Ofens mit Argon, anschliessend wurde Wasserstoff eingeleitet und die Molybdänteile unter strömendem Wasserstoff weiter auf 400 C aufgeheizt und 1 Stunde auf dieser Temperatur gehalten. 



  Abschliessend wurden die Molybdänteile im Wasserstoff-Argon-Strom auf Raumtemperatur abgekühlt. 



  Auf der Oberfläche der Molybdänteile hatte sich eine 20 nm starke   Mo02-Schicht   ausgebildet, ohne dass sich das Aussehen der Molybdänoberfläche gegenüber dem Zustand vor der Beschichtung wesentlich verändert hat. 



  Zur Prüfung des Korrosionsschutzes wurden die derart beschichteten Molybdänteile in einer Klimakammer bei   40 C,   98 % Luftfeuchtigkeit, 168 Stunden lang gelagert. 



  Die Teile wiesen keinerlei optisch erkennbare Oberflächenveränderung, insbesonders keinerlei Verfärbungen auf, die auf die Ausbildung einer Korrosionsschicht hindeuten würden.

Claims (3)

1. EMI7.1 EMI7.2 und Molybdänlegierungen.
2. 2. Verfahren zur Herstellung einer MoOrSchicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu schützende Oberfläche in einem ersten Schritt durch eine Oxidationsbehandlung mit einer MoOs-Schicht versehen wird und diese MoOs-Schicht in einem zweiten Schritt durch eine Reduktionsbehandlung in eine MoOz-Schicht umgewandelt wird.
3. 3. Verfahren zur Herstellung einer MoOs-Schicht nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationsbehandlung während 15 bis 25 Stunden bei Temperaturen zwischen 150 und 200 C durch strömenden reinen Sauerstoff und die Reduktionsbehandlung während 0, 5 bis 1, 5 Stunden bei einer Temperatur zwischen 3500 und 5000C durch strömenden Wasserstoff erfolgt.