DE105502C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 40: Hüttenwesen.

Dr. LUDWIG MACH in JENA. Aluminium-Magnesium-Legirung.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 12. November 1898 ab.

Die werthvollste Eigenschaft des Aluminiums, sein geringes specifisches Gewicht (2,(14), konnte bisher nicht in dem gewünschten Mafse ausgenutzt werden, weil es unmöglich ist, das reine Aluminium mit schneidenden Werkzeugen sauber zu bearbeiten. Die bearbeiteten Flachen zeigen Risse, die Späne bestehen aus kurzen Splitterchen, die Werkzeuge schneiden nicht, sondern reifsen. Feilen verschmieren sich nach wenigen Strichen, so dafs die die Feile führende Hand mehr das Gefühl eines fruchtlosen Reibens hat, als das des Abhobeins von Spänchen. In dieser Beziehung steht das reine Aluminium selbst den Eigenschaften des reinen Kupfers noch nach, das bekanntlich der Bearbeitung schon grofse Schwierigkeiten entgegensetzt.

Seit Jahren ist man daher bestrebt gewesen, durch Zusatz von Schwermetallen, wie Kupfer, Nickel u. s. w., die technologischen Eigenschalten des Aluminiums zu verbessern, natürlich nicht ohne ' eine entsprechende Erhöhung des specifischen Gewichts mit in den Kauf zu nehmen. Obgleich hiermit der Hauptvorzug des Aluminiums zum Theil preisgegeben wurde, entsprach die erzielte Verbesserung nicht den Erwartungen, weil es nicht möglich war, an Arbeitsstücken aus diesen, zwar jetzt vielfach gebräuchlichen Aluininium-Legirungen, wie z. B. Aluminium mit 6 pCt. Kupfer, saubere Flächen zu drehen, zu hobeln, zu fräsen oder scharfgängige, nicht »schmierende«, also widerstandsfähige Gewinde zu schneiden. Ebenso war eine saubere Bearbeitung mit feinen Feilen ausgeschlossen.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine AIuminiuiri-Legirung, welche die Bearbeitung durch schneidende Werkzeuge in vollkommenster Weise zuläfst und dabei das specifische Gewicht des reinen Aluminiums herabsetzt.

Durch zahlreiche Versuche hat der Erfinder festgestellt, dafs das specifische leichtere Magnesium (i,₇₄) in gewissem Verhältnifs mit Aluminium legirt, dem letzteren alle die Vorzüge hinsichtlich der mechanischen Bearbeitung und der Festigkeit verleiht, welche dem Aluminium im reinen Zustande fehlen.

Versuche, Aluminium mit Magnesium zu legiren, sind bereits zu der Zeit begonnen worden, als das Aluminium entdeckt würde.

Wo hler (vergl. Annalen der Chemie und Pharmacie 1866, Band 138, Seite 253) stellte zwei Legirungen der genannten Metalle her. Zu der ersten Legirung nahm Wühler Al und Mg im Verhältnifs gleicher Aequivalentgewichte (27,5: 12) und erhielt eine zinnweifse, äufserst spröde, im Bruch splitterige Masse, von der Stücke sich bei Glühhitze entzünden liefsen und wie Magnesium mit weifser Flamme fortbrannten. Für die zweite Legirung wurde Al und Mg im Verhältnifs von 4 Aequivalenten Mg und ι Aequivalent Al genommen,, und es entstand eine halbgeschmeidige Masse, welche, vielleicht durch innig eingeschmolzenes Chlornatrium, die sonderbare Eigenschaft, hatte, in Wasser im Verlauf eines Tages ohne Wasserstoffentwickelung zu dünnen Metallblättern zu zerfallen.

