DE102004006034A1

DE102004006034A1 - Mittel zur Ausbildung und Feinverteilung feiner Wasserstoffbläschen in Wasserstoff enthaltenden Aluminium-Gußlegierungsschmelzen

Info

Publication number: DE102004006034A1
Application number: DE200410006034
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Vogel; Detlev Fiedrich
Original assignee: SCHAEFER CHEM FAB GmbH; Schafer Chemische Fabrik GmbH
Current assignee: Schaefer Metallurgie De GmbH
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2024-02-07
Also published as: DE102004006034B4

Abstract

Die Erfindung befaßt sich mit einem Mittel zur Ausbildung und Feinverteilung feiner Wasserstoffbläschen in Wasserstoff enthaltenden Aluminium-Gußlegierungsschmelzen, umfassend einen aus einem Aluminiumpulver mit einem Teilchendurchmesser kleiner 200 mum und einer natürlichen an Luft gebildeten Aluminiumoxidhaut hergestellten hochverdichteten Preßkörper, wobei der Preßkörper aus Aluminiumpulver 0,01 bis 1 Gew.-% Metallhydrid enthält.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Mittel zur Ausbildung und Feinverteilung feiner Wasserstoffbläschen in Wasserstoff enthaltenden Aluminium-Gußlegierungsschmelzen, umfassend einen aus einem Aluminiumpulver mit einem Teilchendurchmesser kleiner 200μm und einer natürlichen an Luft gebildeten Aluminiumoxidhaut hergestellten hochverdichteten Preßkörper.
Auf Grund des Dichteunterschiedes von Aluminium-Gußlegierungen von der flüssigen und der festen Phase von ca. 2,4 auf ca. 2,7 g/m³ entstehen je nach der Nachspeisungsmöglichkeit bei der Herstellung von Gußstücken Hohlräume oder Lunker in den Gußstücken, die unerwünscht sind und bis zum Ausschuß dieser Teile führen. Bei der Weiterverarbeitung können Undichtigkeiten durch Abarbeiten entstehen, das Gußteil kann nicht druckdicht sein, Festigkeitsminderungen entstehen, die Eloxierbarkeit kann behindert sein. Jede Aluminium-Gußlegierung enthält unvermeidbar Wasserstoff, der die Neigung hat, sich bei bestimmten Temperaturen der Schmelze im Bereich der Erstarrung zu sammeln, so daß nach der Erstarrung der Schmelze an den Sammelstellen unerwünschte Hohlräume, Makrolunker und Einfallstellen gebildet werden.
Es ist bekannt, daß solche Gußstücke aus Aluminiumlegierungen, bei denen die Gefahr der Lunker- oder Porenbildung besteht, mit Wasserstoff abgebenden Salzen oder Tabletten begast werden, siehe z.B. DE-AS 10 23 232 und US-PS 4417923. Diese Reagenzien enthalten kristallingebundenes Wasser, das sich in Aluminium zu Wasserstoff und Aluminiumoxid umsetzt. Es bilden sich hierdurch große mit Wasserstoff gefüllte Poren aus, die die Funktion der Lunkervermeidung jedoch nur teilweise erfüllen. Die Wasserstoff abgebenden Salze oder Tabletten verstärken zwar die Neigung zur Porenbildung, insbesondere zur Bildung großer Poren, sie gewährleisten jedoch keine gleichmäßige Verteilung der Poren und auch nicht die Ausbildung gleichmäßiger kleiner Poren. Diese bekannte Behandlung von Aluminium-Gußlegierungen mit Wasserstoff abgebenden Salzen oder Tabletten ist nur in einer Transportpfanne oder einem offenen Schmelztiegel möglich, da bei dieser Behandlung eine salzhaltige Krätze entsteht, die nach der Behandlung entfernt werden muß. In einem schwer zugänglichen geschlossenen Gießofen, wie er beispielsweise für Niederdruckguß eingesetzt wird, ist eine Behandlung der Aluminium-Gußlegierungen mit Wasserstoff abgebenden Salzen oder Tabletten nicht möglich.
Aus der DE 43 25 622 C1 ist ein Verfahren und Mittel bekannt, um in Aluminium-Gußlegierungen das Ausbilden feiner Poren zu ermöglichen, die zudem in einer feinen möglichst gleichmäßigen Verteilung in den aus den Legierungen herzustellenden Gußstücken sich ausbilden. Hierbei wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem das Aluminiumoxid in Gestalt eines aus Aluminiumpulver mit einem Durchmesser der Aluminiumteilchen kleiner 200μm, wobei jedes Aluminiumteilchen von einer natürlichen an Luft gebildeten Aluminiumoxidhaut umgeben ist, hergestellten hochverdichteten Preßkörpers, bei dem die feinen Aluminiumoxidhäute durch den Preßvorgang aufgerissen sind, in die Metallschmelze gegeben wird und beim Aufschmelzen des Preßkörpers die aufgerissenen Aluminiumoxidhäute in der Schmelze zu feinen flockenartigen Aluminiumoxidteilchen mit einer Dicke weit unter 1 μm freigesetzt werden und als Keimbildner für die Ausbildung von Mikrohohlräumen beim Erstarren der Schmelze wirken, indem sie den Wasserstoff aus der Schmelze an sich binden. Es wird die Tatsache ausgenutzt, daß bei beginnender Abkühlung einer Aluminium-Gußlegierung der in der Metallschmelze enthaltende Wasserstoff