WO1988000620A2

WO1988000620A2 - Quickly soluble adduct for molten bath

Info

Publication number: WO1988000620A2
Application number: PCT/EP1987/000387
Authority: WO
Inventors: Hartmut MEYER-GRÜNOW
Original assignee: SKW Trostberg AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1986-07-16
Filing date: 1987-07-16
Publication date: 1988-01-28
Anticipated expiration: 1989-01-16
Also published as: JPH01500527A; EP0275289A1; DE3767698D1; US4880462A; EP0275289B1; WO1988000620A3; DE3624005A1

Description

Schnellösliches Zusatzmittel für Metallschmelzen Beschre ibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein schneilösliches Zusatzmittel für Metallschmelzen zur Einführung von Legierungselementen in Metallen.

Bei der Herstellung von Metallegierungen werden in der Praxis die Legierungselemente meist in fester Form dem flüssigen Metallbad zugesetzt. Aluminium legiert man z. B. mit Magnesium, um bessere Festigkeiten zu erzielen, mit Siliciüm, um die Vergießbarkeit und die Festigkeit zu verbessern, mit Mangan und Chrom, um die Festigkeit und die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Darüber hinaus sind eine ganze Reihe weiterer Legierungselemente zur gezielten Beeinflussung der Legierungseigenschaften bekannt. Zur Einführung von Legierungselementen wurden bisher vor allem die im Verhältnis zum Grundmetall höher schmelzenden Legierungsmetalle in Form von Vorlegierungen zugegeben, um ein rasches Auflösen zu erreichen. Der Nachteil dieser Vorlegierungen ist ihr begrenzter Gehalt an Legierungsmetall. So enthalten zum Beispiel die Standardvorlegierungen zur Aluminiumlegierung neben Aluminium nur maximal 20 % Siliciüm, bis zu 20 % Chrom oder bis zu 50 % Mn. Somit müssen dem Legierungselement bis zur 4fachen Menge Aluminium zugesetzt werden, was zu erhöhten Kosten bei Transport, Lagerhaltung, Energieverbrauch usw. führt. Um diese Nachteile zumindest teilweise zu vermeiden, ist es gemäß der US-PS 35 92 637 bekannt, Mischungen aus Aluminium- oder Siliciumpulver mit Pulvern von Legierungsmetallen oder

Legierungsmetallegierungen in brikettierter Form einzusetzen. So werden bspw. Legierungsbriketts mit 25 % Aluminium und 75 % der Metalle Chrom, Mangan und Eisen auf dem Markt angeboten. Der Nachteil dieser Legierungsmittel ist der auf 75 % begrenzte Anteil an Legierungselement und die geringe Auflösegeschwindigkeit. Auch die GB-PS 21 12 020 beschreibt ähnliche Mischungen, in denen ein Teil des Aluminiums durch Chlorid- oder Fluorid-Salze ersetzt wird. Die kommerziell erhältlichen Chrom, Mangan und Eisen enthaltenden Tabletten besitzen ebenfalls nur eine begrenzte Auflösegeschwindigkeit.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Zusatzmittel für Metallschmelzen zu entwickeln, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern auch bei höherer Konzentration an Legierungsmetall eine vollständige und rasche Auflösung im flüssigen Grundmetall ermöglicht.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Zusatzmittel aus 2 bis 50 Gew.-% einer Komponente A bestehend aus Alkali-Aluminium-Fluorid und /oder einem Alkali-Aluminiumfluorid enthaltenden Salz und 50 bis 98 Gew.-% einer Komponente B bestehend aus einem oder mehreren Legierungsmetall(en) enthält und daß die Komponenten A und B innig vermischt vorliegen. Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Zusatzmittel auch bei höheren Gehalten an Legierungsmetall als es dem Stande der Technik entspricht eine unerwartet hohe Auflösegeschwindigkeit bei gleichzeitig vollständigem Ausbringen des Legierungsmetalls bes itzen .

