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Die Magnetisierbarkeit von Kupfer-Zinklegierungen.

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666
6. Die Magnetis4erbnrke4t
uon Kzcpfbr - 26nkIegierzcngen;
urn R u d o I f H. Weber.
(Nsch Mesungen von R o n r a d G r e u l i c h -t. berichtet.)
1. Herr I(. Greulich') hat im Jahre 1914 auf meine
Veranlassung eine groSe Anzahl von Kupfer-Zinklegierungen
verschiedenen Prozentgehaltes hergestellt und ihre Magnetisierbarkeit untersucht. Ein Nebenzweck dieeer Untersuchungen
war 88, festznstellen, ob sich aus der Kurve SuszeptibilititProzentgehalt vielleicht , ahnlich wie bei der Leitfahigkeitskurvea), ein Anhalt ergiibe fur die Egistenz chemisch bevorzugter Blischungsverhfiltnisse, wie sia etwa bei chemischen Verz. B. Cu Zn - zu erwarten eein wtirde.
bindungen
2. Die Legierungen wurden im RoBlerschen Schmelzofen
und zwar nach zwei verschiedenen Methoden hergestellt. Einma1 wurde das Zink bis zum Schmelzen erhitzt, und dann in
kleinen Portionen fein verteiltes Kupfer nit Salmiak gemischt,
hinzugegeben, wobei allmahlich die Temperatur gesteigert
wurde (Tab. I). Diese Methode gestattet, zur Herstellung die
Temperatur so niedrig zu halten, wie es der jeweiligen Legierung
entspricht. Andererseita wurde Kupfer unter Borax geechmolzen
qpd das Zink hinzugegeben (Tab. 11). Hier ist also die Herstellungstemperatur anfanglich stets hoher, d s die Schmelztemperatur. Ein tibeletand dieser Methode ist es, dal3 die
Herstellung infolge Verbrenriens und Verdampfens mit . nicht
unbetrachtlichem Zinkverlust verbunden ist.
Da Schamotte- und Graphittiegel eisenhaltig sind und Been
in geringen Mengen an das Schmelzgut abgeben - die Folge
-
-.
1) K. Greul i c h , Rostocker Dissertation 1915 und Sitzungeberichte
und Abhandl. d. naturforschenden Gesellechaft zu Rostock, N. F.
S.227, 1015. Herr K. G r e u l i c h ist im Kriege gefallen, deehalb habe
ich die Bearbeitung seiner Uritersucliungen fiir die Annalen iibernommen.
2) Vgl. R. H. W e b e r , Wied. Ann. S6. S. 705. 1899.
n,
Uagnetisierbarkeit von liilpfer-~~?LRlegieruRgen.
667
hiervon war seinerzeit die Auffindung der ,,Metarnagnetkchen
Legierungen" durch K. Over beck ') -, was fiir unsere Zwecke
natiirlich streng vermieden werden mubte, so wurden znm Herstellen der Schmelzen jetzt Berliner Porzellantiegel von 7,5 cm
Hohe und 5,5 cm oberem Durchmesser verwendet, die bequem
in den Schmelzraum des RoSlerschen Ofens passen.
Als Grundmetalle wurden gekijmtes elektrolytisches Kupfer
und granuliertes Zink I der Firma K a h l b a u m verwendet.
Verkleinerung mittela Eiseninstrumenten war bei diesen unnotig.
3. Der GUS erfolgte in Formen aus Formsand, deren
Hohlraum mit aufgeschlammter Chilekleie Iiberzogen war, teils
urn die Oberfliiche glatter xu gestalten, teils um den direkten
Kontakt des noch fliissigen Gusses mit dem etwas eisenhaltigen
Formsand zu vermeiden. Die fertigen Legierungen erwiesen
sich nach diesen VorsichtsmaSregeln in der Tat vbllig eisenfrei.
Die Formen hatten parallelepipedischen QuSr8um 4 x 15
x 8 0 mm. Die gegossenen StUcke wurden d a m etwas kiirzer
geschnitten (rund 60 mm lang) und die Abfallstiicke zur
Analyse verwendet. Die weitere Bearbeitung geschah mittels
Feilens und Schleifens. Die Legierungen von 60 bis 70 Proz. Zn
sind so sprode, daS die Bearbeitung sehr schwierig ist und
sich im wesentlichen auf Schleifen beschranken mu& da sie
nicht einmal das Einschrauben in einen Schraubstock gestatten.