sich zu sammeln beginnt, wobei dann beim Erstarren der Schmelze an den Sammelstellen große Lunker und Einfallstellen gebildet werden, auf eine besondere Art und Weise. Die Schmelze wird mit feinsten Aluminiumoxidteilchen in möglichst gleichmäßiger Verteilung praktisch geimpft, so daß diese Aluminiumoxidteilchen den sich sammelnden Wasserstoff binden und damit das freie Ansammeln des Wasserstoffes in großen Mengen an unerwünschten Stellen verhindern. Beim Erstarren der Schmelze bilden dann die vielen fein verteilten Aluminiumoxidteilchen mit den jeweils angebundenen Wasserstoffbläschen nur noch kleine Mikrohohlräume aus, die in feiner Verteilung in der erstarrten Schmelze vorhanden sind. Auf diese Weise wird das Ausbilden großer Lunker vermieden. An Stelle großer Lunker wird eine Vielzahl sehr feiner Poren oder Mikrohohlräume in dem Gußteil erreicht.
Bevorzugt wird das Aluminiumoxid in Gestalt feiner flockenartiger Teilchen mit einer Dicke weit unter 1 μm in die Schmelze, vorzugsweise mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 30 bis 80μm, eingebracht. Es ist möglich, den Wasserstoffgehalt der Gußteile in Abhängigkeit von der Menge des zugegebenen Aluminiumoxids einzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, einen stabilen Dichteindex sowohl der Schmelze als auch der hieraus hergestellten Gußteile einzuhalten.
Es werden 0,1 bis 0,5 Gew.-% von verpreßtem Aluminiumpulver bezogen auf die Metallschmelze, der Schmelze zugegeben, um die Bildung von Einfallstellen und Makrolunkern bei gleichzeitiger Ausbildung von Mikrohohlräumen in feiner Verteilung in der erstarrten Schmelze zu verhindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Mittel zum Behandeln von Wasserstoff enthaltenden Aluminium-Gußlegierungen zwecks Ausbildung von Mikroporen weiter zu verbessern und effektiver zu machen, insbesondere die notwendige Menge des Mittels für einen gesicherten erfolgreichen Einsatz zu verringern.
Überraschend hat sich herausgestellt, daß diese Aufgabe durch ein Mittel gelöst wird, bei dem der Preßkörper aus Aluminiumpulver 0,01 bis 1 Gew.-% Metallhydrid enthält. Bevorzugt wird erfindungsgemäß als Metallhydrid Titanhydrid eingesetzt.
Titanhydrid ist bis 350°C stabil und gibt dann seinen Wasserstoff ab. Dieser Wasserstoff verstärkt den Effekt der Bildung von Mikroporen gewaltig, so daß man mit wesentlich weniger Einsatzmaterial auskommt und die Anwendung sicherer macht. Erfindungsgemäß werden nun also in die zu behandelnde Schmelze nicht nur die „Keime" für die Bildung von Wasserstoffporen eingegeben, sondern auch der Wasserstoff selbst. Es hatte sich nämlich gezeigt, daß bei dem bekannten Mittel gem. DE 43 25 622 C1 die Schmelze nicht zu gut gesäubert werden durfte, da dann der Effekt der Bildung von Mikroporen nicht so gegeben war. Der erfindungsgemäße Einsatz von Titanhydrid zur Vermeidung von Schwindungslunker in Aluminiumguß und die Bildung von Mikroporen trägt wesentlich zur qualitativen Verbesserung von Aluminium-Gußlegierungen und den hieraus hergestellten Produkten bei.
Die Herstellung, Zugabe und Anwendung des erfindungsgemäßen Mittels erfolgt wie in DE 43 25 622 C1 beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche entnehmbar.
Für die Arbeitsweise in der Gießereitechnik ist das verpreßte Aluminiumpulver gemäß der Erfindung in Form einer Stange vorzuziehen, da eine solche Stange in einfacher Weise in einem Gießofen oder Schmelztiegel einführbar ist, wobei das Aluminiumpulver und das Metallhydrid zu einem Preßkörper in Stangenform verdichtet sind, dessen Dichte mindestens 70% der Dichte von massivem Aluminium beträgt.
Zur Ausbildung feiner Mikroporen genügt es, von dem erfindungsgemäßen Mittel weniger als 0,5 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 0,25 Gew.-% bezogen auf die Metallschmelze einzusetzen, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.

Claims

Mittel zur Ausbildung und Feinverteilung feiner Wasserstoffbläschen in Wasserstoff enthaltenden Aluminium-Gußlegierungsschmelzen, umfassend einen aus einem Aluminiumpulver mit einem Teilchendurchmesser kleiner 200μm und einer natürlichen an Luft gebildeten Aluminiumoxidhaut hergestellten hochverdichteten Preßkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßkörper aus Aluminiumpulver 0,01 bis 1 Gew.-% Metallhydrid enthält.
Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallhydrid Titanhydrid eingesetzt ist.
Mittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumpulver und das Metallhydrid zu einem Preßkörper in Stangenform verdichtet sind, dessen Dichte mindestens 70% der Dichte von massivem Aluminium beträgt.