Das schneilösliche Zusatzmittel für Metallschmelzen entsprechend der vorliegenden Erfindung besteht aus 2 bis 50 Gew . -% der Komponente A und 50 - 98 Gew.-% der Komponente B. Als Komponente A kann Alkali-Aluminiumfluorid und/oder ein Alkali-Aluminiumfluorid enthaltendes Salz verwendet werden, soweit dadurch beim Einsatz des erfindungsgemäßen Zusatzmittels nicht unakzeptable Mengen an Verunreinigung in das Grundmetall eingebracht werden. Außerdem soll der Schmelzpunkt des Salzes oder der Salzmischung nicht über demjenigen des Grundmetalls liegen. Anstelle von Alkali-Aluminiumfluorid kann auch eine Mischung aus Alkali- und Aluminiumfluor id eingesetzt werden. Als Alkali-Aluminiumfluorid enhaltende Salze sind solche Mischungen aus Alkali-Aluminiumfluorid und anderen Salzen insbesondere Fluorid- und/oder Chloridsalzen zu verstehen, bei denen der Anteil an Alkali-Aluminiumfluorid mindestens 50 Gew.-% beträgt. Bezüglich der Alkaliverbindungen sind grundsätzlich alle Alkalisalze des Aluminiumfluorids einsetzbar, doch sind die Natrium- und/oder Kaliumsalze als bevorzugt anzusehen.

Der Gewichtsanteil der Komponente A im Zusatzmittel soll so niedrig wie möglich bei gleichzeitig guten Auflöseeigenschaften der Legierungskomponente(n) sein. Je nach Dichte des Legierungsmetalls sind bereits 2 Gew.-% de Komponente A ausreichend. Im Bereich von 5 bis 25 Gew.-% der Komponente A wird die beste Kombination aus optimaler Auflösegeschwindigkeit und maximaler Konzentration der Legierungskomponente im Zusatzmittel erreicht.

Die Komponente B, die zu einem Anteil von 50 bis 98 Gew.-% insbesondere 75 bis 95 Gew.-%, im Zusatzmittel enthalten ist, besteht aus einem oder mehreren Legierungsmetall (en). Hierbei können im Prinzip alle Legierungselemente eingesetzt werden, wobei aufgrund der technischen Bedeutung vor allem Chrom, Mangan und Eisen bevorzugt sind. Es können aber auch andere Legierungselemente wie Ni, Co, Cu, Ag, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo und W im Zusatzmittel enthalten sein. Das Legierungsmetall muß nicht in reiner Form vorliegen, sondern es können auch Legierungen oder Mischungen mehrerer Metalle verwendet werden, soweit dadurch keine unerwünschten Verunreinigungen im Grundmetall hervorgerufen werden.

Es ist erfindungswesentlich, daß sowohl die Komponente A als auch die Komponente B in innig vermischter Form vorliegen, welche durch Mischen der Pulver hergestellt wurden. Das Zusatzmittel kann in Form von Briketts, Tabletten oder Pellets o. ä. eingesetzt werden, wobei die Größe dieser Körner in weiten Grenzen variiert werden kann Wesentlich ist nur, daß die Körper einerseits im betreffenden Metallbad eine ausreichend große Sinkgeschwindigkeit besitzen und daß sie andererseits keine zu große Dicke aufweisen, um für eine akzeptable Auflösegeschwindigkeit zu sorgen. Als maximale Dicke der Körper kann 50 mm angenommen werden, während der bevorzugte Bereich zwischen 5 und 25 mm liegt.

