Bereiding van aluminium-moederlegeringen Onderhavige uitvinding betreft een en verbeterde werkwijze voor het bereiken van aluminium-moederlegeringen, en meer in het bijzonder van aluminium - boor-, aluminiumtitaan-,en aluminium-boor - titaan-moederlegeringen,
Dergelijke aluminium-moëdBrlegeringen, met doorgaans een samenstelling van 2,5 tot 7 gewichtsprocent aan titaan en 0,25 tot 1 gewichtsprocent boor, worden heden ten dage vrij algemeen gebruikt als additief voor de industriele bereiding van aluminium en van aluminiumlegeringen, om de korrelgrootte in de verkregen metaalstukken te verfijnen.
De technieken ter verfijning van de korrelgrote
- door toevoeging van boor en/of titaan aan de smelt zijn op zich wel bekend en de theorieën die daaraan ten basis liggen dienen dan ook hier niet te worden aangehaald.
De toepassing van moederlegeringen blijkt daarbij in de praktijk betere resultaten te verschaffen dan oudere methoden waarbij de korrelverfijnende elementen ter plaatste in de gieterij als reduceerbare zouten werden toegevoegd.
Het gebruik van moederlegeringen maakt inderdaad een betere dosering mogelijk van de korrelverfijnende elementen, alsook een automatisatie van de toevoeging, terwijl tegelijk het gebruik van de hygroscopische en/of korrosieve zoutfluxen volgens de oudere methoden wordt vermeden.
Voorzover bekend geschiedt de bereiding van moederlegeringen van aluminium met boor en/of titaan tot nog toe hetzij door het toevoegen van boor- en titaanzouten aan gesmolten aluminium, of door het inbrengen van titaan en boor in "metaal"-vorm in gesmolten aluminium.
Men heeft echter kunnen vaststellen dat deze bekende methoden een onvolledige benutting van de toegevoegde legeringselementen meebrengen, en zich verder ook moeilijk eigenen voor een geschikte dosering van de te bereiden moederlegeringen.
Onderhavige uitvinding heeft nu tot doel deze nadelen van de bekende methoden te vermijden, en zo een praktische methode te verschaffen voor het bereiden van
<EMI ID=1.1>
Men heeft inderdaad gevonden dat
de gewenste legeringselementen door elektrolyse van
<EMI ID=2.1>
worden. De nieuwe werkwijze volgens de uitvinding, voor het bereiden van aluminium- boor-, aluminium-titaan- en/of aluminium-boor-titaan-.
<EMI ID=3.1>
legeringselementen boor en/of titaan door elektrolyse vanuit een bovendri jvende fase van een boor- en/of titaanhoudend gesmolten zout of zoutmengsel, waarin een
<EMI ID=4.1>
worden opgenomen.
<EMI ID=5.1>
gende wijze moederlegeringen van aluminium-titaan met gehalten tot meer dan 10 gewichtsprocent titaan en van aluminium-boor met gehalten tot ongeveer 1 a 2 gewichtsprocent boor te bereiden.
Men heeft echter ook gevonden
dat door elektrolyse van een zoutmengsel dat zowel titaan als boor bevat, deze beide elementen tegelijk
en tevens gemakkelijker en in zeer geschikte proporties, in het aluminium worden opgenomen,
<EMI ID=6.1>
behelst dan ook de bereiding van aluminium - titaan - boor � moederlegeringen door elektrolyse van een titaan- en boorhoudend gesmolten zoutbad.
In overeenstemming met een ondergeschikt kenmerk
<EMI ID=7.1>
legeringen te verkrijgen, met B - gehaltes van de orde van 1-2 gewichtsprocent en Ti - gehaltes van de orde van 5 gewichtsprocent.
Dergelijke legeringen kunnen zonder moeite worden bekomen met bovenstaande uitverkoren uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding.
Het is belangrijk op te merken dat in de werkwijze volgens de uitvinding het opnemen van de leger ingselementen in het aluminium niet gepaard gaat met een stolling van de smelt, maar dat integendeel, op zeer onverwachte wijze, de aluminlumkathode gedurende het gehele elektrolyse-process in vloeibare vorm blijft.
Dit is een zeer interessante eigenschap van
de werkwijze volgens de uitvinding.
Zonder de uitvinding te willen beperken door het formuleren van een bepaalde theorie dienaangaande, menen de uitvinders dat het onverwachte fenomeen van het niet stollen van de aluminiumfase bij het opnemen van de legeringselementen, verklaard zou kunnen worden door het feit dat bij de werkwijze volgens de uitvinding, legeringsdeeljes die aan het oppervlak van de aluminiumkathode door elektrolyse worden gevormd geleidelijk
in het gesmolten aluminium zouden bezinken.
