DE2010323B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Korrosionsschutzes auf einer Gießform - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung Bis heute ist jedoch der grundsätzliche Nachteil der

eines Korrosionsschutzes auf mit flüssigem Metall Schlichten, nämlich die zu geringe Haftfähigkeit des

in Berührung kommenden Oberflächen einer eisen- Überzugs an den mit flüssigem Metall in Berührung

haltigen Gießform für den Aluminiumguß sowie eine kommenden Oberflächen nicht behoben worden. Es

Gießform aus Eisen oder eisenhaltigem Material für 5 besteht die Gefahr, daß der Überzug auf der Form-

den Aluminiumguß. wand durch das einströmende Metall fortgerissen

Aluminium hat das Bestreben, sich mit anderen wird und dadurch die Schutzwirkung verlorengeht

Elementen zu verbinden und verschiedene chemische oder auch die Gefahr der Haftung des Überzugs am

Verbindungen einzugehen. Durch diese Eigenschaft Gußstück, so daß nach dem Entfernen des Guß-

des Aluminiums ergibt es sich, daß Aluminium- io Stücks aus der Gießform Teile der Gießformwandung

legierungen, die Kupfer, Silicium, Magnesia, Nickel, ungeschützt zurückbleiben (deutsche Patentschrift

Mangan und ähnliche Stoffe enthalten, um bessere 543 044).

mechanische Festigkeit oder sonstige Eigenschaften Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

zu erzielen, die das Gießen oder Bearbeiten erleich- Korrosion von mit flüssigem Metall in Berührung

tern, nicht die erwünschten Eigenschaften aufweisen, 15 kommenden Oberflächen einer eisenhaltigen Gießform

wenn sich Verunreinigungen mit der Legierung ver- für den Aluminiumguß zu verhindern. Darüber

mischen. hinaus soll die Aufnahme von Verunreinigungen

Darüber hinaus müssen die Stoffe, die zur Her- während des Gießvorgangs verhindert werden. Mit Stellung der Behälter oder sonstige Bauteile, die zum der Erfindung soll weiter erreicht werden, daß ein Gießen von reinem Aluminium oder von Aluminium- 20 Korrosionsschutz bereitgestellt wird, der leicht auf legierungen und zum Guß von Barren aus dem ge- die Oberflächen aufzubringen ist und sogar in sehr schmolzenen Material dienen, derart beschaffen sein, komplizierte Formen hineinbringbar ist.
daß eine Aufnahme von Verunreinigungen in das Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, schmelzflüssige Aluminium oder seine Legierungen daß auf den Gießformoberflächen zumindest zum verhindert ist und auch eine Korrosion der mit dem 25 Teil in diese hinein diffundierendes elementares Bor flüssigen Metall in Berührung kommenden Gieß- abgeschieden wird. Vorzugsweise soll hierbei die Abgefäße, Gießformen oder andere Bauteile ausge- scheidung des Bors durch Schmelzflußelektrolyse von schlossen ist. Um eine Korrosion und die Aufnahme im wesentlichen Borax bei einer Temperatur von mehr von Verunreinigungen im schmelzflüssigen Metall als 900⁰C vorgenommen werden. Die Gießform der zu verhindern, werden üblicherweise solche Stoffe 30 Erfindung aus Eisen oder eisenhaltigem Material für zum Auskleiden der Gießgefäße, Gießformen und den Aluminiumguß ist dadurch gekennzeichnet, daß anderer beim Gießvorgang Verwendung findender mindestens die Gießformflächen, die mit der Schmelze Bauteile benutzt, die bei hohen Temperaturen stabil in Berührung kommen, eine nach dem genannten bleiben, beispielsweise hitzebeständige Oxydverbin- Verfahren der Erfindung aufgebrachte Bor aufweidungen wie Kaolin, Quarz, Magnesia, Kalk u. ä. 35 sende Schicht in einer Stärke von 40 Mikron besitzen, oder kohlenstoffhaltige Stoffe, wie Graphit. Nach- Mit der Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß teilig ist bei derartigen Auskleidungen, daß sie schwie- die Lebensdauer der Gießform und der mit flüssigem rig herzustellen sind, leicht zu beschädigen sind und Metall in Berührung kommenden Oberflächen beverschoben werden können. Es ist weiter bekannt, trächtlich verlängert wird und ein Dauerkorrosionszur Verbesserung der Produktivität und der Festig- 40 schutz bereitgestellt wird.'Verunreinigungen können keit von Gießerzeugnissen das Stranggußverfahren, aus der Gießform heraus nicht mehr in die Schmelze Druckgießen und Kokillengießen anzuwenden. Im gelangen. Der Korrosionsschutz durch die Maßnahmen Rahmen der Anwendung dieser Verfahren werden der Erfindung macht sich den physikalisch-chemibesondere Transportvorrichtungen für das schmelz- sehen Sachverhalt zunutze, daß Boride zu den hoch- ä flüssige Metall benutzt, die komplizierte Formen 45 schmelzenden metallischen Hartstoffen gehören, die ^ besitzen. Es ist sehr schwierig oder sogar undurch- ausgesprochenen Metallcharakter haben und sehr führbar, eine Oberflächenbeschichtung an derartigen hart und zunderfest sind. Sie schmelzen erst bei hohen, " Gießeinrichtungen oder Rohren vorzunehmen, wenn die im Aluminiumguß nicht erreichten Temperaturen, herkömmlichen Materialien dazu verwendet werden. Obwohl die Eigenschaften der Boride als solche lange

