DE724119C - Verfahren zur Herstellung von Legierungen - Google Patents

Description

• 'Verfahren zur Herstellung von Legierungen Bei der Herstellung von Legierungen wird vielfach die Erzeugung eines oder .mehrerer Legierungsmetalle durchReduktion aus deren Verbindungen mit der Legierungsbildung derart verbunden, daß die Reduktion der Verbindung @durch das Reduktionsmittel in Gegenwart der anderen Legierungskomponente erfolgt. Dabei kann sowohl .ein Gemisch, bestehend aus der zu reduzierenden Metallverbindung und dem Reduktionsmittel, einer Schmelze, bestehend aus dem anderen Legierungsmetall, zugesetzt werden, oder es kann die zu reduzierende Verbindung in eine Schmelze eingeführt werden, die aus einer Legierung des anderen Metalls mit dem Reduktionsmittel besteht. Bei der Verwendung von reduzierbaren Verbindungen, die bereits bei Temperaturen von einigen hundert Grad flüchtig sind, beispielsweise der Beryllium-oder Zirkonhalogenide, läßt sich bei der für die Herstellung hochschmelzender Legierungen (beispielsweise auf der Grundlage von Eisen, Kupfer, Nickel) erforderlichen konstanten, hohen Ofentemperatur aber eine weitgehende Verflüchtigung dieser Verbindungen während des Reduktionsprozesses nicht vermeiden.
• Dazu kommt als weiterer Nachteil derjenigen Verfahren, bei denen das Reduktionsmittel als Legierungsbestandteil in der verwendeten Metallschmelze bereits enthalten ist, der Umstand, @daß die reduzierende Wirkung dieses Reduktionsmittels :durch die u. U. erhebliche Verdünnung mit dem nicht reduzierend wirkenden Legierungsgrundmetall erheblich geschwächt wird. Dies hat zum mindesten eine Verlängerung .der Reduktionszeit und damit auch die Gefahr einer umfangreicheren Verflüchtigung der Metallverbindung zur Folge.
• Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren ist darin zu erblicken, daß bei der bei den in Frage kommenden Temperaturen vielfach äußerst lebhaft verlaufenden Reduktion auch der Tiegelwerkstoff (z. B. Eisen, Graphit) mit dem reagierenden Gemisch in Berührung tritt, wodurch ein nicht unerheblicher Angriff der Tiegelwandungen bzw. eine Aufnahme von Anteilen des Tiegelwerkstoffes (insbesondere Kohlenstoff) durch das sehr reaktionsfähige, aus dem Reduktions- nachteilig auf die Geschwindigkeit der Le -gierungsbildung aus.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Legierungen mit Hilfe von reduzierbaren flüchtigen Metallverbindungen, das die Nachteile der bekannten Verfahren nicht aufweist und dabei doch in .einfachster Weise auszuführen ist. Die Erfindung beruht auf der Erwägung, daß die Verflüchtigung der zu reduzierenden Metallverbindung dann am geringsten wird, wenn die Erhitzung des Einsatzgutes .bis zu der für die Bildung der gewünschten Legierung erforderlichen Temperatur so verlangsamt wird, daß .die Reduktion der flüchtigen Metallverbindung im wesentlichen bereits beim Durchlaufen eines niedrigeren Temperaturbereiches, in dem ihr Dampfdruck noch entsprechend niedrig ist, beendet wird. Soweit hiernach noch geringe Reste des Reduktionsgemisches uriumgesetzt bleiben, wird der bei weiterer Temperatursteigerung bis auf die zur Legierungsbildung erforderliche Temperatur dann zu erwartenden verstärkten Verdampfung durch die Gegenwart der bei der Umsetzung der Hauptmenge des Reduktionsgemisches bereits gebildeten Verbindungen entgegengewirkt.