Volgens een nader kenmerk van de uitvinding kan de bovendrijvende fase van gesmolten zout geschikt bestaan uit een wezenlijk inert gesmolten zoutmengsel waarin een of meer zouten, of oxiden, van het of van de
<EMI ID=8.1>
De temperatuur van de werkwijze ligt natuurlijk boven de smelttemperatuur van aluminium (659-660[deg.]C), en de als solvent voor de legeringszouten fungerende smeltzouten moeten dan ook bij temperaturen in die orde van grootte aan bepaalde kriteria beantwoorden : een lage viscositeit en een hoge geleidbaarheid ; een thermodynamische stabiliteit ten opzichte van aluminium;
een beperkte hygroscopiciteit; een densiteit die lager is dan die van aluminium.
Geschikte solventzouten zijn onder andere
<EMI ID=9.1>
procent KC1.
Om de uitverkoren moederlegeringen volgens.
de uitvinding te bereiden, dat is de aluminium-titaanboor moederlegeringen, kan men bij voorkeur een zoutbad gebruiken dat bestaat uit een mengsel van ongeveer 56 gewichtsprocent KC1 en ongeveer 44 gewichtsprocent NaCl, waaraan titaanzout(en) en boorzout(en) (en/of booroxide) in een gewichtsverhouding titaan tot boor van ongeveer
<EMI ID=10.1>
Volgens een bijkomend kenmerk van de uitvinding kan men het best als bron voor het door elektrolyse in
<EMI ID=11.1> tussen ongeveer 3 en 8 Volt; de meest uitverkoren elektrolysespanning ligt echter in de meeste gevallen rondom 5 Volt.
De temperatuur van de werkwijze ligt natuurlijk boven de smelttemperatuur van aluminium (659-6600C) maar ligt bij voorkeur tussen 700 en 900[deg.]C, en meer bepaald tussen 700 en 800[deg.]C.
<EMI ID=12.1>
zich uitermate goed om to t een continu procédé ontwikkeld te worden, door het doorlopend aanvullen van de legeringselementen in het gesmolten zoutbad en het doorlopend aanvoeren van aluminium in het gesmolten
<EMI ID=13.1>
legeringselementen verrijkte stroom vloeibaar aluminium
wordt gewonnen.
<EMI ID=14.1>
volgens de uitvinding bekomen is, alsook elk gebruik
van dergelijke moederlegeringen, zoals met name voor het verfijnen van de korrelgrote bij de industriële bereiding
<EMI ID=15.1>
Nadere kenmerken en bijzonderheden zullen hierna aan de hand van een aantal specifieke voorbeelden worden
<EMI ID=16.1>
voorbeelden enkel bij wijze van illustratieve verduidelijking van de uitvinding worden gegeven en geenszins een beperking van de draagwijdte ervan inhouden, zoals
<EMI ID=17.1>
finieerd.
Voorbeeld 1
Bereiding van aluminium-boor-moederlegeringen <EMI ID=18.1>
De legeringsproeven werden uitgevoerd in een experimentele opstelling met de volgende karakteristieken :
Een elektrolysecel stond opgesteld in een met SiC
<EMI ID=19.1>
een als kathode geschakeld recipient.
Een eerste type recipiënt dat werd gebruikt bestond uit een grafietkroes met aan de buitenzijde een bescher-
<EMI ID=20.1> ander type recipient dat werd toegepast bestond uit een
<EMI ID=21.1>
zout bad in de oven geplaatst en de grafietelectrode in het zoutbad gedoopt.
Na . de elektrolyse wordt de resterende zoutfase afgegoten,
<EMI ID=22.1>
analyse uit-naar de legeringselementen, en eventueel naar koolstof om de invloed van de grafietkroezen na te gaan. Verder onderwerpt men bepaalde monsters aan een elektronen-
<EMI ID=23.1>
voerd voor het bereiden van aluminium-boor-legeringen waarbij telkens verschillende samenstellingen van het zout-
<EMI ID=24.1>
ongeveer 100 g en het gesmolten zoutbad bevatte óngeveér
50 g boorzout in een solvent van gesmolten zouten.
Voor de diverse proeven worden in tabel I telkens de
<EMI ID=25.1>
de anlyse.naar boor en koolstof van de verkregen Al-Blegering gegeven, alsook het gewicht van het eventuele residu.
<EMI ID=26.1>
<EMI ID=27.1>
<EMI ID=28.1>
<EMI ID=29.1>
de produkten die verkregen werden in Co-kroezen.