Es sind weiter verschiedene Schlichten und Über- 50 bekannt sind und auch bereits seit langem Schlichten züge für Gießformen für den Aluminiumguß bekannt. für metallurgische Gießformen vorbekannt sind, die Derartige Schlichten für metallurgische Gießformen aus Boraten, Borsäure, Borax und Boroxyden besind als Überzüge auf der Gießformwandung anzu- stehen, ist der Vorschlag der Erfindung überraschend, sehen, welche eine getrennte, separate Schicht bilden. Bisher wurden nämlich Boride nur zur Herstellung Wesentlich für die Güte und Eignung der zum Korro- 55 von Hochleistungsschneidlegierungen, in der Strahlsionsschutz verwendeten Schlichten ist die Haft- triebtechnik, zur Herstellung von Turbinenschaufeln, fähigkeit dieser Schicht auf der Gießformwandung. Düsenheizleitern usw. verwendet, bei denen zwar Die Haftfähigkeit wird durch verschiedene Zusätze durch das Borid ein Korrosionsschutz, jedoch nicht zu dem eigentlichen Schutzmittel bestimmt, und es gegenüber schmelzflüssigen Metallen bereitgestellt werden ständig Versuche unternommen, um diese 60 wird.

Haftfähigkeit zu verbessern. Es ist jedoch bis heute Im Rahmen der Herstellung des erfindungsgemäßen nicht gelungen, auf der Basis einer Schlichte einen Korrosionsschutzes wird eine Gießform für den Dauerschutz für eine mit flüssigem Metall in Beruh- Aluminiumguß oder den Guß von Aluminiumlegierung kommende Wandung für den Aluminiumguß rungen mit einer dünnen Schicht aus Bor versehen, zu schaffen, obwohl verschiedentlich versucht worden 65 Die Gießform selbst besteht aus Eisen oder eisenist, durch Zusatz von Borsäure, Boraten, Borax und haltigem Material, welches ohne das auf ihm ab-Boroxyden eine bessere und gleichmäßigere Haftung geschiedene elementare Bor mit dem geschmolzenen der Schlichte an der Formwandung herbeizuführen. Aluminium oder der Aluminiumlegierung in Beruh-

Claims (2)

