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Es ist bekannt, Aluminium-Silizium-Legierungen durch Zusatz von Natrium zu veredeln, um eine feinkristalline Struktur im Gusskörper zu erhalten. Bei den bekannten Verfahren dieser Art wird entweder
Natrium in metallischer Form oder in Form eines Salzes, insbesondere Natriumfluorid, der Schmelze zugeführt.
Das Zuführen von Natrium in metallischer Form hat den Nachteil, dass das Natrium in der Schmelze zufolge der hohen Affinität zu Sauerstoff ausbrennt und dadurch einen schlechten Wirkungsgrad aufweist. Bei
Aluminium-Silizium-Schmelzen ist es wesentlich, die Aufnahme von Wasserstoff zu vermeiden, da Wasserstoff schädliche Gaseinschlüsse im Gusskörper verursacht. Es kann wohl der Wasserstoff aus der Schmelze durch
Einleiten von Chlor entfernt werden, jedoch ist dies nur bei der noch nicht veredelten Schmelze möglich, da durch das Einleiten von Chlor der Effekt des Veredeln verloren geht. Der Zusatz von Natrium in Form von
Salzen hat anderseits den Nachteil, dass die Schmelztemperatur solcher Salzgemenge verhältnismässig hoch liegt und daher die Temperatur der Schmelze erhöht werden muss, was wieder die Wasserstoffaufnahme begünstigt.
Es wurde daher bereits vorgeschlagen, zumindest binäre Salzgemische von Halogeniden, insbesondere eines
Alkalimetalls und/oder Erdalkalimetalls zuzusetzen, in welchen jedenfalls Natriumfluorid vorliegt. Der
Schmelzpunkt eines solchen Gemisches liegt niedriger als der Schmelzpunkt des Natriumfluorids, so dass die
Badtemperatur auf zirka 7500C gehalten werden kann ; es bleibt aber immer noch der Nachteil, dass die in Frage kommenden Salze oder Salzgemische Feuchtigkeitsgehalte aufweisen können, so dass in dieser Weise der
Schmelze wieder Wasserstoff zugeführt wird.
In diesem Zusammenhang wird auf die deutsche
Auslegeschrift 1184506 hingewiesen, derzufolge Natriumcyanid, Natriumcyanat, Dinatriumcyanamid und andere
Natriumsalze der Pseudohalogenwasserstoffsäuren, vorzugsweise gemischt mit Alkali- und Erdalkalihalogeniden zur Veredlung von Aluminium-Silizium-Legierungen vorgeschlagen werden. Solche Veredelungsmittel müssen tief in die Schmelze eingebracht werden und auch dies bietet bei der Verwendung von Salzen oder Salzgemischen, die meist in körniger Form vorliegen, Schwierigkeiten. Es musste bisher so vorgegangen werden, dass solche Salze oder Salzgemische durch die Form einer Tauchglocke aufweisende Werkzeuge in der Schmelze untergetaucht werden mussten.
Bei einem nach der Veredelung mit einem Veredelungsgemisch durchzuführenden Verfahren zur
Aufrechterhaltung des Veredelungszustandes von siliziumhaltigen Aluminium-Legierungen über eine längere
Zeitspanne gemäss der deutschen Patentschrift Nr. 1177828 werden Alkalifluoride, insbesondere Natriumfluorid in so hoher Konzentration eingesetzt, dass der Schmelzpunkt der Gemische im Gegensatz zum Verfahren weit oberhalb der Temperatur der Schmelze liegt. Ferner werden diese Gemische nicht in die Schmelze eingebracht, sondern vielmehr die Schmelze damit bedeckt.
Die Erfindung vermeidet die bei den bekannten Verfahren auftretenden Nachteile, da sie die Veredelung bei einer so tiefen Temperatur ermöglicht, dass eine direkte Wasserstoffaufnahme nicht zu befürchten ist, wobei gleichzeitig die Zuführung von Wasserstoff durch Feuchtigkeit vermieden wird.
Die Erfindung bezieht sich nun auf ein Verfahren zum Veredeln von Aluminium-Silizium-Legierungen durch Zugabe von Natrium in Form eines zumindest binären Gemisches von Halogeniden zumindestens eines Alkalimetalls und/oder Erdalkalimetalls, in welchem jedenfalls Natriumfluorid vorliegt, zur Schmelze und ist dadurch gekennzeichnet, dass Mischungsverhältnisse der Zwei- bzw. Mehrstoffgemische in eutektischer Zusammensetzung der in Betracht kommenden Salze angewendet werden und das eutektische Salzgemisch, das einen Schmelzpunkt unterhalb der gewählten Veredelungstemperatur besitzt, vor dem Einführen in die Schmelze geschmolzen und in erstarrter Form in die Schmelze eingebracht wird.