4. Die Analysen wurden elektrolytisch in der Platinschale
aus salpetersaurer Losung vorgenommen. AuBerdem wurden
die Dichten im Pyknometer bestimmt, die aber teilweise einen
unregelmiiSigen Gang aufwiesen (siehe Tabellen), wohl infolge
VOII GuBfehlern. Auf die magnetischen Messungen haben solche
Fehler keinen EinfluS, wenn sie nicht zufallig gerade an die
Stelle des starksten Abfalles des magnetischen Feldes zu liegen
kommen.
5. Die magnetische MeSmethode w a r die folgende. Die
zylindrischen Polschnhe eines d u B o i s schen Halbringelektromagneten hatten einen Durchmesser von 4 cm und standen
.
1) K. 0 v e r b e c k, Rostocker Dissertation 1914. Sitzungsberichte
und Abhandl. d. naturforechenden Gesellschaft zu Rostock, VI, S. 141.
-1914. In den Dissertationen von K. Overbeck und K. G r e u l i c h findet
sich eine ausfiihrlichere Beeprechung der Heretelluogsmethoden.
668
h'. 1J. Weber.
sich im Abstand von 6 mm gegenilber. Zwei kleine Messingkllitzchen hielten diesen Abstand auch bei Erregung des
Magneten konstsnt. uber den Polschuhen, etwas seitlich von
ihnen, endete ein vertikales, von der Zimmerwand aus getragenes, 2'/, m langes, 5 cm weites Rohr, anfangs aus Glae,
spiiter aus Messing, oben und unten mit Glasans#tzen (Qaslichtzylindern), in dem zwei parallele Seidenfaden abwarts
liefen. An diesen wurden mittels geeigneter Aufhangevorrichtung die Legierungen hprizontal befestigt, so da6 sie mit
einem Ende zwischen die Polschuhe des Magneten ragten.
Am anderen Ende der Legierungen waren Glimmerblilttchen
angeklebt , auf denen ein vertikaler Nadelstrich eingekratzt
war. Auf diesen wird ein Ablesemikroskop mit auswechselbarer VergrOBerung eingestellt. Legierung und Aufhangevorrichtung war von einem geeignet gebauten Qlasgehause
umgeben, urn Luftstromnngen zu vermeiden.')
6. Die Suszeptibilitat berechnet sich aus der durch &regung des Magnetfeldes H erfolgenden Verschiebung so" der
Legiernng, deren Querschnitt q ist, nach der Formel
worin g die Erdbeschleunigung, 1 die Linge der Aufhiingefaden und M-die Masse der Legierung, vermehrt nm die
Massen der Aufhiingevorrichtung , des angekiebten Glimmerblattchens und der Hklfte der Aufhangefaden ist. Das Magnetfeld war durch Vergleich mit einem Q a n sschen magnetischen
Etalon (Firma Edelmann) fur yerschiedene Stromstiirken im
Elektromagneten ermittelt worden. Im folgenden wurde durchweg ein Feld von 9000 Gauss verwendet. Das RUckstandfeld
war nachgewiesenermal3en zu vernachlassigen. Die Yessungen
sind der Formel (1) gemaS absolute, worauf aber kein besonderer Wert zu Iegen ist.
7. Die folgenden zwei Tabellen sowie die Figur auf
S. 671 geben die MeSresultate von K. G r e u l i c h wieder.
uberraschend ist der abnorm hohe Diamagnetiemus der
Legierungen um 30 Proz. Kupfer, far die - x lo6 Uber 5 Ein-
-
1) Eine ausfiihrlichere Besprechuug der Methode tindet sich iu de;
Dissertation von O v e r b e c k .
I~agaetisierBarkeit uon ~71~)~kr-%'nkie!lierrtnllen.
660
lieiten erreicht. Es ist das nachst dem des Wismuts (15 Einheiten) der hochste bekaunte Wert. An dritter Stelle kommt
Antimon mit 4 6 Einheiten.
In der Figur sind die Daten der Tab. I als kleine Kreise,
die der Tab. I1 als Kreuze eingetragen. Die beiden Serien
fugen sicb, rnit geringen Abweichungen, gut ineinander ein.
Die Herstellungsweise hat also keinen EinfluS auf die
Suszeptibilitat. I )
1. 'I'abelle f i i r d i e L e g i e r u n g e n a u s g e h c n d voin r e i n e n Z i n k .
Nr*
Dichte leukung,
Ocu
-
1
-
Zn
0,O
1 1
1,996
I 2 4,160
I 3 5,801
I 4 7.346
I 5 ?I77
I 6 ' 9,849 .
