Schnellösliches Zusatzmittel für Metallschmelzen

Abstract

 Es wird ein schnellösliches Zusatzmittel für Metall­schmelzen beschrieben, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es 2 bis 50 Gew.-% einer Komponente A bestehend aus Magnesium und/oder einer magnesiumhaltigen Legierung und 50 bis 98 Gew.-% einer Komponente B bestehend aus einem oder mehreren Legierungsmetall(en) enthält und daß die Komponenten A und B in verpreßter oder kompak­tierter Form vorliegen, welche aus innig vermischten Pulvern hergestellt wurde.
Das erfindungsgemäße Zusatzmittel löst sich trotz hoher Konzentration an Legierungsmetall(en) rasch und voll­ständig im flüssigen Grundmetall auf, ohne daß dabei Verluste an Grundmetall verursacht werden.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein schnellösliches Zusatzmittel für Metallschmelzen zur Einführung von Legierungselementen in Metallen.

[0002] 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 Silicium, 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 % Silicium, 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 Legierungsmetall­legierungen 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 begrenzte Auflösgeschwindigkeit. 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 den Nachteil, daß Chlorid- bzw. Fluorid-Verbindungen bei der Anwendung freigesetzt werden und daß eine merkliche Menge Schlacke gebildet wird, was zu unerwünschten Verlusten an Grund­metall führt.

[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Zusatzmittel für Metallschmelzen zu schaffen, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist und sich insbesondere trotz hoher Konzentration an Legierungsmetall rasch und vollständig im flüssigen Grundmetall löst und keine Verluste verursacht.

[0004] Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Zusatzmittel 2 bis 50 Gew.-% einer pulverförmigen Komponente A, bestehend aus Magnesium und/oder einer magnesiumhaltigen Legierung, und 50 bis 98 Gew.-% einer pulverförmigen Komponente B, bestehend aus einem oder mehreren Legierungsmetall(en) enthält oder daraus besteht, und daß die Komponenten A und B innig vermischt in verpreßter oder kompaktierter Form vorliegen.

[0005] Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Zusatzmittel selbst bei sehr hohen Gehalten an Legierungsmetall eine unerwartet hohe Auflösegeschwindigkeit besitzen, die höher liegt als die für vergleichbare Aluminium enthaltende Legierungs­mittel. Außerdem werden keine störenden Fremdsubstanzen freigesetzt, die evtl. Verluste an Grundmetall verursa­chen.

[0006] Die Komponente A kann aus reinem Magnesium und/oder einer magnesiumhaltigen Legierung bestehen, soweit dadurch beim Einsatz der erfindungsgemäßen Zusatzmittel nicht technisch unakzeptable Mengen an Verunreingigun­gen in das Grundmetall eingebracht werden. Unter magne­siumhaltiger Legierung werden im Rahmen der Erfindung solche Legierungen verstanden, die mindestens 50 % Magnesium enthalten. Als Legierungsbestandteile kann das Magnesium vorzugsweise noch Aluminium oder Mangan, aber auch Zink oder Silicium enthalten.

[0007] Der Massenanteil der Komponente A soll so niedrig wie möglich bei gleichzeitig guten Auflöseeigenschaften der Legierungsmittel sein. Je nach Dichte des Legierungs­metalls sind bereits 2 Gew.-% der Komponente A ausrei­chend. Im Bereich von 5 bis 10 Gew.-% der Magnesiumkom­ponente A wird eine optimale Kombination aus Auflösege­schwindigkeit und Konzentration der Legierungselemente im Zusatzmittel erreicht. Bei Gehalten der Komponente A von 10 bis 50 Gew.-% verringert sich die Konzentration der Legierungselemente im Zusatzmittel, ohne daß gleich­zeitig die Auflösegeschwindigkeit wesentlich verbessert wird.

[0008] Die Komponente B, die zu einem Anteil von 50 bis 98 Gew.-%, vorzugsweise 90 bis 98 Gew.-%, im Zusatzmittel enthalten ist, besteht aus einem oder mehreren Legie­rungsmetall(en). Hierfür kommen im Prinzip alle Legie­rungselemente in Frage, wobei aufgrund der technischen Bedeutung Chrom, Mangan oder/und Eisen bevorzugt sind. Es können aber auch andere Legierungselemente wie Ni, Co, Cu, Ag, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo und W einzeln oder zu mehreren in Komponente B enthalten sein. Das Legierungsmetall muß nicht in reiner Form vorliegen, sondern es konnen auch Legierungen oder Mischungen mehrerer Metalle vorliegen, soweit dadurch keine uner­wünschten Verunreinigungen im Grundmetall hervorgerufen werden.

