DD265914A1 - Verfahren zur waermebehandlung von durch plasmaspritzen hergestellten koerpern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Waermebehandlung von durch Plasmaspritzen hergestellten Koerpern aus hochschmelzenden Metallen, z. B. Wolfram, die vorzugsweise in silikatischen Schmelzen zur Anwendung kommen. Erfindungsgemaess erfolgt in einer ersten Behandlungsphase in einem evakuierten Raum die Erwaermung auf 500 K bis 1 200 K, vorzugsweise 1 000 K, fuer die Dauer von 3-10 h, wodurch im Gefuege eingelagerter Wasserstoff entfernt wird. Waehrend einer zweiten Phase wird der Koerper in einer nichtoxidierenden Atmosphaere fuer die Dauer von 8-25 h einer Temperatur von mindestens 2 200 K ausgesetzt, die 200 K bis 600 K unter dem Schmelzpunkt liegt, um eine Strukturverdichtung zu erreichen. Die Korrosion der Koerper in Glasschmelzen wird verringert.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von durch Plasmaspritzen hergestellten Körpern aus hochschmelzenden Metallen, z. B. Wolfram, die vorzugsweise in silikatischen Schmelzen zur Anwendung kommen.

Charakteristik des bekannten Stande· der Technik

In der Glasindustrie werden in vielfältigerweise hochschmelzende Metalle als Schutzrohr, Rührer, Auskleidung und dergleichen auf Grund ihrer Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen in silikatischen Schmelzen eingesetzt. Während Platinmetalle und ihre Legierungen außerordentlich hohe Kosten verursachen, sind dem Einsatz von Molybdän und Wolfram auf Grund der eich aus den werkstoffspezifischen Eigenschaften ergebenden Bearbeitungsprobleme Grenzen gesetzt.

Um Widerstandsheizelemente nach DO-WP 227125 für Schmelzöfen oder Auslässe herzustellen, ist es aus DD-WP 227 587 bekannt, für derartige Körper aus hitze- und korrosionsbeständigem Material, vor allem aus Wolfram und Molybdän, das Plasmaspritzen anzuwenden.

Es hat sich gezeigt, daß die so hergestellten Widerstandsheizolemente eine zu geringe Lebensdauer besetzen. Das ist zum einen in der porösen, Inhomogenen Struktur und der daraus resultierenden geringen Festigkeit und der großen Oberfläche der Körper begründet. Verstärkte chemische Korrosion, verbunden mit mechanischem Abtrag von Motallteilchen, ist die Folge. Zum anderen muß nach dem Plasmaspritzen ein herstellungsbedingter Restanteil an Metalloxid durch nachträgliches Glühon (Formieren) des Körpers bei 1100K bis 1500K im trockenen Wasserstoffstrom durch Reduktion beseitigt werden. Der beim Formieren in das Metallgefüge eingedrungene Wasserstoff begünstigt ein spezifisches Korrosionsverhalten als Folge von Redox-Reaktionen zwischen den oxidischen Schmelzbestandteilen und dem Metall.

Das Ergebnis ist der Einbau von Elementen aus der silikatischen Schmelze in das Metallgefüge und die oxidische Auflösung von Metall in der silikatischen Schmelze, was neben der Beeinträchtigung der Lebensdauer derartiger Körper zur Beeinträchtigung der Schmelzenqualität führt.

Bei schmelzflüssig aufbrachten, z. B. aufgespritzten Metallsci lichten, ist es bekannt, ihre Oberflächenstruktur zu verbessern.

Um die für eine geringere Korrosionsfestigkeit verantwortlichen Mikroporös zu schließen, wird bei dem Verfahren nach DE-AS 1029212 feinverteilt eine Masse aufgespritzt, deren Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der zu verdichtenden Metallschicht liegt und diese beim Aufspritzen mindestens an der Oberfläche zum Schmelzen bringt.

Für plasmagespritzte Körper aus hochschmelzenden Metallen ist auf Grund deren hohon Schmelzpunkte ein solches Verfahren nicht anwendbar.

Durch Metallspritzen hnrgestellte rauhe Überzüge aus Molybdän werden nach dem aus DE-PS 905807 bekannten Herstellungsverfahren unter Anwendung von mechanischem Druck oder Überschleifen nachträglich geglättet.