Dadurch, dass die Salze geschmolzen werden, wird die Feuchtigkeit ausgetrieben, so dass eine Wasserstoffaufnahme der Schmelze aus dem zugesetzten Veredelungsmittel nicht mehr zu befürchten ist. Dadurch, dass die geschmolzenen Salze in erstarrter Form zugesetzt werden, wird es ermöglicht, das Veredelungsmittel tief in das Bad einzubringen. Hiebei ist es gemäss der Erfindung zweckmässig, das geschmolzene Salzgemisch zu vergiessen und zu einem Formkörper erstarren zu lassen oder poröse Formkörper aus gegenüber den Reaktionspartnern inerten Stoffen mit dem geschmolzenen Salzgemisch zu tränken und die so getränkten porösen Formkörper nach dem Erstarren des Salzgemisches in die Schmelze einzubringen.
Falls mit erstarrter Salzschmelze imprägnierte poröse Formkörper verwendet werden, ist es zweckmässig, poröse Formkörper aus einem bei der Schmelztemperatur der Al-Si-Legierung unschmelzbaren Material, z. B. aus Chamotte, zu verwenden. Die bessere Wärmeleitfähigkeit des Formkörpers aus erstarrtem Salzgemisch bzw. des mit erstarrtem Salzgemisch imprägnierten Formkörpers aus inertem Material gegenüber der von pulverförmigen Substanzen gestattet es bei tiefen Temperaturen und kürzester Aufschmelzzeit des Veredelungsmittels zu arbeiten.
Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Formkörper an einem Träger befestigt, so dass er in einfacher Weise tief in das eingetaucht werden kann, und nach dem Eintauchen in die Schmelze in der Schmelze bewegt, wodurch der Wärmeübergang auf den Formkörper, seine Auflösungsgeschwindigkeit und die Verteilung des Veredelungsmittels in der Schmelze verbessert wird. Hiebei ist es zweckmässig, den Formkörper in der Schmelze in Drehbewegung zu halten. Es kann z. B. in zweckmässiger Weise ein gelochter Formkörper verwendet werden, so dass dann ein oder mehrere Formkörper auf dem Träger aufgefädelt werden können.
Bei der vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Träger von einer Stange mit unrundem
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Querschnitt gebildet, wobei der Formkörper ein unrundes Loch aufweist. In diesem Fall ist der Formkörper mit der Stange gegen Drehung gesichert verbunden. Die Stange kann in das Futter einer Bohrmaschine eingespannt und auf diese Weise in der Schmelze gedreht und gegebenenfalls in der Höhenrichtung hin- und herbewegt werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, eine sich nach oben zu verjüngende Stange zu verwenden, auf welche der oder die Formkörper von oben aufgefädelt werden, damit sie unten nicht von der Stange abgleiten können.
Gemäss der Erfindung wird ein eutektisches Salzgemisch erschmolzen und vergossen und hierauf zu einem
Formkörper erstarren gelassen oder zum Tränken eines porösen Formkörpers aus inertem Material verwendet und in den Poren des porösen Formkörpers erstarren gelassen. Eine solche eutektische Salzschmelze hat den
Vorteil eines tiefen und definierten Schmelzpunktes, so dass das Veredelungsmittel schnell in die Schmelze eingebracht werden kann.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens wird vorzugsweise ein aus Natriumchlorid, Kaliumchlorid und Natriumfluorid bestehendes ternäres Salzgemisch, insbesondere in Form eines eutektischen Gemisches, eingesetzt. In der Regel wird mit einem 20 Gew.-% NaF, 40 Gew.-% Na Cl und 40 Gew.-% KCI enthaltenden ternären Salzgemisch gearbeitet, welches etwa eutektische Zusammensetzung besitzt.
Eutektische Salzgemische besitzen, wie bereits erwähnt, den Vorteil, einen scharf definierten Schmelzpunkt zu besitzen, womit vom in der schmelzflüssigen Legierung eingetauchten und aus dem eingesetzten Salzgemisch bestehenden Formkörper oder mit dem Salzgemisch imprägnierten Formkörper oberflächlich eine einheitliche
Schmelze abgetragen wird, die leicht und gleichmässig in der Schmelze zur Verteilung gelangt und damit eine gleichmässige Veredelungswirkung ergibt.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens kann jedoch ein beliebiges, Natriumfluorid und ein Alkalimetallhalogenid und/oder Erdalkalimetallhalogenid enthaltendes
Salzgemisch eingesetzt werden, wobei lediglich zu beachten ist, dass das in jedem beliebigen, zumindest binären
Salzgemisch enthaltene Eutektikum einen unterhalb der gewählten Veredelungstemperatur besitzenden
Schmelzpunkt besitzen muss, um durch Herausschmelzen dieses Eutektikums, aus dem in die Metallschmelze eingetauchten Formkörper aus erstarrtem Salzgemisch oder mit dem Salzgemisch imprägnierten porösen
Formkörpers das Einbringen des Veredelungsmittels zu erreichen.