In legeringen afkomstig uit grafietkroezen
<EMI ID=30.1>
niet kon worden aangetoond.
Voorbeeld 2
<EMI ID=31.1>
gewicht van ongeveer 100 g en de gesmolten zoutbaden bevatten ongeveer 50 g titaanzout in een solvent van diverse gesmolten zouten.
Voor de verschillende proeven worden de voorwaarden en resultaten in tabel II weergegeven.
<EMI ID=32.1>
Voorbeeld 3
Bereiding van aluminiuin-boor-ti taan-moeder leger Ingen.
<EMI ID=33.1>
werden een aantal aluminium-boor-titaan-legeringen bereid.
<EMI ID=34.1>
gewicht van ongeveer 100 g en de diverse gesmolten zoutbaden bevatten in totaal ongeveer 50 g boor- en titaanzouten.
<EMI ID=35.1>
<EMI ID=36.1>
<EMI ID=37.1>
<EMI ID=38.1>
en resultaten in tabel III weergegeven.
Uit deze proeven blijkt dat door het
<EMI ID=39.1>
hogere B-gehalten bereikt kunnen worden dan wanneer enkel B-zouten worden geëlektrolyseerd. Bovendien is het hierdoor mogelijk ook vrij hoge Ti-gehalten te bereiken.
Het metallografisch onderzoek van de
<EMI ID=40.1>
worden.
Uit thermodynamische berekeningen kan men
<EMI ID=41.1>
het gebruik van grafietkroezen geen bezwaar vormt.
<EMI ID=42.1>
<EMI ID=43.1>
<EMI ID=44.1>
The present invention relates to an improved process for achieving aluminum master alloys, and more particularly aluminum - boron, aluminum titanium, and aluminum boron - titanium master alloys,
Such aluminum-alloy alloys, usually having a composition of from 2.5 to 7 weight percent of titanium and 0.25 to 1 weight percent of boron, are quite commonly used today as an additive for the industrial production of aluminum and aluminum alloys, in order to improve grain size in refine the metal pieces obtained.
The techniques for refining the grain size
- by the addition of boron and / or titanium to the melt are known per se, and the theories that underlie them should therefore not be cited here.
The use of master alloys has been found to provide better results in practice than older methods in which the grain-refining elements were added on site in the foundry as reducible salts.
Indeed, the use of master alloys allows a better dosing of the grain refining elements, as well as an automation of the addition, while at the same time avoiding the use of the hygroscopic and / or corrosive salt fluxes according to the older methods.
As far as is known, the preparation of aluminum master alloys with boron and / or titanium has hitherto been effected either by adding boron and titanium salts to molten aluminum, or by introducing titanium and boron in "metal" form in molten aluminum.
However, it has been found that these known methods involve incomplete utilization of the added alloying elements, and are furthermore difficult to appropriate for a suitable dosage of the master alloys to be prepared.
The present invention now aims to avoid these drawbacks of the known methods, and thus provide a practical method for preparing
<EMI ID = 1.1>
It has indeed been found that
the desired alloying elements by electrolysis of
<EMI ID = 2.1>
turn into. The new method according to the invention, for preparing aluminum boron, aluminum titanium and / or aluminum boron titanium.
<EMI ID = 3.1>
alloying elements of boron and / or titanium by electrolysis from an upper phase of a drilling and / or titanium-containing molten salt or salt mixture, in which a
<EMI ID = 4.1>
be included.
<EMI ID = 5.1>
In this way, prepare master alloys of aluminum-titanium with contents of more than 10% by weight of titanium and of aluminum boron with contents of up to about 1 to 2% by weight of boron.
However, it has also been found
that by electrolysis of a salt mixture containing both titanium and boron, these two elements simultaneously
and also be incorporated into the aluminum more easily and in very suitable proportions,
<EMI ID = 6.1>
therefore includes the preparation of aluminum - titanium - boron � parent alloys by electrolysis of a molten salt bath containing titanium and boron.
In accordance with a minor characteristic
<EMI ID = 7.1>
alloys having B contents of the order of 1-2 weight percent and Ti contents of the order of 5 weight percent.
Such alloys can be obtained without difficulty with the above preferred embodiment of the method according to the invention.
It is important to note that in the method according to the invention the inclusion of the alloying elements in the aluminum is not accompanied by a solidification of the melt, but on the contrary, in a very unexpected way, the aluminum cathode in the entire electrolysis process liquid form.
This is a very interesting feature of
the method according to the invention.