Ein nur oberflächliches Glätten vermag die durchgehend poröse Struktur von plasmagespritzten Körpern aus hochschmelzonden Metallen nicht zu verändern und verbessert die erhöhte Korrosionsanfälligkeit dieser Körper nur für kurze Zeit.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, die Lebensdauer von plpsmagespritzten, zum Einsatz in silikatischen Schmelzen bestimmten Körpern zu erhöhen und Beeinträchtigungen der Schmelzenqualität zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde, die KorroRionsanfälligkeit pl&smagespritzter Körper aus hochschmelzenden Metallen, vor allem aus Molybdän oder Wolfram, in silikatischen Schmelzen durch Wärmebehandlung der Körper zu vermindern. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer ersten Behandlungsphase bei einem Druck von kleiner 1000 Pa der Körper auf 500K bis 1200K. vorzugsweise 1000K, für die Dauer von 3 h bis 10h erwärmt wird. Während einer zweiten Behandlungsphase wird der Körper in einer nichtoxidierenden Atmosphäre für die Dauer von 8 h bis 25 h einer Temperatur von mindestens 2200K ausgesetzt. Die Temperaturobergrenze liegt 200K bis 600K unterhalb des Schmelzpunktes des Körperwerkstoffes. Dadurch wird in der ersten Behandlungsphase der im Metallgefüge eingelagerte Wasserstoff entfernt und in der zweiten eine Strukturverdichtung erreicht.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung folgen die Behandlungsphasen unmittelbar aufeinander. Dabei wird die Temperatur der ersten Behandlungsphase auf die der zweiten Behandlungsphase erhöht. Erweist es sich als vorteilhaft, werden die Behnndlungsphasen zeitlich getrennt vollzogen und es erfolgt eine Zwischenabkühlung des Körpers. Hierbei wird dit begasung des uvakuierten Raumes nach der ersten Behandlungsphase mit einem trockenen Inertgas vorgenommen. Am Ende der zweiten Behandlungsphase verbleibt der Körper bis zu einer Temperatur unterhalb 500K in der nichtoxidieranden Atmosphäre. Diese nichtoxidieronde Atmosphäre der zweiten Behandlungsphase wird ebenfalls durch Evakuieren auf einen Druck kleiner 1000 Pa erreicht oder ist ein Inertgas.

Au»fOhrungsbelsplel

Die Erfindung wird am Beispiel der Wärmebehandlung eines durch Plasmaspritzen hergestellten rohrförmigen Durchlasses aus Wolfram erläutert.

Eine effektive Wärmebehandlung dieses rohrförmigen Durchlasses als Voraussetzung für den Einsatz in Kontakt mit einer silikatischen Schmelze, wird in einer universellen Vorrichtung erzielt, in der zuvor auch das Glühen im Wasserstoffgssstrom bei 1250 K sowie 10 Stunden Dauer durchgeführt wurde.

Im Anschluß an dieses Glühen wird die Vorrichtung evakuiert auf einen Restdruck von 350 Pa.

Abhängig von der Höhe der Temperatur liegt er zwischen 20C und 1000 Pa und wird aus ökonomischen Gründen nicht niedriger gewählt als erforderlich. Werkstoffabhängig erfolgt die Erwärmung z. B. induktiv auf eine Temperatur zwischen 500 K und 1 200K, vorzugsweise 1000K, für die Dauer von 3h bis 10h.

Die Höhe der Temperatur muß einerseits die weitgehende Ablösung des Wasserstoffes aus dem Metallgefüge gewährleisten, andererseits muß ein zu zeitiges Dichtsintern des Werkstoffe vermieden werdan, was dem vollständigen Entfernen des Wasserstoffes entgegenstünde.

Entsprechend der Geometrie und den Abmessungen S*a rohrförmigen Durchlasses aus Wolfram wird dieser auf 1250K für eine Dauer von 10 Stunden gebracht.

Wird die Wärmebehandlung nicht sofort weitergeführt, so erfolgt anschließend an diese erste Behandlungsphase die Begasung des evakuierten Raumes der Vorrichtung du ch Einleiten eines trockenen Inertgases, vorzugsweise von Argon, um einer Füllung des Porenraumes durch oxidierende oder anderweitig korrosionsfördernde Gase vorzubeugen. Danach wird die Abkühlung dos Durchlaßrohres vorgenommen.

