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Verfahren zur Herstellung einer Legierung von Aluminium, Nickel und Magnesium.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Aluminiumlegierungen und betrifft die Herstellung einer Legierung, welche Aluminium, Nickel und Magnesium enthält und zur Herstellung von grossen oder kleinen Galanteriewaren, bei denen Stärke, Dehnbarkeit, Leichtigkeit, Dauerhaftigkeit und Glanz gefordert werden, geeignet ist. Die Legierung ist insbesondere zur Herstellung chirurgischer und wissenschaftlicher Instrumente, Rollschuhe und Bestandteile der genannten Gegenstände geeignet. Sie kann mit Vorteil auch bei der Erzeugung von Küchen-
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teilen und Propellern, elektrischen Ausrüstungsgegenständen, Bestandteilen für Flugmaschinen und dgl. verwendet werden.
Die Legierung wird erzeugt, indem man Aluminium in einem geeigneten Tiegel schmilzt und dann abkühlen lässt, worauf ein Nickeloxyd zugesetzt und das Ganze mit "leichtem" oder "schwerem"Magnesiumoxyd, gemischt mit einem reduzierend wirkenden Material, wie gepulverte Holzkohle, bedeckt wird. Der Tiegel wird sodann auf etwa 16000 C erhitzt und darauf metallisches Magnesium zugesetzt, wobei dafür zu sorgen ist, dass das geschmolzene Metall mit dem reduzierenden Material gut bedeckt bleibt, um Entzündung und Oxydation zu verhindern. Auch ist es wichtig, die Mischung von Aluminium und Nickel mittels eines Kohlenstabes umzurühren, bevor das metallische Magnesium hinzugegeben wird, um die Vermengung der Metalle herbeizuführen.
Die Legierung kann auch durch Erhitzen eines Oxyds oder Hydrats des Nickels in einem Tiegel mit einem Reduktionsmittel zwecks Erzeugung von metallischem Nickel bereitet werden.
Die Temperatur wird dann gesteigert, die erforderliche Menge von Reinaluminium zugesetzt und die Masse gut umgerührt. Dem Gemisch wird eine kleine Menge metallisches Zink zusammen mit etwas Zinkchlorid zugesetzt, um die Legierung zu feinen. Dann wird eine geeignete Menge metallisches Magnesium hinzugefügt und nach Rühren wird die Legierung in passende Formen gegossen. Zwecks klarer Veranschaulichung des Wesens der Erfindllng sollen im nachstehenden einige Beispiele beschrieben werden.
Vor dem Gebrauch wird der Schmelztiegel, der gut ausgeglüht sein muss, mit einem Teig ausgestrichen, welcher aus 70 Teilen"schweren"Magnesiumoxyd und 20 Teilen gepulverter Holzkohle, gemischt mit der entsprechenden Menge Wasser, besteht. Das,, schwere" Magnesiumoxyd kann, wenn gewünscht, durch Aluminiunùlydrat ersetzt werden. Der Zweck des Auskleiden des Schmelztiegels ist, zu verhindern, dass das Oxyd und das geschmolzene Metall mit den nackten Wänden des Tiegels in Berührung kommen, wodurch Doppelsilikate entstehen könnten.
Das früher erwähnte "leichte" Magnesiumoxyd ist das wohlbekannte Produkt, welches durch Niederschlagen einer verdünnten Lösung von Bittersalz mit Natriumkarbonat im kalten Zustande, Waschen mit kochendem Wasser und Trocknen bei 1000 C erhalten wird. Das,, schwere" Magnesiumoxyd wird erhalten durch Zusetzen einer Natriumkarbonatlösung zu einer kochenden konzentrierten Lösung von Bittersalz, Eindampfen zur Trockne, Digerieren mit Wasser, Filtrieren und Waschen und schliesslichem Trocknen bei 1000 C.
Beispiel l. In einem in obbeschriebener Weise vorbereiteten Tiegel werden 85 kg
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von Kohlenstoff und schwerem oder leichtem Magnesiumoxyd bedeckt. Der Tiegelinhalt wird dann bis etwa 1600 C erhitzt und die geschmolzene Maase sorgfältig mit einem Kohlenstab umgerührt. Darauf werden 15 kg metallisches Magnesium in Stangenform zugesetzt und schmelzen gelassen und mit den anderen im Tiegel befindlichen Materialien gemischt. Während dieser Arbeit muss dafür gesorgt werden, dass genug Kohlenstoff hinzugefügt wird, um die Legierung gut bedeckt zu erhalten und Entzündung und Oxydation zu verhindern. Wenn das Magnesium geschmolzen und mit den anderen Materialien sorgfältig gemischt ist, wird die geschmolzene Legierung in entsprechende Formen gegossen und während des Abgiessens der Schaum vorsichtig abgenommen.
