DE102009005537A1 - Method of modifying molten metals - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Modifizieren von Metallschmelzen durch Zugabe von Partikeln zur Metallschmelze. Um ein neues Verfahren für das Modifizieren von Metallschmelzen durch Zugabe von Partikeln zur Metallschmelze zu schaffen, bei dem die Partikel beim Abkühlen der Metallschmelze nicht aus dieser ausgetragen werden, wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, daß die Partikel vor der Zugabe zu der Metallschmleze mit einem metallischen Überzug versehen werden, wobei der Schmelzpunkt des metallischen Überzugs über dem der Metallschmelze liegt. Im Rahmen der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen, mit dem die Eigenschaften der Metallschmelze und somit auch des resultierenden Metalls verändert werden können.The invention relates to a method for modifying molten metal by adding particles to the molten metal. In order to provide a new method for modifying molten metal by addition of particles to the molten metal, in which the particles are not discharged from it during the cooling of the molten metal, it is proposed in the invention that the particles before being added to the Metallschmleze with a metallic coating are provided, wherein the melting point of the metallic coating is above the molten metal. In the context of the invention, a method is provided with which the properties of the molten metal and thus also of the resulting metal can be changed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Modifizieren von Metallschmelzen durch Zugabe von Partikeln zur Metallschmelze.The The invention relates to a method of modifying molten metals by adding particles to the molten metal.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zum Modifizieren von Metallen durch Zugabe von Partikeln, insbesondere Nanopartikeln, bekannt.Out The prior art discloses methods for modifying metals by addition of particles, in particular nanoparticles, known.
Im Allgemeinen werden Sintermetallpulver mit Nanopartikeln versetzt und gemeinsam versintert. Dieses Verfahren ist jedoch sehr aufwendig und kostenintensiv und nicht für große Bauteile geeignet.in the In general, sintered metal powders are mixed with nanoparticles and sintered together. However, this method is very expensive and costly and not for size Components suitable.
Das Einarbeiten von Nanopartikel in Metallschmelzen ist problematisch, da die Partikel beim Erstarren der Metallschmelze wieder aus dieser ausgetragen werden und sich als Schlacke an der Oberfläche absetzen. Dies geschieht unabhängig von der Größe der zugegebenen Partikel.The Incorporation of nanoparticles in molten metals is problematic because the particles on solidification of the molten metal again from this be discharged and settle as slag on the surface. This happens independently the size of the added Particle.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren für das Modifizieren von Metallschmelzen durch Zugabe von Partikeln zur Metallschmelze zu schaffen, bei dem die Partikel beim Abkühlen der Metallschmelze nicht aus dieser ausgetragen werden.Of the Invention is therefore the object of a new method for the Modifying molten metal by adding particles to the To create molten metal, in which the particles on cooling the Molten metal can not be discharged from this.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Partikel vor der Zugabe zu der Metallschmelze mit einem metallischen Überzug versehen werden, wobei der Schmelzpunkt des metallischen Überzugs über dem der Metallschmelze liegt.These Task is inventively characterized solved, that the Provide particles with a metallic coating before adding to the molten metal wherein the melting point of the metallic coating is above that of the molten metal lies.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Vorliegen eines auch in der Metallschmelze weiterhin bestehenden metallischen Überzugs auf den Partikeln, dessen chemische Zusammensetzung möglichst der Zusammensetzung der Metallschmelze ähnelt bzw. mit dieser kompatibel ist, die Partikel beim Erstarren der Metallschmelze fest und homogen in diese eingebunden werden, da sie nach außen – zur Metallschmelze – hin ja entsprechende metallische Eigenschaften aufweisen.Of the Invention is based on the finding that in the presence of one in the molten metal still existing metallic coating on the particles, their chemical composition as possible the composition of the molten metal is similar or compatible with this is, the particles during solidification of the molten metal solid and homogeneous be involved in this, since they outward - the molten metal - yes have corresponding metallic properties.
Voraussetzung hierfür ist lediglich, daß die Partikel hochtemperaturstabil sind.requirement therefor is just that the particles are high temperature stable.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Partikelgröße der Partikel im Mikrometer-, Submikrometer- oder im Nanometerbereich liegt.A preferred embodiment the invention is that the Particle size of the particles in the Micrometer, submicrometer or nanometer range.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der metallische Überzug auf den Partikeln durch elektrochemische Verfahren (z. B. Redoxreaktionen, galvanische Verfahren) oder durch Plasmaverfahren aufgebracht wird.It is within the scope of the invention, that the metallic coating on the particles by electrochemical processes (eg redox reactions, galvanic process) or by plasma process is applied.
Zur Erfindung ist weiterhin gehörig, daß der Schmelzpunkt des metallischen Überzugs mindestens 20°C, vorzugsweise 100 bis 800°C über dem Schmelzpunkt der Metallschmelze liegt.to Invention is still proper, that the melting point of the metallic coating at least 20 ° C, preferably 100 to 800 ° C above the melting point the molten metal lies.