• Diese Verzögerung der Erhitzungsgeschwindigkeitdes Einsatzgutes wird nun erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Reduktionsgemisch in einem Gefäß aus einem weiteren, vorzugsweise dem den Grundbestandteil der herzustellenden Legierung bildenden Metall erhitzt wird. Zweckmäßig wird hierfür ein Gefäß, beispielsweise eine zylindrische Kapsel, verwendet und die Erhitzung vorzugsweise durch Einbringen des mit dem Reduktionsgemisch beschickten Gefäßes in eine Salzschmelze bewirkt, welch letztere in einem Tiegel auf die für .die Legierungsbildung erforderliche Temperatur angeheizt bzw. auf dieser gehalten wird. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß das Gefäß in einer das Grundmetall bildenden Schmelze erhitzt wird. Unter Aufnahme von Wärme aus der umgebenden Schmelze wird dabei das Gefäß und damit auch das Reduktionsgemisch zunächst auf die Reaktionstemperatur des letzteren erhitzt, worauf anschließend bei weiterer Erwärmung und unter Ausnutzung der frei gewordenen Reaktionswärme :das Gefäß zum Schmelzen kommt, so daß das aus dem Reduktionsgemisch reduzierte Metall unmittelbar im Anschluß an seine Erzeugung mit dem schmelzenden Legierungsmetall unter Legierungsbildung in Berührung tritt.
• Die Legierungsbildung ist nach kurzer,Zeit qWNachdem sich die erhaltene Legierung unter dem Schutz der Salzdecke am Boden des Schmelztiegels abgesetzt hat, wird sie durch Abgießen oder Abstechen aus dem letzteren entfernt, und es kann sofort eine weitere Legierung durch Einsatz eines neuen mit Reduktionsgemisch teilweise gefüllten Gefäßes in das Salzbad erschmolzen werden.
• Beim Arbeiten gemäß Erfindung ergeben sich u. a. folgende Vorteile: r. Es wird vermieden, daß eine plötzliche sprunghafte Temperaturerhöhung des Reduktionsgemisches und damit im Zusammenhang eine Verdampfung der zu reduzierenden Metallverbindung beim Einbringen in die Salzschmelze eintritt.
• 2. Es gelingt, jegliche Reaktion des Reduktionsgemisches bzw. des durch Reduktion erhaltenen Metalles mit dem Tiegelwerkstoff zu verhindern, da nur die fertiggebildete Legierung mit dem letzteren kurze Zeit in Berührung tritt.
• Es steht nichts im Wege, das Verfahren auch in Fällen anzuwenden, in denen es sich um die Herstellung einer Legierung des zu reduzierenden Metalls mit dem als Reduktionsmittel dienenden Metall selbst handelt. In diesem Falle besteht das Reduktionsgemisch aus einem innigen Gemenge der flüchtigen Metallverbindung mit der entsprechenden Menge des - hier nur als Reduktionsmittel wirkenden - anderen Metalls, während das das Reduktionsgemisch aufnehmende Gefäß aus dem bleichen Metall besteht. Das Gewichtsverhältnis zwischen dem das Gefäß bildenden Grundmetall und dein durch Reduktion gebildeten Legierungsmetall muß dem in der zu bildenden Legierung gewünschten Verhältnis entsprechen.
• Nach dem Verfahren gemäß Erfindung können beispielsweise Legierungen des Nikkels oder Eisens mit Beryllium erhalten werden, indem ein aus Bervlliuinfluorid und dem Reduktionsmittel bestehendes Gemisch zusammen mit einem aus dem Legierungsmetall bestehenden, das Gemisch enthaltenden Behältnis niedergeschnio,lzen wird. Auf ähnlichem Wege lassen sich z. B. mit Hilfe der leichtflüchtigen Halogenide der Metalle der und 6. Gruppe des periodischen Systems sowie des Cers Legierungen, insbesondere mit den niedrigschmelzenden Leichtmetallen, bei denen eine Reduktion der entsprechenden Oxyde in Verbindung mit der Legierungsbildung auf Schwierigkeiten stößt, erzeugen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, geschmolzenen Schwermetallen oder deren Legierungen Leichtmetalle, wie Aluminium, Magnesium, Natrium, zuzulegieren, indem, man ;das betreffende Leichtmetall in @eing-x_ Umhüllung, die zweckmäßig aus dem def, Schmelze entsprechenden Metall besteht, @de": Bade zuführt, wobei die Umhüllung erst nach völligem Untertauchen schmilzt, so daß eine Legierung des Leichtmetalls mit dem Badmetall gewährleistet ist, bevor :das erstere wieder an die Badoberfläche gelangt. Diesen