Beispiels. In den vorbereiteten Schmelztiegel werden 100 kg Aluminium eingetragen, dasselbe wird bis zum Schmelzpunkt erhitzt und dann abkühlen gelassen. Darauf werden 16'5 X' Nickelsesquioxyd eingetragen, das mit einem Gemisch von Kohlenstoff und schwerem oder leichtem Magnesiumoxyd bedeckt wird. Der Tiegel wird dann bis auf IW C erhitzt und die geschmolzene Masse mit einem Kohlenstab gut gerührt, um das Zusammenmischen der verschiedenen Materialien herbeizuführen. 7'5 Ay metallisches Magnesium werden dann in Stangen-
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in Formen gegossen werden.
Beispiels. 10 bis 15 leg Nickeloxydul werden in einem Graphittiegel, der in vorbeschriebener Weise mit einer Lage von Kohlenstoff und Magnesia ausgekleidet ist, bis auf 1400 C erhitzt, um das Nickel zu reduzieren. Sodann werden 85 leg Aluminium zugegeben und, sobald sie geschmolzen sind, wird der Tiegel bis auf helle Rotglut (etwa 900 C abkühlen gelassen, worauf 1 bis 5 kg Magnesium zugesetzt werden. Dieses schmilzt sofort und sobald die Metalle gut zusammengemischt sind, kann die Legierung in die Formen gegossen werden.
Die Legierung kann auch in der in den obigen Beispielen beschriebenen Weise hergestellt werden, wenn die einzelnen Materialien in folgenden Gewichtsverhältnissen benutzt werden :
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<tb>
<tb> A <SEP> B
<tb> Aluminium............... <SEP> 90kg <SEP> 75 <SEP> kg
<tb> Nickeloxydul <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 10 <SEP> " <SEP> 20 <SEP> "
<tb> Magnesium <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 5 <SEP> " <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 5 <SEP> "
<tb> C <SEP> D <SEP> E
<tb> Aluminium........ <SEP> 90kg <SEP> 90kg <SEP> 100 <SEP> kg
<tb> Nickel <SEP> Sesquioxyd..... <SEP> dz
<tb> Magnesium........
<SEP> 5" <SEP> P/ <SEP> bis <SEP> 5 <SEP> 1 <SEP> l2 <SEP> bis <SEP> 5"
<tb>
B e i s pie I 4. In einem in angegebener Weise ausgekleideten Tiegel werden 10 bis 50 kq chemisch reines Nickeloxydul (grün) eingetragen. Das Oxydul wird unter einer Schichte Holzkohle bis zur Weissglut, etwa 1300 C, erhitzt und zu Metall reduziert. Die Temperatur wird dann bis zu blendender Weissglut, d. i. etwa 14W C gesteigert und metallisches Aluminium in genügender Menge zugesetzt, um das Gesamtgewicht an Metall auf 100 kg zu bringen. Das Aluminium, das einen Reinheitsgrad von 990-7% haben muss, wird vorher erhitzt, um ein Abkühlen des Metalles im Tiegel zu vermeiden.
Wenn alles Aluminium geschmolzen ist, wird das Gemisch mittels geeigneter Stangen gut gerührt, worauf der Tiegel aus dem Ofen genommen und der Kohlenstoff von dem geschmolzenen Metall abgenommen wird. Ungefähr 1/m kg Zink auf je 100 A' der Mischung wird dann zusammen mit 25 bis 30 g Zinkchlorid hinzugegeben und die Mischung gut gerührt, so dass der Schaum auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalles gebracht wird, von wo er leicht entfernt werden kann. Die Temperatur wird wieder bis auf Kirschrotglut (etwa 10000 C) gesteigert,
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werden verbrennen gelassen, bis sie vollkommen oxydiert sind, wobei eine kleine Menge von der Legierung aufgenommen wird, und nachdem das geschmolzene Metall abgeschäumt ist, kann es in entsprechend vorbereitete Sandformen ausgegossen werden.
Die Anwendung von Magnesium in dieser Art hat die Wirkung, dass Unreinigkeiten aus der Legierung entfernt, werden, wenn auch eine geringe Menge Magnesium in der Legierung zurückgehalten wird.
B e i s p i e l 5. Das im vorhergehenden Beispiel beschriebene Verfahren wird, wie oben erläutert, ausgeführt und es werden die gleichen Gewichtsverhältnisse der Materialien benutzt. wenn nicht Nickelsesquioxyd an Stelle des Oxyduls verwendet wird, in welchem Falle dann die Mengen in Übereinstimmung mit dem Molekulargewicht gesteigert werden, z. B. 165 Teile Nickelsesquioxyd anstatt 149 Teile Nickeloxydul, um denselben Gehalt an Nickel zu ergeben. Wenn Zink und Zinkchlorid zugesetzt, worden sind, wird das geschmolzene Metall 11 in Blöcke gegossen und abkühlen gelassen. Darauf werden 50 bis 99 Teile der Legierung wieder geschmolzen und 50 Teile bis 1 Teil reines Magnesium, vorteilhaft in Stangenform, hinzugegeben.
Das metallische Magnesium lässt man in bekannter Weise unter einer Schichte Holzkohle oder Flussspat und Kochsalz schmelzen und nachdem gut gerührt und abgeschäumt ist, giesst man in entsprechend vorbereitete Sandformen. Zum Rühren wird am besten ein Kohlenstab benutzt, der nicht nur die Beimischung verschiedener Ingredienzien gestattet, sondern auch zufolge der Bildung von Kohlenoxyd die Metalle vor Oxydation schützt.