Hierdurch wird sichergestellt, daß der metallische Überzug auf dem Partikel erhalten bleibt, während sich der Partikel in der Metallschmelze befindet. Eine Umlegierung des metallischen Überzugs der Nanopartikel kann u. U. in der Schmelze erfolgen, ohne die Stabilität des Gesamtsystems zu beeinflussen.hereby will ensure that the metallic coating retained on the particle while the particle in the molten metal is located. A reorganization of the metallic coating the nanoparticles may u. U. in the melt, without the stability of the overall system to influence.
Im Falle amorpher oder teilamorpher Überzüge ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Glasübergangstemperatur Tg des Metallüberzugs unterhalb der Temperatur der Metallschmelze liegt, so dass durch die partielle Erweichung der Oberfläche eine Legierungsbildung zwischen Metallschmelze und Oberflächenphase eintreten kann, auch als Gradient.in the Trap of amorphous or partially amorphous coatings is provided according to the invention, that the Glass transition temperature Tg of the metal plating below the temperature of the molten metal, so that the partial softening of the surface is an alloy formation can occur between molten metal and surface phase, too as a gradient.
Unter Zugrundelegung der Schmelztemperatur der Metallschmelze und in Kenntnis der beiden vorgenannten Kriterien kann der Fachmann das jeweils geeignete Material für den metallischen Überzug bestimmen. Hierbei ist zu beachten, daß der Metallüberzug auf dem Partikel nicht oder nur schwer in der Metallschmelze löslich ist.Under On the basis of the melting temperature of the molten metal and in knowledge Of the two aforementioned criteria, the skilled artisan each suitable material for the metallic coating determine. It should be noted that the metal coating on the particle is not or only with difficulty soluble in the molten metal.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, daß der Anteil an Partikeln in der Metallschmelze 0,1 bis 75 Gew.-%, bevorzugt zwischen 1 und 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 bis 40 Gew.-% beträgt.in the The invention provides that the proportion of particles in the molten metal 0.1 to 75 wt .-%, preferably between 1 and 50 wt .-%, particularly preferably 2 to 40 wt .-% is.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß eine oder mehrere physikalische oder chemische Eigenschaften, insbesondere die Härte, das Elastizitätsmodul, die elektrischen Eigenschaften, die magnetischen Eigenschaften, die elektrische Leitfähigkeit, die thermische Leitfähigkeit, die Duktilität, der Reibbeiwert, der Schmelzpunkt, die Verzunderungstendenz oder die Korrosionstendenz modifziert werden.It is within the scope of the invention that one or more physical or chemical properties, in particular the hardness, the modulus of elasticity, the electrical properties, the magnetic properties, the electrical conductivity, the thermal conductivity, the ductility, the friction coefficient, the melting point, the scaling tendency or the corrosion tendency to be modified.
Beispielsweise kann die Härte von Gegenständen aus Gold oder Goldlegierungen erhöht werden, Stähle mit geringerem Gewicht und größerer Härte oder Elastizität erzeugt werden, Metalle mit einem Korrosions-, Zunder- oder Anlaufschutz versehen werden, eine Änderung der elektrischen und magnetischen Eigenschaften bis hin zu superparamagnetischen Eigenschaften, eine veränderte Verarbeitungsfähigkeit oder aber tribologisch wirksame Partikel in eine Metallschmelze bzw. das daraus resultierende Metall eingearbeitet werden.For example can the hardness of objects be increased from gold or gold alloys, steels with lighter weight and greater hardness or elasticity be produced, metals with a corrosion, scale or tarnish protection be provided, a change the electrical and magnetic properties up to superparamagnetic Properties, an altered processability or tribologically active particles in a molten metal or the resulting metal to be incorporated.
Das erfindungsgemäß Verfahren eignet sich zur Herstellung von Metallerzeugnissen, insbesondere von Stahlerzeugnissen.The according to the invention is suitable for the production of metal products, in particular of steel products.
Dies können Stangen, Röhren, Motor- und Fahrzeugteile, Bleche, Bauteile oder Baugruppen sein für den Maschinenbau, den Fahrzeugbau, das Bauwesen, die Verfahrenstechnik, die Luft- und Raumfahrt, die Kraftwerkstechnik, die Elektrotechnik, die Medizintechnik, die Sportartikelindustrie, den Garten- und Landschaftsbau, den Werkzeugbau, den Landmaschinenbau, die Möbelindustrie, die Hausgeräteindustrie, die Haushaltsgeräteindustrie, die Spielzeug- und Sportartikelindustrie, die Campingindustrie, das Bauwesen, die Heizungs- und Klimatechnik, die Fördertechnik, für Ölplattformen, Schmuck, Verkehrswege, Krane, Sanitärartikel sowie die Beleuchtungstechnik.This can Rods, tubes, Engine and vehicle parts, sheets, components or assemblies for the Mechanical engineering, vehicle construction, construction, process engineering, Aerospace, power plant technology, electrical engineering, medical technology, the Sporting goods industry, gardening and landscaping, toolmaking, Agricultural machinery, the furniture industry, the home appliance industry, the household appliance industry, the toy and sporting goods industry, the camping industry, the building industry, the heating and air conditioning technology, the conveyor technology, for oil rigs, Jewelry, traffic routes, cranes, sanitary ware and lighting technology.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The The invention will be explained in more detail with reference to embodiments.