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   rung kommen würde. Das auf den Gießformober- Die Tiefe der Korrosion wurde bei beiden Verflachen abgeschiedene elementare Bor diffundiert suchsstücken gemessen. Das Versuchsstück mit der zumindest zum Teil in diese hinein und verbindet Schicht aus Bor korrodierte nur bis zu einer Tiefe sich bei gleichzeitiger Anwesenheit des Eisens der von 0,1 mm nach einer Zeit von 30 Stunden. Das Gießform mit diesem zu einem Borid. 5 nicht behandelte Versuchsstück korridierte bis zu

   Zur Abscheidung des Bors auf den Gießform- einer Tiefe von 0,8 mm in etwa 5 Stunden, und die

   Oberflächen können verschiedene Verfahren, die an Korrosion erreichte in 30 Stunden eine Tiefe von

   sich bekannt sind, angewandt werden, beispielsweise 1,7 mm.

   unter Verwendung von gasförmigen, festen oder Versuch II

   flüssigen Medien. Bei Anwendung von flüssigen io

   Medien kann auch ein elektrolytisches Verfahren In diesem Test wurde ebenfalls ein Versuchsstück

   angewandt werden. Zur Oberflächenbehandlung im aus rostfreiem Stahl verwendet, welches dieselben

   Rahmen des Aluminiumgusses kommen beispiels- Abmessungen hatte wie im vorstehenden Versuch

   weise Schmelztiegel, Gießlöffel, Rinnen, Rohre, Gieß- und welches in ähnlicher Weise mit Bor beschichtet

   formen u. dgl. in Betracht, die aus eisenhaltigem 15 war. Als Gegenstück wurde ein Versuchsteil aus

   Material, beispielsweise rostfreiem Chromstahl oder FC20~Gußeisen (JIS-Japanische Industrienorm) von

   18-8 rostfreiem Stahl hergestellt sind. Durch die 20 mm Durchmesser und 30 mm Länge benutzt.

   Erfindung ist vorgesehen, diese Gießeinrichtungen Das Gußeisen hat folgende Zusammensetzung:

   oder -bauteile im ganzen oder doch wenigstens die ττς pr.OQ

   Flächen, die mit der Schmelze in Berührung kommen, 20 ,-, ,on his 3 50

   mit Bor zu überziehen. _si '' ' ^_{90 bis} 24Q

   Als Beispiele für die Vorteile, die sich bei Anwen- »j_n q'^q u:_s o'gß

   dung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben, ρ bis 0 20 '

   mögen die folgenden Versuchsergebnisse dienen. Bei ς lj_s q'^q

   den Versuchen wurden Versuchsstücke aus rost- 25 ρ Rest'

   freiem Stahl getestet, von denen einige mit einer

   Schicht aus Bor versehen waren. Beide Versuchsstücke wurden in eine Menge von

   etwa 3 kg Aluminium getaucht, dessen Temperatur

   Versuch 1 _{auf 75}o_{c geha}i_{ten wur(}}e. Aus Erfahrungswerten ist

   Es wurden Versuchsstücke aus SUS 27 B (JIS-Japa- 3° bekannt, daß von eisenhaltigen Metallen Gußeisen

   nische Industrienorm) mit den Maßen 10 · 14 · 30 mm den höchsten Widerstandsgrad gegenüber Korrosion

   verwendet. Es handelt sich hierbei um einen rost- in geschmolzenem Aluminium besitzt. Die Ergebnisse

   freien Stahl folgender Zusammensetzung: des Versuchs zeigen jedoch, daß das gußeiserne Ver-

   JIS SUS-27 suchsstück bis in eine Tiefe von etwa 2 mm nach

   C bis 0 08 ^{35 emer} Eintauchzeit von 20 Stunden korrodiert war,

   c; uj_s 1'qq wohingegen das mit Bor beschichtete Versuci:sstück

   j^ kj_s 2'on aus rostfreiem Stahl nur bis zu einer Tiefe von 0,1 mm

   ρ bis0'04 korrodiert war.