Die Vorstellung, welche Wo hl er über die von ihm dargestellten beiden Legirungen gewann, fafste er dahin zusammen: »Beide Legirungen sind offenbar Gemenge, die eine in Salmiaklösung und kalter Natronlauge un-

lösliche bestimmte Verbindung eingeschmolzen enthalten. In Salmiaklösung entwickeln beide heftig Wasserstoffgas unter Abscheidung eines zinnweifsen, stark glänzenden Metallpulvers. Die Lösung enthält viel Magnesia, und die von der Aluminium reicheren ist stark trübe von einem Magnesiaaluminat.

Parkinson (Journal of the Chemical Society [5] 117 und Journal für praktische Chemie, Band 101, Seite 375, 1867) kommt nach seinen Versuchen mit Magnesium-Legifungen zu dem Urtheil: »Keine der Magnesium-Aluminium-Legirungen verhelfst irgend eine praktische Anwendbarkeit in' den Künsten«, und zwar, was besonders hervorgehoben wird, zu einer Zeit, zu welcher die Versuche von Wo hler schon lange bekannt waren.

Das Urtheil aller Fachmänner, welche sich seit der Entdeckung des Aluminiums mit der Herstellung einer Aluminium-Magnesium-Legirung befafst und deren Eigenschaften studirt haben, lautet demnach übereinstimmend dahin, dafs eine solche Legirung spröde, unansehnlich, nicht luft- und wasserbeständig sei, so .dafs sie keinerlei praktische Verwendung verspreche. Sogar bis auf die heutige Zeit ist dieser Standpunkt unverändert geblieben. Als Beweis dafür dient der Umstand, dafs ein moderner Autor, wie Richards, welcher die Aluminiumfrage eingehend behandelt hat, in seinem Werke »Aluminium«, Auflage II, 1890, Seite 400, über die Legirung des Aluminiums mit Magnesium nichts anderes zu erwähnen hat, als die Versuche und Ergebnisse von Wohl er, indem er dieselben Zusammensetzungen Al₂ Mg (Legirung mit 69,2 pCt. Al) und Mg₂ Al (Legirung mit 36 pCt. Al) und dasselbe Resultat wie Wöhler zieht, und dieses zu einer Zeit, in welcher die wirthschaftliche Bedeutung des Aluminiums im Gegensatz zu der Zeit Wo hler's aufser Frage steht.

Die Gründe, aus welchen die genannten Arbeiten, welche sich mit der Herstellung einer brauchbaren Arbeitslegirung aus Aluminium und Magnesium beschäftigen, zu einem fruchtlosen Ergebnifs führten, sind darin zu suchen, dafs zunächst von keinem Forscher der Einflufs erkannt wurde, welchen, wie weiter unten beschrieben werden soll und vom Erfinder durch hergestellte Proben bewiesen worden ist, das Magnesium, in ganz bestimmten Verhältnissen zugesetzt, auf die Bearbeitungsfä'higkeit des Aluminiums ausübt,, dafs ferner in dieser mangelnden Erkenntnifs diese Beziehung zwischen dem Aluminium und Magnesium überhaupt nicht untersucht und die zur Erzielung der genannten Eigenschaften nothwendige Gröfse des Zusatzes an Magnesium in systematischer Versuchsreihe nicht untersucht werden konnte. Sfaii ctev.en begnügte sich Wöhler, der Einzige, welcher überhaupt Mischungsverhältnisse (übrigens von Richards in dem bereits angeführten Werk »Aluminium« übereinstimmend wiederholt) angiebt, damit, nur beide Metalle in gleichem oder einem Vielfachen der Aequivalentgewichte zu mischen, also, wie weiter unten ersichtlich werden wird, weit jenseits derjenigen Grenze anfing und sich von dieser entfernte (anstatt sich derselben zu nähern), welche überhaupt für die Bearbeitungsfä'higkeit in Frage kommt.