Angaben ist jedoch das Verfahren gemäß Erfindung, nämlich Legierungen mit Hilfe von reduzierbaren flüchtigenVerbindungen, welch letztere im Gemisch mit Reduktionsmitteln in einem Metallgefäß in eine Salz- oder auch Metallschmelze eingeführt werden herzustellen, nicht zu entnehmen. Beispiele i. In eine zylindrische, 228 g schwere Büchse aus Kupferblech werden 325 g eines aus 2 40o Gewichtsteilen Berylliumchlorid (II,2,lo De), i5o Gewichtsteilen Natriumchlorid und 735 Gewichtsteilen M.agnesiumgrieß bestehenden Vorratsgemisches eingestampft und auf die Mischung noch o,5 g Magnesiumgrießgegeben. DiegefüllteBüchs.e wird langsam in eine auf i o5o° erhitzte, in einem Graphittiegel befindliche Chlornatriumschmelze eingeführt. Der hierbei zuerst mit der heißen Schmelze in Berührung kommende Teil der Büchse leitet die Wärme in .deren Inneres, worauf der Büchseninhalt alsbald (bei 400 bis 700°) reagiert. Unterstützt durch die Wärmeentwicklung setzt sich die Umsetzung rasch .durch das ganze Reaktionsgemisch unter gleichzeitiger Verflüssigung der Reaktionsmasse fort. Nach beendeter Reaktion beginnt auch das Kupferblech des Behältnisses zusammenzuschmelzen und geht sofort mit dem durch Reduktion ,gebildeten Beryllium die gewünschte Legierung ein. Die Umsetzung des Reduktionsgemisches in .der Kupferbüchse und die nachfolgende Legierungsbildung nehmen etwa 2 Minuten in Anspruch. Nach Beruhigung des Tiegelinhaltes und kurzem Umrühren trennt man die flüssige Legierung von der Salzschmelze durch Abgießen oder Abstechen, worauf sofort neues Ausgangsgut für .die Herstellung einer weiteren Legierung eingesetzt werden kann. Es werden 249,5:g einer Kupferberylliumlegi-erung mit 9,7 °/o Beryllium und 90,3 °% Kupfer erhalten. Es sind also gi °.(o des mit dem Beryl'liumchlorid eingesetztenBerylliums und 98,8 % des eingesetzten Kupfers in die Legierung eingetreten. 2. Eine Mischung von 38 Gewichtsteilen Zirkonchlorid (Zr C1,) , i8 Gewichtsteilen eines aus gleichen Anteilen bestehenden NatriumchloridfMagnesiumchlorid-Gemisches und @1_5 Gewichtsteilen Magnesium wird in eine gylindrische Kapsel aus reinem Magnesium -'mit einem Gewicht, das zur Bildung einer Magnesium/Zirkon-Legierung mit etwa i °/o Zirkon ausreicht, eingestampft. Die lose bedeckte Kapsel wird in eine auf 85o° erhitzte Salzschmelze eingesetzt. Nachdem sich im Innern der Kapsel das Reduktionsgemisch umgesetzt hat, ohne daß eine Verflüchtigung von Reduktionsgut aus der Kapsel zu bemerken ist, schmilzt nach etwa 2 Minuten auch die Kapsel - das erhaltene Reaktionsgemisch umhüllend - zusammen und legiert sich sofort mit dem entstandenen Zirkon. Zwecks gleichmäßiger Verteilung der Legierungsbestandteile wird noch kurz umgerührt, anschließend die flüssige Legierung aus dem Tiegel durch Abgießen oder Abstechen entfernt und sofort vergossen.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Legierungen mit Hilfe von reduzierbaren flüchtigen Verbindungen eines oder mehrerer Legierungsbestandteile, dadurch gekennzeichnet, d.aß die flüchtigen Verbindungen zusammen mit einem Reduktionsmittel in einem zweckmäßig bedeckten Gefäß aus einem einen weiteren Bestandteil der Legierung bildenden Metall durch Erhitzen :des Gefäßes zur Reaktion gebracht werden, worauf das Gefäß weiter bis zum Schmelzen desselben erhitzt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel ein Bestandteil der zu erzeugenden Legierung selbst ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Aufnahme des Reduktionsgemisches dienende Gefäß den Grundbestandteil der zu erzeugenden Legierung bildet.
4. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß :die Erhitzung des die zu reduzierende Verbindung und das Reduktionsmittel enthaltenden Gefäßes in einer Schmelze des Grundmetalls der zu bildenden Legierung erfolgt.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche i, 2,oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung des Gefäßes in einer Salzschmelze erfolgt, die sich in einem von außen beheizten Tiegel befindet.