Als Alternative kann das Zusatzmittel auch in Form eines gefüllten Drahtes vorliegen, wobei das Mittel von einem geeigneten Material umhüllt wird. Bei der Auswahl des entsprechenden Materials ist darauf zu achten, daß es sich rasch in der Schmelze auflöst, um das Zusatzmittel freizusetzen und daß es keine unerwünschten Verunreinigungen in das zu legierende Metallbad einbringt. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das jeweilige Grundmetall zu verwenden. Die Herstellung des Zusatzmittels erfolgt durch inniges

Vermischen der pulverf örmigen Komponenten A und B und ggf durch Verpressen mit den üblichen technischen Vorrichtung wie z. B. Tabletten- oder Brikettpresse oder durch

Einbringen in den Fülldraht. Die Teilchengröße der

Komponente A sollte < 1 mm vorzugsweise < 150 μm und die der Komponente B sollte ebenfalls < 1 mm vorzugsweise

< 150 μm betragen, um nach dem anschließenden Verpressen oder Kompaktieren dem Formkörper eine entsprechend große innere Oberfläche zu verleihen, die wiederum für die

Auf lösegeschwindigkeit von wesentlicher Bedeutung ist.

Da die meisten Metalle bei der Herstellung nach den technisch gebräuchlichen Verfahren nicht in Pulverform anfallen, ist eine vorhergehende Zerkleinerung notwendig, welche gegebenenfalls nach dem Brechen noch in einem Mahlvorgang in den üblichen Mühlen wie Kugel-, Schwingoder Prallmühlen besteht.

Das erfindungsgemäße Zusatzmittel wird in einer Menge von 0,01 bis 25 Gew.-% dem flüssigen Grundmetall zum Legier en zugesetzt, wobei es sich vollständig und ohne Rückstandsbildung in diesem auflöst und eine homogene Legierung bildet.

Als Grundmetall können prinzipiell alle Metalle oder Legierungen verwendet werden, in denen die durch das erfindungsgemäße Zusatzmittel eingebrachten Elemente tolerierbar sind. Als besonders geeignet haben sich hierbei Leichtmetall-Legierungen wie reines Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen sowie reines Magnesium bzw. Magnesiumlegierungen erwiesen, bei denen sich die Vorteile wie hohe Auflösungsgeschwindigkeit und hohe Konzentration an Legierungsbestandteil besonders deutlich zeigten.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sich jedoch darauf zu beschränken. Beispiele 1 bis 7

30 kg Aluminium (Grundmetall) wurden in einem Induktionstiegelofen auf 800° C erhitzt. Durch die Speicherwärme betrug der Temperaturverlust während des Versuchs maximal 30° C. Der Schmelze wurde Chrom (Legierungskomponente) in Form von verschiedenen Zusatzmitteln zugegeben, welche aus gepreßten Mischungen der angegebenen Komponenten mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Höhe von ca. 15 mm bestanden. Die Chromzugabe entsprach 0,5 % des Aluminiums. Während des Versuchs wurde keine elektrische Leistung in den Ofen eingespeist, so daß keine induktive Badbewegung auftrat. Direkt nach der Chromzugabe wurde die Schmelze zwei Sekunden lang gerührt. Anschließend wurde die erste Probe nach zwei Minuten entnommen. Nach der Probenahme wurde erheut zwei Sekunden gerührt und nach fünf Minuten die nächste Probe entnommen. Dieser Zyklus wurde noch zweimal mit Probenahmen nach 10 und 15 Minuten wiederholt. Danach wurde die Schmelze eine Minute gerührt mit abschließender Probenahme nach 20 Minuten.

Für die Mischungspreßlinge wurden Chrompulver < 150 μm, Kalium-Aluminiumfluorid-Pulver (KAIF₄) < 150 μm sowie Aluminiumpulver der Körnung 430 - 75 μm verwendet. Die innige Mischung wurde in einer Tablettenpresse auf ca. 70 - 80 % der theoretischen Dichte verdichtet. Außerdem wurden zwei Handelsprodukte entsprechend dem Stand der Technik eingesetzt. Aus Tabelle 1 gehen die verwendeten Mischungen, die Dichte der Preßlinge und deren Löslichkeitsverhalten hervor. Die Versuche 1 bis 4, bei welchen die e r f indungs gemä ße n Zusatzmittel eingesetzt wurden, zeigen die Auflösegeschwindigkeit in Abhängigkeit vom KaliumAluminiumfluorid-Gehalt der Mischungen. Wie die Versuche belegen, ist bei einem Kalium-Aluminiumfluorid-Anteil von 14,1 Gew.-% (vgl. Versuch 4) das Chrom bereits nach zwei Minuten vollständig in Lösung gegangen. Dagegen ist bei 9,1 Gew.-% Kalium-Aluminiumfluorid bereits nach zehn Minuten das Chrom vollständig im Grundmetall gelöst (vgl. Versuch 2).