Schliefslich ist ein dritter Grund für das Mifslingen der früheren Versuche darin zu suchen, dafs die beiden Componenten der Legirung nicht in der Reinheit verfügbar waren, welche unbedingt nothwendig ist, sondern¹ wahrscheinlich Spuren von aus der Herstellungsweise des Aluminiums herrührendem Natrium, Kohlenstoff oder Stickstoff enthielten. Diese Annahme liegt deshalb nahe, weil einerseits Wöhler angiebt, dnfs seine Legirung in Wasser zersetzt wurde, und ferner Muspratt in dem bereits angeführten Werke den schädlichen Einflufs der Luft und des Wassers ebenfalls, und zwar auf Grund von anderer Seite gemachter Versuche erwähnt, während aus den Versuchen des Erfinders, welche mit chemisch reinem Aluminium und Magnesium angestellt wurden, hervorgeht, dafs eine solche Aluminium-Magnesium-Legirung absolut luft- und wasserbeständig ist.

Diese Thatsachen, angesichts des Ursprunges des von Wöhler zur Aluminium-Magnesium-Legirung verwendeten Aluminiums, welches er zuerst (1827) durch Glühen von Aluminiumchlorid mit Kalium in Form eines grauen Pulvers und' später durch Einwirkung von Dämpfen von Aluminiumchlorid auf erhitztes Natrium und Kalium in kleinen Kügelchen erzielt, berechtigen zu der Annahme, dafs die Wöhler'sche Legirung und die später hergestellten Legirungen, welche dieselben Nachtheile zeigten, die genannten Verunreinigungen von Natrium enthielten.

Auch das lange nach Wöhler hergestellte Aluminium zeigte starke Beimengungen. 1854 reducfrte Bunsen mit Hülfe des galvanischen Stromes das Doppelsalz von Aluniiniumchlorid und Chlornatrium, wodurch er das Aluminium gleichfalls 'in Pulverform erhielt. Durch die Bemühungen von St. Ciaire Deville wurde 1856 nach ähnlichen Methoden Aluminium fabrikmäfsig hergestellt, und zwar durch Reduction von Aluminiumnalriumchlorid, zum Theil unter Zuschlag von Kryolith mittelst Natrium. Erst durch das elektrolytische Verfahren der letzten Jahre ist es möglich, wirklich reine Metalle darzustellen.

Durch zahlreiche Versuche ist nun der Erfinder zu der Erkenntnifs gelangt, dafs, wenn zu dem Aluminium in reinem Zustande, frei von jeder Verunreinigung (hauptsächlich an

Natrium, Kohlenstoff, Stickstoff), Magnesium in einem weit unter den Grenzen liegenden Verhältnifs zugesetzt wird, bei welchen Wo hler anfing, die Aluminium - Magnesium - Legirung eine ausgezeichnete Bearbeitungsfähigkeit erhält.

Diese Versuche haben im Besonderen ergeben, dafs, um die angegebenen Eigenschaften zu erzielen, nicht weniger als 10 und nicht mehr als 30 Gewichtstheile Magnesium auf 100 Gewichtstheile Aluminium zugesetzt werden dürfen, und dafs ein Verhältnifs von 10 bis 25 Theilen Magnesium auf 100 Theile Aluminium am günstigsten wirkt. Wohl er dagegen verwendet, auf diese Verhältnisse umgerechnet, auf 100 Theile Aluminium 44,44+ . . . Theile Mg und ferner bei der zweiten Legirung auf 100 Theile Aluminium 187 Theile Mg.. Ein über .30 liegender Zusatz von Mg zu 100 Theilen Al macht die Legirung spröde, wie Wöhler bereits bestätigte.

Legirt man 100 Theile Aluminium mit 10 Theilen Magnesium, so besitzt die Legirung dieselben mechanischen Eigenschaften, wie gewalztes Zink. Eine Legirung von 100 Theilen Aluminium mit 15 Theilen Magnesium entspricht einem guten Messinggufs. Kommen auf 100 Theile Aluminium 20 Theile Magnesium , so besitzt das Metall die Eigenschaften eines weichen Rothgusses oder hartgezogenen Messingdrahtes, während bei 25 Theilen Magnesium auf 100 Theile Aluminium die Legirung bezüglich ihrer mechanischen Eigenschaften dem gewöhnlichen Rothgufs entspricht.