Vom metallurgischen Gesichtspunkt her liegt die optimale Veredelungstemperatur bei 6600C : ! : 100C.
6800C übersteigende Veredelungstemperaturen lassen keinen Vorteil erwarten.
Bei Temperaturen unter 6800C ist die Aufnahme von Wasserstoff durch die schmelzflüssige Legierung durch Reaktionen derselben mit in der Ofenatmosphäre enthaltenem Wasserdampf noch relativ gering.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens werden, wie allgemein üblich, vorzugsweise naheutektische Al-Si-Legierungen veredelt.
Nach den bisherigen Erfahrungen ist die erzielbare Veredelungswirkung am stärksten ausgeprägt, wenn nach dem Veredeln der Al-Si-Legierung, wofür beim erfindungsgemässen Verfahren in der Regel eine Zeitspanne von 1 bis 2 min erforderlich ist, die veredelte Legierung vor dem Vergiessen etwa 10 min abstehen gelassen wird.
Natriumfluoridhaltige Formkörper werden in der Regel in einer Menge von 0, 5 Gew.-% der zu veredelnden Al-Si-Legierung eingesetzt, wobei zu bedenken ist, dass bei Legierungsschmelzen relativ geringen Gewichts, z. B. in der Grössenordnung von etwa 5 bis 10 kg, die einzusetzende Menge an Salzgemisch höher, z. B. mit 0, 8 Gew.-%, zu wählen ist. Mit 20 Gew.-% Natriumfluorid enthaltenden Formkörpern wird in der Regel das Auslangen gefunden, da sich bei höherem Natriumfluoridgehalt der Formkörper keine nennenswert bessere Veredelung erzielen lässt.
Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens ist es ratsam, die einzusetzende Menge an Veredelungsmittel auf einmal und nicht in mehreren Anteilen in die Schmelze einzubringen, da bei einer vorgegebenen Menge an Veredelungsmittel eine ausreichende Veredelungswirkung bei Zugabe der gesamten Menge an Veredelungsmittel erzielt wird.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung wird im folgendn an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt Fig. l einen Axialschnitt durch einen mit zu veredelnder Al-Si-Legierung gefüllten Tiegel und den an einer Stange festgelegten Formkörper, Fig. 2 im grösseren Massstab einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäss einzusetzenden Formkörper und Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2.
Gemäss Fig. l ist in die in einem Tiegel-l-befindliche schmelzflüssige Al-Si-Legierung--2-ein aus einem erstarrten Salzgemisch von Alkalimetallhalogeniden, darunter Natriumfluorid, bestehender Formkörper - mittels einer Stange --4-- eingetaucht, die im Bohrfutter --5-- einer zweckmässig pneumatisch angetriebenen Bohrmaschine--6--eingespannt ist, so dass der Formkörper --3-- im in die Metallschmelze eingetauchten Zustand in rasche Rotation versetzt werden kann und von der Oberfläche des Formkörpers --3-- abschmelzendes Salzgemisch in die Metallschmelze --2-- geschleudert wird und dort fein verteilt die gewünschte Veredelungswirkung ausüben kann.
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--3-- beimStange--4--verbleibt, ist das untere Ende der Stange--4--nach unten zu (bei 4a) verbreitert und der Formkörper-3--mit einem dem sich verbreiternden Abschnitt --4a-- der Stange --4-- entsprechenden
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und sich axial zum Formkörper erstreckenden Loch --3a-- versehen, wobei, wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, das Loch --3a-- unrunden Querschnitt, im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa dreieckigen Querschnitt, besitzt, um eine drehsichere Verbindung des Formkörpers --3-- mit der Stange-4--zu erzielen, deren
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entlang der Stange--4--hochzuschwimmen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Veredeln von Aluminium-Silizium-Legierungen durch Zugabe von Natrium in Form eines zumindest binären Gemisches von Halogeniden zumindest eines Alkalimetalls und/oder Erdalkalimetalls, in
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Mischungsverhältnisse der Zwei- bzw. Mehrstoffgemische in eutektischer Zusammensetzung der in Betracht kommenden Salze angewendet werden und das eutektische Salzgemisch, das einen Schmelzpunkt unterhalb der gewählten Veredelungstemperatur besitzt, vor dem Einführen in die Schmelze geschmolzen und in erstarrter Form in die Schmelze eingebracht wird.
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