Beispiel 1example 1
100 g Al Pulver mit Partikelgrößen von 1–10 μm werden mit 100 g Butylglykol versetzt und kräftig verrührt. Hierzu gibt man 30 g Chrom(III)nitrat als Feststoff. Man erhitzt auf 130°C und rührt die Suspension 24 h. Danach wird das Lösungsmittel im Vakuum abgezogen und die erhaltene Paste 20 min auf 600°C erhitzt. Dabei reagiert das Chromsalz mit dem Aluminium zu Chrom und Aluminiumoxid. Gibt man diese chrombeschichteten Aluminiumoxidpartikel in eine metallische Eisenschmelze in einer Konzentration von 10 Gew.-%, so verteilen sich die Partikel homogen und bilden auch nach dem Erstarren der Schmelze eine homogene Verteilung von Aluminiumoxidpartikeln in Chrom-Eisen-Legierung.100 g Al powder with particle sizes of Be 1-10 microns mixed with 100 g of butyl glycol and stirred vigorously. To this is added 30 g of chromium (III) nitrate as a solid. The mixture is heated to 130 ° C and the suspension is stirred for 24 h. After that becomes the solvent removed in vacuo and the resulting paste heated to 600 ° C for 20 min. The chromium salt reacts with the aluminum to form chromium and aluminum oxide. Are these chromium-coated aluminum oxide particles in one metallic iron melt in a concentration of 10% by weight, so the particles are distributed homogeneously and also form after the Solidification of the melt a homogeneous distribution of alumina particles in chromium-iron alloy.
Beispiel 2Example 2
100 g Mg Pulver mit Partikelgrößen von 1–10 μm werden mit 100 g Butylglykol versetzt und kräftig verrührt. Hierzu gibt man 30 g Fe(II)nitrat als Feststoff. Man erhitzt auf 130°C unter Rühren. Es setzt eine spontane Reaktion ein, wobei die Mg Partikel sich zu Magnesiumoxid umwandeln, während sich an der Oberfläche Eisen bildet. Danach wird das Lösungsmittel im Vakuum abgezogen. Gibt man diese eisenbeschichteten Magnesiumoxidpartikel in einer Konzentration von 20 Gew.-% in eine metallische Kupferschmelze (Schmelzpunkt 1084,4°C), so verteilen sich die Partikel homogen und bilden auch nach dem erstarren der Schmelze eine homogene Verteilung von Magnesiumoxidpartikeln in einer Eisen-Kupferlegierung.100 g Mg powder with particle sizes of Be 1-10 microns mixed with 100 g of butyl glycol and stirred vigorously. To this is added 30 g of Fe (II) nitrate as a solid. The mixture is heated to 130 ° C with stirring. It sets a spontaneous Reaction whereby the Mg particles convert to magnesium oxide, while on the surface Iron forms. Thereafter, the solvent deducted in vacuo. Are these iron-coated magnesium oxide particles in a concentration of 20% by weight in a metallic copper melt (Melting point 1084.4 ° C), so the particles are distributed homogeneously and also form after the solidify the melt a homogeneous distribution of magnesium oxide particles in an iron-copper alloy.
Beispiel 3Example 3
100 g einer wässrigen Aluminiumoxid Nanopulversuspension mit 20 Gew.-% Feststoff werden mit 5 g Natriumthiosulfat und 20 g Au2S versetzt und 24 h unter erhitzen auf 80°C gerührt. Danach werden die goldbeschichteten Nanopartikel im Vakuum vom Lösungsmittel befreit. Gibt man diese goldbeschichteten Aluminiumoxidnanopartikel in eine metallische Silberschmelze in einer Konzentration von 20 Gew.-%, so verteilen sich die Partikel homogen und bilden auch nach dem Erstarren der Schmelze eine homogene Verteilung von Aluminiumoxidpartikeln in einer Gold-Silber-Legierung.100 g of an aqueous aluminum oxide nanopowder suspension with 20 wt .-% solids are mixed with 5 g of sodium thiosulfate and 20 g of Au 2 S and stirred for 24 h while heating to 80 ° C. Thereafter, the gold-coated nanoparticles are freed from the solvent in vacuo. If these gold-coated Aluminiumoxidnanopartikel in a metallic silver melt in a concentration of 20 wt .-%, so the particles are distributed homogeneously and form a homogeneous distribution of alumina particles in a gold-silver alloy even after solidification of the melt.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
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Effective date: 20140801 |