Without wishing to limit the invention by formulating a particular theory in this regard, the inventors believe that the unexpected phenomenon of the solidification of the aluminum phase when incorporating the alloying elements could be explained by the fact that in the method according to the invention , alloy particles formed on the surface of the aluminum cathode by electrolysis gradually
would settle in the molten aluminum.
According to a further inventive feature, the supernatant phase of molten salt may suitably consist of a substantially inert molten salt mixture in which one or more salts, or oxides, of the or of the
<EMI ID = 8.1>
The temperature of the process is of course above the melting temperature of aluminum (659-660 [deg.] C), and the melting salts acting as a solvent for the alloy salts must therefore meet certain criteria at temperatures in the order of magnitude: low viscosity and high conductivity; thermodynamic stability to aluminum;
limited hygroscopicity; a density lower than that of aluminum.
Suitable solvent salts include
<EMI ID = 9.1>
percent KC1.
To the chosen parent alloys according to.
To prepare the invention, which is the aluminum-titanium boron master alloys, it is preferable to use a salt bath consisting of a mixture of about 56 weight percent KCl and about 44 weight percent NaCl, containing titanium salt (s) and boron salt (s) (and / or boron oxide) in a titanium to boron weight ratio of about
<EMI ID = 10.1>
According to an additional feature of the invention, it is best to use it as a source of electrolysis
<EMI ID = 11.1> between about 3 and 8 Volts; the most preferred electrolysis voltage is in most cases around 5 volts.
The temperature of the process is of course above the melting temperature of aluminum (659-6600C), but is preferably between 700 and 900 [deg.] C, and more particularly between 700 and 800 [deg.] C.
<EMI ID = 12.1>
is extremely good to be developed into a continuous process, by continuously replenishing the alloying elements in the molten salt bath and continuously supplying aluminum in the molten
<EMI ID = 13.1>
alloy elements enriched flow of liquid aluminum
is won.
<EMI ID = 14.1>
according to the invention, as well as any use
of such master alloys, such as in particular for refining the grain size in industrial preparation
<EMI ID = 15.1>
Further features and particulars will be described below on the basis of a number of specific examples
<EMI ID = 16.1>
examples are given by way of illustrative illustration of the invention only and do not in any way limit its scope, such as
<EMI ID = 17.1>
fined.
Example 1
Preparation of aluminum boron master alloys <EMI ID = 18.1>
The alloy tests were conducted in an experimental setup with the following characteristics:
An electrolytic cell was set up in an with SiC
<EMI ID = 19.1>
a recipient connected as a cathode.
A first type of container used consisted of a graphite crucible with a protective outer shell
<EMI ID = 20.1> other type of container used was a
<EMI ID = 21.1>
salt bath placed in the oven and dipped the graphite electrode into the salt bath.
Na. the electrolysis is drained off the remaining salt phase,
<EMI ID = 22.1>
analyze the alloying elements, and possibly carbon, to determine the influence of the graphite crucibles. Furthermore, certain samples are subjected to an electron
<EMI ID = 23.1>
for the preparation of aluminum boron alloys in which different compositions of the salt
<EMI ID = 24.1>
about 100 g, and the molten salt bath contained about 9 g
50 g of drilling salt in a solvent of molten salts.
Table I shows the
<EMI ID = 25.1>
the analysis given to boron and carbon of the obtained Al-Blegering, as well as the weight of any residue.
<EMI ID = 26.1>
<EMI ID = 27.1>
<EMI ID = 28.1>
<EMI ID = 29.1>
the products obtained in Co-crucibles.
In alloys from graphite crucibles
<EMI ID = 30.1>
could not be demonstrated.
Example 2
<EMI ID = 31.1>
weight of about 100 g and the molten salt baths contain about 50 g of titanium salt in a solvent of various molten salts.
The conditions and results are shown in Table II for the various tests.
<EMI ID = 32.1>
Example 3
Preparation of aluminum boron titanium mother army Ingen.
<EMI ID = 33.1>
a number of aluminum boron-titanium alloys were prepared.
<EMI ID = 34.1>
weight of about 100 g and the various molten salt baths contain in total about 50 g of boron and titanium salts.
<EMI ID = 35.1>
<EMI ID = 36.1>
<EMI ID = 37.1>
<EMI ID = 38.1>
and results are presented in Table III.
These tests show that by
<EMI ID = 39.1>
higher B levels can be achieved than if only B salts are electrolyzed. Moreover, it is hereby also possible to achieve fairly high Ti contents.
The metallographic investigation of the
<EMI ID = 40.1>
turn into.
From thermodynamic calculations one can
<EMI ID = 41.1>
the use of graphite crucibles is no objection.
<EMI ID = 42.1>
<EMI ID = 43.1>
<EMI ID = 44.1>