I 7 : 14,18
I 8 ' 15.23
I 9 I8;24
I 10 20,07
I 11 2a,77
1 12 25,85
I 13 25,66 ,
I 14 28,15
1 15 30,03 ,
I' 16 35,65
I 17 40,60
I 18 44,95
I 19 52,52
I 'LO 59,63
1 21 61,47
I
,
~.
.?,lo1 I
7,178
7,294 I
7,361
7.422
7;423
7,437
6,846
6.816
7;099
7,237
7,656
7,565
7,718
7,643
7,944
7,90
8,015
8,145
8,278
8,465
8,468
41,3X
41,3
41,3 1
41,3 1
41,3
41.5
41,3
26 x
26
28
63
68
77
83
88
88
97
67
76
84
-~
87
99
40
36
31
26
25
26
I
'
i
14
14
14
14
14
14
Gewlclrt +
Qllnimerblattchen
- x * 10'
-.
0,373*1,43
0,380.1,435
0,384*1,435
0,380*1,43
0,380*1,43
0,380.I,50.
0,400.1,46
0,380.1,48
0,400-1.46
0;41Qr1;465
0,350 1,37
0,380-1,40
0,320*1,39
0,320.1,39
0,380.1,40
0.390-1.47
0,380.lj42
0,420*1,45
0,360*1,47
0,360.1.40
0,350.1,43 ;
0,980.1,41
26,7940
28,0017
28,1044
27,9575
27.9069
27;6173
29.7547
27;6474
27,7189
29,1942
23,8622
29,4667
2a,o586
23,8791
27,8055
31.9112
32;0578
33,1005
29,4038
29,4539
28,9304
31,2996
,
0,87i
0,964
1,084
1,175
1.229
1;244
1,36
1,54
1,584
1,787
1,926
2,39
3,005
3,152
3,868
4;77
4,371
1,756
1,628
1,415
1,224
1,18
Die Kurve der Figur mach. den Eindruck, als ob sie aua
mehreren geradlinigen , d u r c h stetige Uberghge verbundenen
Asten zusammengesetzt mi, doch fallen, abgeeehen von einer
Stelle, keine ausgezeichneten Punkte an Orte einfacher chemischer Verbindungsmoglichkeiten, besonders auch nicht an
die Stelle einer Verbindung CuZn, wo ein solches Zusammentreffen erwartet werden konnte.
Besonders auffallend ist der geradlinige Verlauf der zwei
~
-
1) Vgl.
K. Overbeck, Ann. d. Phys. 46. S.680. 1915.
Aooslen der Pbyaik. 1V. Folge. 62.
44
H. 11.
670
D>l?IVl~.
steil ansteigenden Aste der Punkte 1 , 2 , 3 , 4 , 5 und 6,?,a, 9,lO.
Setzt man den Prozentgehalt und die Suszeptibilitilt
p
= 2 ; - x . lo-"= ?I ?
80 geniigen diese Cieraden den Gleicbungen
(1bis 5 ) y = 0,31539~
- 6,233,
(2)
(7 bis10) ?j = - 0,4069 r
1&,878,
worin die Koeffizienten nach der Methode der kleinsten
Quadrate berechnet sind. Rei letxterer ist der Punkt 6 nicht
{
+
11. ' I ' a b e l l e f a r d i e TAegiernngeiittuegeheiid v o m r e i n e n K u p f e r .
h:r.
"*
Ab-
cu
_- ..
. -
'"-
lenkurig grol.
_______.
+
Querechnitt
Gewlcbt
Qliluaier- --x * 10"
blRttcben
.
..
O.HQ0.1,425
0,335- 1.40
0,365 1,40
0,375.1,40
0,370*1,43
0,335.1,43
0.355.1.44
0;365*1;44
0,360*1,40
0,345 1,44
0,340.1,44
0,390.1,44
0,420. 1,395
0,415 * 1,47
0,400.I ,43
0,410*1,45
0,385.1,47
0;370*1,465
0,390.1,445
0,365. 1,46
0,370.1,445
0,360- 1,45
0,340- 1.445
*36,0729
28,7338
30,1856
28,8469
31,9756
28,1543
30,5732
29,3918
29,6678
23,8797
28,5435
33,9672
24,7928
32,0708
32,1059
33,1200
32,9667
25;5852
25,9722
27,7300
27,4236
28,3209
24,9542
.