Vorteilhafterweise schließt sich in der universellen Vorrichtung die zweite Rehandlungsphase an die erste unmittelbar an.

Der Unterdruck von kleiner 1000Pa wird dann aufrechterhalten oder der Raum wird mit einem Inertgas gefüllt.

Eine Inertgasbehandlung bei derartig hohen Temperaturen ist apparativ leichter zu realisieren und daher zumeist ökonomischer.

Die Behandlung im Vakuum ist zu bevorzugen, da sie im Sinne des angestrebten Zieles günstiger ist.

Die Temperatur dos zu behandelnden Körpers wird auf mindestens 2 200 K gesteigert, sie wird jedoch um 200K bis 600K unter dem Schmelzpunkt des Werkstoffes gewählt. Folgende Temperaturen und Behandlungsdauer haben sich hinsichtlich der erzielten Wirkung und des Aufwandes als günstig erwiesen.

Werkstori Temperatur Dauer

Molybdän um 2 300 K 10-3Oh

Wolfram 3100-3 300 K 8-25 h

Der rohrförmige Dutchlaß wird aus bereits genannten Gründen für die Dauer von 20 Stunden bei einer Temperatur von 3100 K geglüht. Am Ende dor Behanolungsphase wird die nichtoxidierende Atmosphäre aufrechterhalten, bis das Durchlaßrohr unter 500K abgekühlt ist.

Wie metallografische Untersuchungen zoigen, erfolgt bei einer solchen Behandlung eine Strukturänderung des plasmagespritzten Materials, in deren Ergebnis eine derartige Verfestigung und Dichtesteigerung erzielt wird, daß kein Unterschied mehr zu nach den bekannten Verfahren produzierten Metallproben vorliegt; Härte und Festigkeitswerte entsprechen sich weitgehend.

Die nach dem erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsverfahren in Glasschmelzen, die frei von leichtreduzierbaren Bestandteilen sind, eingesetzten plasmagespritzten Wolfram- und Molybdänköi'per zeigen eine weitaus geringere Korrosion als unbehandelte.

Das Verfahren ist, außer bei Molybdän und Wolfram, auch bei anderen geeigneten hochschmelzenden Metallen anwendbar.

Claims (7)

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von durch Plasmaspritzen hergestellten Körpern aus hechtiuhmeizenden Metallen, z. B. Wolfram, die vorzugsweise in silikatischen Schmelzen zur Anwendung kommen, dadurch gekennzeichnet, daß während einer ersten Behandlungsphase der Körper in einem, auf einen Druck von kleiner 1000 Pa evakuierten Raum auf eine Temperatur von 500 K bis 1200K, vorzugsweise von 1000 K gebracht und für die Dauer von 3 h bis 10 h gehalten wird, um im Metallgefüge eingelagerten Wasserstoff zu entfernen und daß während einer zweiten Behandlungsphase der Körper in einer nichtoxidierenden Atmosphäre für die Dauer von 8 h bis 25 h einer Temperatur von mindestens 2200K ausgesetzt wird, die 200K bis 600K unterhalb des Schmelzpunktes des Körperwerkstoffes liegt, wodurch eine Strukturverdichtung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsphasen unmittelbar aufeinander folgen, wobei die Temperatur des Körpers der ersten Behandlungsphase auf die Temperatur der zweiten Behandlungsphase erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsphasen zeitlich getrennt voneinander vorgenommen werden, wobei eine Zwischenabkühlung des Körpers erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper nach dar zweiten Behandlungsphase bis zu einer Temperatur unterhalb 500K in der nichtoxidierenden Atmosphäre verbleibt.

5. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtoxidierande Atmosphäre der zweiten Behandlungsphase ein Unterdruck von kleiner 1000 Pa ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtoxidierende Atmosphäre der zweiten Behandlungsstufe ein Inertgas ist.

7. Vorfahren nach Anspruch 1,3,4 und 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Begasung des evakuierten Raumes nach der ersten Behandlungsphase mit einem trockenen Inertgas vorgenommen wird.