NO832499L - Fremgangsmaate til fremstilling av et agglomerert metallurgisk materiale - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsåte til fremstilling av et pulveriserbart agglomerert metallurgisk materiale inneholdende et alkalimetall, særlig slike materialer 1 en form som er egnet til bruk som utgangsmateriale for mekaniske legeringsoperasjoner.

Det foreligger et behov for legeringer eller kombinasjoner av meget reaktive metaller og mindre reaktive metaller for metallurgiske tilsetningsformål* US-patent 1 922 037 beskriver kombinasjonen av kalsium og jern, US-patent 2 492 114 og 3 501 291 beskriver kombinasjonen av nikkel og litium, og US-patent 3 563 730 beskriver prekombinering av litium, eller annet alkalimetall, med andre metaller i nærvær av en inert væske.

Litium-aluminium-kombinasjoner som synes å være fremstilt ved sistnevnte prosess, er kommersielt tilgjengelige og er blitt anvendt som litium-kilder for fremstilling, ved den mekaniske legeringsmetode, av litiumholdige aluminium-legeringer med dispergerte herdningspartikler. Mekanisk legering, som in-volverer maling av pulvere inntil visse kriterier for ensartet-het og metningshardhet er oppnådd, er en .teknikk som kan anvendes ved fremstilling av dispersjonsherdnede legeringer.

Når disse meget kostbare, kommersielt tilgjengelige prekombinerte litium-aluminium-materialer anvendes for fremstilling av litiumholdige mekanisk legerte aluminiumlegeringer, er det vanskelig å opprettholde et lavt karboninnhold i legeringen. Analyse av disse kommersielt tilgjengelige prekombinerte litium-aluminium-materialer indikerer et høyt karboninnhold på opp til ca. 1 %, antagelig som resultat av paraffiniske materialer som anvendes som den "inerte" væske ved fremstillingen. For tiden er prisen på disse materialer flere ganger prisen på det litium som de inneholder. Forsøk med dette materiale tyder ennvidere på at litiuminnholdet varierer sterkt fra charge til charge.

Det er også rapportert at litium-aluminium-forlegeringer kan fremstilles ved fullstendig smelting av ingrediensene.

Mens dette smeltede materiale synes å oppvise tilfredsstillende reproduserbarhet med hensyn til sammensetning fra charge til charge, er materialets, fysiske form den som erholdes ved knusing og maling av støpte barrer. Denne prosess er således

i virkeligheten begrenset til fremstilling av relativt skjøre forlegeringer, som krever kostbar knusing og maling for oppnåelse av pulver med størrelser som kan anvendes i utstyr for mekanisk legering. Denne rute leder til et relativt kostbart produkt.

Til bruk ved fremstillingen av mekanisk legert pulver kreves metallurgiske kombinasjoner, såsom aluminium-litium, med lavt karboninnhold. Ved slike anvendelser er bruken av frie reaktive metaller, såsom litium, i en gnidningsinn-retning ikke ønskelige da de har tendens til å klebe seg til gnidningselementene og annet metallpulver.

Den foreliggende oppfinnelse er basert på oppdagelsen av en fremgangsmåte til fremstilling av en prekombinasjon av et reaktivt alkalimetall med et annet mindre reaktivt metall, hvilket gir et pulveriserbart agglomerert produkt egnet til bruk i en mekanisk legeringsprosess.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte til fremstilling av et pulveriserbart agglomerert metallurgisk materiale inneholdende et alkalimetall,karakterisert vedat en masse av et mer eller mindre frittstrømmende pulver av et metall eller legering som har et smeltepunkt på minst 500°C, bringes i kontakt med en mindre masse av alkalimetall ved en temperatur over alkalimetallets smeltepunkt og under smeltepunktet til metallet eller legeringen, under en beskyttende gassatmosfære og under knaing av de metaller som behandles, i tilstrekkelig lang tid til at det dannes agglomerater av hovedsakelig ensartet sammensetning.

Med uttrykket "knaing" menes i det foreliggende en blande-prosess under oppnåelse av et godt blandet hele, ved at man gjentatt trekker ut og presser sammen materialer med en relativt liten hastighet og høyt vridningsmoment. Denne prosess kan utføres i stor målestokk i dobbelt armede blandere av rustfritt stål, eller lignende, som beskrevet i Encyclopedia of Chemical Process Equipment, Reinhold Publishing Corp.