Das zur Legierung hinzugefügte Magnesium bewirkt die Entfernung von Unreinigkeiten. die in dem benutzten Nickeloxydul enthalten gewesen sein können, und reduziert auch absorbierte Kohlensäure in der Masse, welche Magnesia bildet, und bewirkt das Ausscheiden des Kohlenstoffes in Form von Graphit.
Beispiel 6. In einem in angegebener Weise vorbereiteten Tiegel werden 10 bis 50 1. 9 Nickeloxydul zu Metall reduziert, und zwar nach dem im Beispiel 1 auseinandergesetzten Ver- fahren. In einem anderen Tiegel, der in derselben Weise vorbereitet ist, wird soviel Aluminium,
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Weise vorbereiteter Tiegel wird auf helle Rotglut erhitzt und die Metalle werden in diesen Tiegel zusammengegossen, wobei während des Ausgiessens gut gerührt wird.
Darauf wird die Legierung in entsprechenden Formen zu Blöcken gegossen. 50 bis 99 Teile dieser Legierung von Nickel und Aluminium werden dann in geschmolzenem Zustande mit 50 Teilen bis 1 Teil Magnesium versetzt, d. h. die genannten Mengen der Aluminium-Nickellegierung werden mit einer Magnesiummenge legiert, die gleich ist der Differenz zwischen dem vorgenannten Gewicht und 100. Die Mischung lässt man unter einer Schichte von Kohlenstoff und Weinstein schmelzen und giesst sie nach kräftigem Rühren in passende Formen.
Die besten Resultate werden erhalten, wenn die Legierung in Schalen-oder Sandformen gegossen wird. Bei Benutzung der letzteren empfiehlt sich, eine gute Sandgattung zu verwenden, die nicht schon zum Giessen anderer als der vorliegenden Legierungen benutzt worden ist ; auf jeden Fall müssen die Formen vor dem Gebrauch sorgfältig mit einer Mischung von Kohlenstoff und leichtem Magnesiumoxyd, und zwar in folgenden Verhältnissen eingestaubt werden :
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<tb>
<tb> Leichtes <SEP> Magnesiumoxid <SEP> + <SEP> 25 <SEP> Teile
<tb> Kohlenstoff, <SEP> vorteilhaft <SEP> gepulverte <SEP> Kohle, <SEP> Holzkohle.... <SEP> 75"
<tb>
Die der Erfindung gemäss erzeugte Legierung ist leicht, homogen, fest und dehnbar, nimmt einen hohen Glanz an und kann sowohl heiss als kalt bearbeitet, ferner auch gegossen und gewalzt werden.
Sie widersteht der Wirkung der meisten verdünnten sauren und alkalischen Lösungen. Selbstverständlich müssen alle benutzten Stoffe chemisch rein sein ; die Legierung kann bei anderen als den angegebenen Mengenverhältnissen der Materialien hergestellt werden.
Es ist bekannt, dass die Beschaffenheit vieler Legierungen beim Umgiessen derselben ver- ändert wird und dass Brocken einer Legierung, wenn sie wieder geschmolzen werden, gewöhnlich nicht eine brauchbare Legierung ergeben, wenn nicht eine gewisse Menge frischen Materials zugesetzt wird. So z. B. kann eine Legierung, welche sehr hämmerbar, dehnbar und zähe tat, nach Wiederschmelzen von Materialbrocken eine spröde, nicht bearbeitbare Legierung ergeben. Wenn dagegen die nach vorliegender Erfindung hergestellte Legierung den Brocken oder Abfällen hinzugefügt wird, ergibt sich aus der Verbindung eine Legierung, die in mancherlei Hinsicht die ursprüngliche Legierung übertrifft.
Die bei Herstellung dieser Legierung benutzten Tiegel sollen für diesen speziellen Zweck bereit gehalten werden und dürfen keine zur Herstellung anderer Legierungen benutzte Tiegel verwendet werden. Es empfiehlt sich, für die Ausführung der beschriebenen Arbeitsvorgänge Kippöfen zu verwenden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung einer Legierung von Aluminium, Nickel und Magnesium, dadurch ! ?, "kennzeichnet, dass eine Sauerstoffverbindung des Nickels mittels eines geeigneten Reduktionsmittels zu Metall reduziert, dieses mit Aluminium bei einer Temperatur von 1400 C
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2. A tsfübrunsform des Verfahrens zur Herstellung einer Legierung von Aluminium, Nickel und Magnesium, dadurch gekennzeichnet, dass Aluminium in einem geeigneten Tiegel geschmolzen und abkühlen gelassen wird, hierauf eine Sauerstoffverbindung des Nickels und ein geeignetes Reduktionsmittel zugesetzt, sodann der Tiegel bis zur blendenden Weissglut erhitzt und während des Rührens der geschmolzenen Legierung Magnesium eingetragen wird.