   g uj_s o'o3 Da die Zeitspanne, während der das geschmolzeno

   £_r 18 Oo' bis 20 00 ⁴° Aluminium oder seine Legierung in direkte Berührung

   jqj g'oQ kj_s ii'oo mit den Oberflächen der Behälter oder sonstigen Bau-

   p_e £_e'_st ' teile während des Gießvorganges kommt, weit kürzer

   ist als der Zeitraum, der den Testfällen zugrunde

   Ein Versuchsstück wurde in ein Salz-Schmelzbad, liegt, ist die Menge von Verunreinigungen, die in die

   bestehend aus 90 Gewichtsteilen Borax und 10 Ge- 45 Barren oder sonstigen Gußstücke gelangt, ohne prak-

   wichtsteilen Zirkonerde, bei einer Temperatur von tische Bedeutung. Die Gebrauchslebensdauer der

   950⁰C getaucht. Es wurde eine Elektrolyse von 2stün- Gießformen oder -bauteile, die eine Beschichtung aus

   diger Dauer bei einer Stromdichte von 0,5 A/cm² Bor erfahren haben, ist länger als sonst, und jede

   vorgenommen, wobei das Versuchsstück als Kathode mögliche Verunreinigung des Aluminiums oder der

   wirkte. Auf diese Weise wurde auf die Oberfläche 50 Legierung wird verhindert.

   des Versuchsstückes eine feine Schicht aus Bor von Angesichts der verschiedenen Verfahren, die sich etwa 40 Mikron Stärke aufgebracht. Sodann wurden zum Auftragen des Bors eignen, beispielsweise mittels die Versuchsstücke, das eine mit, das andere ohne gasförmiger, fester oder flüssiger Medien, kann das Borschicht, in eine geschmolzene Aluminiumlegierung wirksamste Verfahren auf Grund der Form des zu AC 4 B (JIS-Japanische Industrienorm) von etwa 55 beschichtenden Gegenstandes ausgewählt werden. 2 kg Gewicht getaucht und auf einer Temperatur Darüber hinaus ist das Beimischen von Bor zu Alugehalten. Die Aluminiumlegierung hat folgende Zu- minium oder Aluminiumlegierungen zu empfehlen, sammensetzung: weil diese Beimischung geeignet ist, die Qualität des JIS AC 4 B Gußstückes noch zu verbessern. Der Zusatz von Bor

   Cu 2,00 bis 4,00 δο zu Aluminium und seinen Legierungen bewirkt eine

   Si 7,00 bis 10,00 Verfeinerung der metallurgischen Struktur.

   Mg bis 0,60 _ .. ,

   Zn bis 1,00 Patentansprüche:

   Fe bis 1,20 1. Verfahren zur Herstellung eines Korrosions-

   Mn bis 0,80 65 Schutzes auf mit flüssigem Metall in Berührung

   Ni bis 0,50 kommenden Oberflächen einer eisenhaltigen Gieß-

   Ti bis 0,20 form für den Aluminiumguß, dadurch ge-

   Al Rest kennzeichnet, daß auf den Gießform-

   oberflächen zumindest zum Teil in diese hinein 3. Gießform aus Eisen oder eisenhaltigem

   diffundierendes elementares Bor abgeschieden wird. Material für den Aluminiumguß, dadurch gekenn-
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- zeichnet, daß mindestens die Gießformoberflächen,

   kennzeichnet, daß die Abscheidung des Bors durch die mit der Schmelze in Berührung kommen;

   Schmelzflußelektrolyse von-im wesentlichen Borax 5 eine nach dem Verfahren nach Anspruch 1 auf-

   bei einer Temperatur Von mehr als 900⁰C vor- gebrachte Bor aufweisende Schicht in einer Stärke

   genommen wird. von 40 Mikron besitzen.