I1
64;OS
63,47
If 5 55,95
I1 6 64,78
XI 7 52,52
I1 H 52,22
I1 9 52,03
11 10 50,89
I1 11 50,20
I1 12 45,32
11 13 42,58
I1 14 41,16
11 15 38,95
I1 16 37,82
11 17 33.29
I[ 18 I 19;22
I1 19 17,91
I1 20 ' 16,93
I1 21 12,70
I1 22
9,271
I1 23
5,346
3
11 4
7,095
8,627
8,365
8,396
8,369
8,248
8,283
8,087
8,227
8,136
9,169
8,156
8,012
8,016
7,938
7,928
7,714
7,236
7,301
7,299
7,111
7,221
7,187
40
45
70
49
79
55
56
+
63
60
40
60
35
53
47
ti9
77
112
87
90
72
58
56
50
4l,3X
41,s
41 ,S
26 x
41,s X
26 x
26
26
26
26
26
14 X
14
14
14
14
14
26 x
26
26
26
26
26
-
0
,
'
0,70ti
0,759
1,136
1,160
1,807
1,321
1,381
1,440
1,443
1,494
1,507
1,705
1,844
1,996
3,129
3,600
5,262
1,812
1,789
1,642
1,336
1,169
1,122
mit beriicksichtigt, weil er inoglicharweise schon auf einem
stetigen obergang zwischen beiden Asten liegt, was iibrigens
auf die Schlubfolgeruug lteinen wesentlichen EinfluB hat. Diesen
Bleichungen entsprechend sind die beiden Beraden in die Kurve
eingezeichnet. Die iibrigen geradlinigen Stiicke der Kurve sind
nach Gutdiinken gezogen. Aus ihnen sol1 aucb nichts gefolgert werden.
9. Ob ein solcher stetiger Ubergang zwischen diesen zwei
Hauptisten Oberhaupt etattfindet, oder ob sie geradlinig bis zu
'
Jlapetisierharkeit von Kupfer-~~7iklellierunr/en.
67 1
ihrem Schnitt weiter verlaufen, h 8 t sich zurzeit nicht entscheiden. Sicher aber kann man aus diesem Schnittpunkt
sehr genau die x-Koordinate, also den Prozentgehalt des
Scheitelpunktes ermitteln. Der Schnittpunkt liegt bei
2: = 32,716 Prox.; j = 5,694.
Fig. 1.
l)ie chemische Verbindung CuZn, wtirde einen Knpfergehalt von
p = 32,716 Proz.
erfordern. Das stimmt mit obigem Werte 5 80 gut tiberein,
daE e8 schwer wird, an einen reinen Zufall zu glauben.
672 1;.II. Wedcr. iMogaetkierhaike2L
I
~
Kupfir-Zinklegierun.9en.
L
Nimmt man ubrigens den Punkt 6 mit in die Berechnung
der Koeffizienten der zweiten Gleichung t2) auf, so wird
j: a
32,578; j = 5,622.
Auch dieser 'Wert i gibt noch innerhalb der Beobachtungafehler eine vollkommene i'bereinstimmung mit p.
10. Die Legierung CuZn, (32,716 Proz. Cu) hat ein eigenartiges Aussehen. Nan konnte sie eher ftir ein Mineral (Erz)
halten, als fur ein Metall. Sie ist sehr sprode und karin mit
einem Hammerschlag zertriimmert werden. An Zink erinnert
sie gar nicht, ist aber noch rein weiB bzw. rnetalliech grau,
wahrend eine 35 prozentige Legierung schon deutlich gelblich
'ist. Bei 40 Proz. sind die Legierungen aach noch sehr sprbde
und konnen mit dem Hammer zerspalten werden. Der Bruch
ist glatter als bei CuZn,, sehr schon goldgelb gefarbt und bleibt
glanzend, ohne, wie Messing, anzulaufen. CuZn (49,302 Proz. Cu)
ist richtiges Messing.
11. Zusammenfassung: Wiihrend bisherige Leitfahigkeitsbestimmungen an CuZn-Legierungen fir eine Bevorzugung der
Legierung CuZn sprechen , lassen die Untersnchungen der
Magnetisierbarkeit eher eine Besonderheit fur das Mischungeverhaltnis Cu-Zn, vermuten, dem ein sehr groBer Diamagnetismu8 (mindestens x = - 5,3 10P) zukommt. Weitere Untersuchungen zur Kliirung dieser Frsge werden hier vorgenommen.
-
R o s t o c k , 8. Februar 1920.
(khgegangeii 13. Februar 1920.)
Druck von Mct.zgor B Wiltig in Laiyrig.
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