New York (C) 1964, side 641 og videre.

Det strømmedyktige pulver kan bestå av aluminiumrike

legeringer inneholdende over 80 % aluminium, såsom aluminium-magnesium-legeringer, aluminium-kobber-legeringer, aluminium-silisium-legeringer, magnesium, magnesiumrike legeringer inne-

holdende over 80 % magnesium og andre elementer eller legeringer som ikke lett reduseres fra oksyd-former av hydrogen. Det strømmedyktige metallpulver kan være i hvilken som helst hensiktsmessig form, såsom kommersielt atomisert pulver-

eller flak-materiale. Med "alkalimetaller" menes natrium, kalium, litium, cæsium eller blandinger derav, eller blandinger av dette eller disse metaller med andre metaller. Den beskyttende gassatmosfære i hvilken metallpulveret og alkalimetallet bringes i kontakt, kan bestå av argon, helium, krypton, hydrogen, metan og lignende gasser som er inerte overfor de metaller som bringes i kontakt med hverandre, og kan være ved normalt atmosfærisk trykk eller ved enten lavere eller høyere trykk.

Et eksempel skal nå beskrives:

En aluminium-litium-forlegering ble fremstilt i en hanske-boks som inneholdt tørr heliumatmosfære, ved at et sjikt av aluminiumpulver (80 g) ble spredd utover bunnen av et grunt, grafitt-belagt skip av rustfritt stål, og strimler av litium-metall (20 g) ble plassert oppå aluminiumpulveret. Aluminiumpulveret og litium-metallet i skipet ble oppvarmet på en koke-plate til ca. 288°C (Li smelter ved 191°C, Al smelter..ved 660°C). Da ingen åpenbar fuktning av aluminiumpulveret fant sted, ble det smeltede litium blandet mekanisk med aluminiumpulveret, hvorved denønskede dispergering ble oppnådd. Etter ca. i time ble blandingen tillatt å kjølne langsomt til rom-temperatur. Etter fornyet oppvarmning til 288°C ble det be-merket at bare et lite antall kuler av smeltet metall frem-deles forelå, hvilket indikerte at det meste av litiumet var forenet med aluminium. Blandingen ble så holdt ved 288°C i ytterligere } time, slik at det gjenværende litium-metall dannet kombinasjoner med aluminiumpulveret. Etter kjøling ble den delvis agglomererte skjøre masse lett malt ved hjelp av bare morter og pistill. Utseendet av det resulterende pulver var meget likt kommersielt tilgjengelig pulver av Al-20Li (vekt%) fremstilt ved støping og påfølgende knusing og maling i steinknuser og finvalseverk. Kjemisk analyse av det produserte pulver viste:

Gjentatt fremstilling av forlegeringen av aluminium

med 20 % litium viste at den endelige sammensetning kunne reguleres reproduserbart, særlig litium- og karboninnholdet.

Ved anvendelse av blandinger av aluminiumpulver og magnesium, kobber, silisium og lignende i prosessen kan forlegeringer "skreddersyes" med en ønsket sammensetning. Mekanisk legerte materialer fremstilt med det metallurgiske materiale som erholdes i henhold til den foreliggende oppfinnelse, har oppvist egenskaper som er like gode som, om ikke bedre enn, de egenskaper som legeringer fremstilt med kommersielt tilgjengelige litium-aluminium-forlegeringer opp-viser.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av et pulveriserbart agglomerert metallurgisk materiale inneholdende et alkalimetall, karakterisert ved at en masse av strømmedyktig pulver av et metall eller en legering som har et smeltepunkt på minst 500°C, bringes i kontakt med en mindre masse av alkalimetall ved en temperatur over alkalimetallets smeltepunkt og under smeltepunktet for metallet eller legeringen, under en beskyttende atmosfære og mens de metaller som bringes i kontakt, knaes i tilstrekkelig lang tid til å danne agglomerater med hovedsakelig ensartet sammensetning.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det strømmedyktige metallpulver er aluminium, en aluminiumrik legering, magnesium eller en magnesiumrik legering.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at alkalimetallet er natrium, kalium, litium, cæsium eller blandinger derav.

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det strømmedyktige metallpulver er aluminium og alkalimetallet er litium.

5. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den beskyttende atmosfære er argon eller helium.