Die Versuche 5 und 6 wurden mit Hande ls pr odukt en entsprechend dem Stand der Technik durchgeführt. Beide Produkte enthalten lediglich ca. 75 Gew.-% Chrom und ca. 25 Gew.-% Bindemittel. Trotz des hohen Bindemittelanteils werden nach zwei Minuten bei Versuch 5 lediglich 9 % und bei Versuch 6 nur 60 % Chromausbringen verzeichnet. Auch nach 10 Minuten werden bei Versuch 5 erst 80 % und bei Versuch 6 erst 76 % Chrom ausgebracht. Erst nach 20 Minuten mit der vorgeschalteten intensiven Rührphase werden bei Versuch 5 100 % und bei Versuch 7 88 % Ausbringen erreicht. Dagegen zeigt Versuch 4, daß trotz erheblich geringerem Bindemittelant eil das Chrom bereits nach zwei Minuten vollständig gelöst ist. In Versuch 7 wird ein Zusatzmittel verwendet, dessen Bindemittel aus Kalium-Aluminiumfluorid und Aluminium besteht. Diese Kombination entspricht dem Stand der Technik (GB-PS 21 12 020). Die Versuchsergebniss zeigen, daß trotz des höheren Anteils an Bindemittel bei Versuch 7 im Vergleich zu Versuch 2 eine deutlich verringerte Auflösegeschwindigkeit beobachtet wird. Bei Versuch 7 hat sich das Chrom erst nach 20 Minuten vollständig aufgelöst.



Claims

Patentansprüche

1.) Schneilösliches Zusatzmittel für Metallschmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß es 2 bis 50 Gew.-% einer Komponente A bestehend aus Alkali-Aluminiumfluorid und/oder einem Alkali-Aluminiumfluorid enthaltenden Salz und 50 bis 98 Gew.-% einer Komponente B bestehend aus einem oder mehreren Legierungsmetall (en) enthält und daß die Komponenten A und B innig vermischt vorliegen.

2.) Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man anstelle von Alkali-Aluminiumfluorid eine Mischung aus Alkalifluorid und Aluminiumfluorid verwendet.

3.) Mittel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkali-Aluminiumfluorid das Natrium- und/oder Kaliumsalz verwendet.

4.) Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkali-Aluminiumfluorid enthaltende Salz aus mindestens 50 Gew.-% Alkali-Aluminiumfluorid besteht und als Nebenkomponente Chloridsalze und/oder Fluoridsalze enthält.

5.) Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A einen Anteil von 5 bis 25 Gew.-% besitzt.

6.) Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsmetall Chrom, Mangan oder Eisen enthält.

7.) Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Legierungsmetall aus Metallegierungen und/oder -mischungen besteht.

8.) Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es in verpreßter oder kompaktierter Form vorliegt.

9.) Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kompaktierten oder verpreßten Körper eine Dicke von < 50 mm aufweisen.

10.) Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es in Form eines Fülldrahtes vorliegt.

11.) Verfahren zur Herstellung des Zusatzmittels nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die pulverförmigen Komponenten A und B mit den technisch üblichen Vorrichtungen herstellt und ggf. anschließend kompaktiert oder in einen Fülldraht einbringt.

12.) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A eine Teilchengröße < 1 mm, vorzugsweise < 150 μm aufweist.

13.) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B eine Teilchengröße von < 1 mm, vorzugsweise < 150 μm aufweist.

14.) Verwendung des Zusatzmittels nach den Ansprüchen

1 bis 10 zum Legieren von flüssigen Metallen in einer Menge von 0,01 bis 25 Gew.-%.