[0009] Es ist erfindungswesentlich, daß sowohl die Komponente A als auch die Komponente B in kompaktierter oder verpreßter Form vorliegen und durch Verpressen oder Kompaktieren der innig vermischten Pulverkomponenten hergestellt wurden. Das Zusatzmittel kann in Form von Briketts, Tabletten oder Pellets o. ä. vorliegen, wobei die Größe dieser körper in weiten Grenzen variiert werden kann. Wesentlich ist nur, daß der Körper einer­seits im Metallbad, für das er bestimmt ist, eine ausreichend große Sinkgeschwindigkeit besitzt und daß andererseits die Körper keine zu große Dicke aufweisen, um eine akzeptable Auflösegeschwindigkeit zu besitzen. Als maximale Dicke der Körper kann 50 mm angenommen werden, während der bevorzugte Bereich zwischen 10 und 50 mm liegt.

[0010] Die Herstellung der Formkörper erfolgt durch inniges Vermischen der pulverförmigen Komponenten A und B und das Verpressen mit den üblichen technischen Vorrichtun­gen wie z.B. Tabletten- oder Brikettpresse. Die Teil­chengröße der Komponente A sollte < 1 mm vorzugsweise <500 µm und die der Komponente B sollte <1 mm vorzugs­weise <150 µm betragen, um nach dem anschließenden Verpressen oder Kompaktieren den Formkörpern eine entsprechend große innere Oberfläche zu verleihen, die wiederum für die Auflösegeschwindigkeit von wesentli­cher Bedeutung ist.

[0011] Da die meisten Metalle bei der Herstellung nach den technisch gebräuchlichen Verfahren nicht in Pulverform anfallen, ist eine vorhergehende Zerkleinerung notwen­ dig, welche gegenbenenfalls nach dem Brechen noch in einem Mahlvorgang in den üblichen Mühlen wie Kugel-, Schwing- oder Proallmühlen besteht.

[0012] Das erfindungsgemäße Zusatzmittel, welches in einer Menge von 0,1 bis 25 Gew.-% dem flüssigen Metallbad zum Legieren zugesetzt wird, versinkt aufgrund des höheren spezifischen Gewichts sofort im Grundmetall und löst sich vollständig und ohne Rückstandsbildung in diesem auf, wobei sich eine homogene Legierung bildet.

[0013] Als Grundmetall können prinzipiell alle Metalle oder Legierungen verwendet werden, in denen die durch das erfindungsgemäße Zusatzmittel eingebrachten Elemente tolerierbar sind und welche spezifisch leichter sind als die Formkörper des Zusatzmittels. Besonders geeignete Grundmetalle sind reines Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen sowie reines Magnesium bzw. Magnesiumlegierungen, bei denen sich die Vorteile der Erfindung wie hohe Auflösungsgeschwindigkeit und hohe Konzentration an Legierungsbestandteil besonders deutlich zeigten.

[0014] Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sich jedoch darauf zu beschränken:

Beispiele 1 bis 6

[0015] 30 kg Aluminium wurden in einem 2000 Hz Induktionsofen bei 730°C im schmelzflüssigen Zustand gehalten. Der Schmelze wurden Chrom enthaltende Zusatzmittel, die aus gepreßten Mischungen von 21 mm Durchmesser und ca. 25 mm Höhe bestanden, zugegeben. Die Chromzugabe entsprach 0,2 % des Aluminiums. Nach 5, 10, 15, 30 und 60 Minuten wurden Proben entnommen, deren Chromgehalt bestimmt wurde. Nach dem vollständigen Auflösen wurde erneut eine 0,2 % des Aluminiums entsprechende Chromzugabe gemacht, so daß sich ein Endgehalt von 0,4 % Chrom ergab. Proben wurden wie vorher beschrieben genommen.

[0016] Für die Mischungspreßlinge wurde Chrompulver feiner 250 µm, Magnesiumpulver der Körnung 250-62 µm sowie Aluminiumpulver der Körnung 430-75 µm verwendet. Die innige Mischung wurde in einer Tablettenpresse auf ca. 70 - 80 % der theoretischen Dichte verdichtet.

[0017] Aus Tabelle l gehen die verwendeten Mischungen, die Dichte der Preßlinge und deren Auflöseverhalten hervor. Beispiel Nr. 3 zeigt, daß selbst bei 96 % Chrom in einer Mischung mit Magnesium das Auflöseverhalten vergleichbar ist mit Vergleichsbeispiel Nr. 4, bei dem nur 75,8 % Chrom mit Aluminium vermischt waren. Ver­gleichsbeispiel 5 zeigt weiterhin, daß die Aluminium enthaltenden Mischungen ungünstig auf eine Erhöhung des Chromanteils von 75,8 auf 88,4 % in der Mischung reagie­ren und deutlich längere Auflösezeiten notwendig sind. Die erfindungsgemäßen Beispiele Nr. 1, 2 und 3 zeigen dagegen, daß das Auflöseverhalten der Magnesium enthal­tenden Mischungen viel weniger durch eine Erhöhung des Chromgehalts der Mischung von 80,8 % über 90,9 % auf 96 % beeinflußt wird. Lediglich bei dem höchsten Chrom­gehalt von 96 % ergibt sich bei einem Endgehalt von 0,4 % Chrom im Aluminium-Grundmetall eine geringe Erhöhung der notwendigen Auflösedauer. Dagegen sind bei einem Chromgehalt von 90,9 % auch bei Endgehalten von 0,4 % Chrom weniger als 5 Minuten Auflösezeit notwendig, verglichen mit 10 Minuten bei der Aluminium enthalten­den Mischung mit nur 75,8 % Chrom.

[0018] Bei Vergleichsbeipiel Nr. 6 wurde eine Chlorid- und Fluorid-Salze enthaltende Mischung verwendet. Im Gegen­satz zu den in den Beispielen Nr. 1 bis 5 verwendeten Mischungen kam es nach der Zugabe zum schmelzflüssigen Aluminium-Grundmetall zu einer heftigen Reaktion, bei der Gase freigesetzt wurden, die and er Metallbadober­fläche mit leuchtender Flamme verbrannten. Darüber hinaus bildeten sich ca. 100 g aluminiumhaltige Schlak­ke. Dies entspricht einem Verlust an Aluminium von etwa 56 g, der bei den salzfreien Mischungen der Beispiele Nr. 1 bis 5 nicht auftrat.

Ansprüche

1. Schnellösliches Zusatzmittel für Metallschmelzen,
dadurch gekennzeichnet,
daß es 2 bis 50 Gew.-% einer pulverförmigen Kompo­nente A, bestehend aus Magnesium und/oder einer magnesiumhaltigen Legierung, und 50 bis 98 Gew.-% einer pulverförmigen Komponenten B, bestehend aus einem oder mehreren Legierungsmetall(en) enthält oder daraus besteht und daß die Komponenten A und B innig vermischt in verpreßter oder kompaktierter Form vorliegen.

2. Mittel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die magnesiumhaltige Legierung mindestens 50 % Magnesium enthält.

Mittel nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die magnesiumhaltige Legierung zusätzlich Aluminium oder Mangan enthält.

4. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Anteil der Komponente A 5 bis 10 Gew.-% ausmacht.

5. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Legierungsmetall aus Chrom, Mangan oder Eisen ist.

6. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Legierungsmetall aus Metallegierungen und/oder -mischungen besteht.

7. Mittel nach den Ansprüchen 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die kompaktierten oder verpreßten Körper eine Dicke von<50 mm aufweisen.

8. Verfahren zur Herstellung des Zusatzmittels nach den Ansprüchen 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die pulverförmigen Komponenten A und B mischt und die Mischung verpreßt oder kompaktiert.

9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Komponente A eine Teilchengröße <1 mm, vorzugsweise <500 µm aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Komponente B eine Teilchengröße von <1 mm, vorzugsweise <150 µm aufweist.

11. Verwendung des Zusatzmittels nach den Ansprüchen 1 bis 7 zum Legieren von flüssigen Metallen in einer Menge von 0,1 bis 25 Gew.-%.