Diese Legirung kann so wie Reinaluminium in dünnflüssigem Zustande gegossen werden. Von den Gufsstücken kann man bei der Bearbeitung lange, gewundene Spanlocken wie beim Messing nehmen. Die abgedrehten Flächen sind spiegelglatt und silberglänzend. Es ist möglich, Gewinde mit tiefem, scharfem Profil zu schneiden; die Bohrungen fallen sehr rein aus. Die Feile erzeugt einen schönen, regelmäfsigen, sauberen Strich, ohne zu reifscn und sich zu verschmieren. Man hört beim Feilen das gewohnte charakteristische Geräusch. Bisher konnte man beim Aluminium nur grobe oder mittlere Feilen anwenden, natürlich auf Kosten der Genauigkeit; diese Legirung gestattet aber auch die Benutzung der feinsten Feilen.

Reines Aluminium kann man mit einem Messer wie Zink schneiden, während die neue Legirung sich auch unter der Messerschneide wie ein Rotbgufsslück verhält. Doch sind besonders die weicheren Legirungen (100 Al und 10 bis 15 Mg) sehr ductil, lassen "sich kalt schmieden, zu Blech walzen, zu Röhren und Draht ausziehen, besitzen also auch hoch diese so sehr werthvollen Eigenschaften des Reinaluminiums.

Die Härte und die Festigkeit der neuen Legirung sind so bedeutend, dafs man aus ihr auch Achsen, Hahnwirbel u. s. w. anfertigen kann. Die Politur läfst sich bis zum Hochglanz bringen und ist von aufserordentlicher Widerstandskraft gegen den Einflufs der Atmosphäre. Die Farbe der Legirung ist fast silberweifs, im Gegensatz zu dem etwas unscheinbar (grau) gefärbten Aluminium. Aufser diesen werthvollen Eigenschaften der Bearbeitungsfähigkeit hat diese Aluminium -Magnesium-Legirung den unschätzbaren Vorzug, dafs das specifische Gewicht des Reinaluminiums nicht nur nicht erhöht, sondern herabgesetzt wird.

Man kann dieser Aluminium-Magnesium-Legirung Schwermetalle und· Legirungen von solchen, wie Kupfer, Nickel, Wolfram und Neusilber, hinzufügen, doch wird ein solcher Zusatz, wenn man nicht ganz besondere Zwecke verfolgt, zu verwerfen sein, weil damit einmal das specifische Gewicht der Legirung erhöht wird und man doch schon alle mechanischen Eigenschaften der Aluminium-Magnesium-Legirung, wie Härte und Bearbeitungsfähigkeit durch die Höhe des Magnesiumzusatzes bis in die denkbar feinsten Abstufungen völlig in der Hand hat.

Es hat sich aber gezeigt, dafs man bei derartigen Zusätzen noch die besten Resultate erzielt, wenn nur so viel von dem Schwermetall der jeweiligen Aluminium-Magnesium-Legirung zugesetzt wird, dafs das specifische Gewicht des Aluminiums nicht überschritten wird.

Ein Zusatz von Schwermetallen bei Legirungen, die mehr als 20 Theile Magnesium auf 100 Theile Aluminium enthalten, wäre völlig zwecklos, da die dadurch erzielte ungewöhnliche Härte und beginnende Sprödigkeit die Bearbeitung ungemein erschwert.

Hierzu mag noch bemerkt werden , dafs bereits die englische Patentschrift Nr. 21574" vom Jahre 1895 sich mit einer Aluminium-Legirung aus Schwermetallen, und zwar hauptsächlich Wolfram, befafst. Um eine Aluminium-Legirung von gröfserer Zähigkeit als Reinaluminium selbst zu erhalten, wird Aluminium ■ mit Wolfram oder Magnesium in Form einer Kupfer-Zinn-Wolfram- bezw. Kupfer-Zinn-Magnesium-Legirung vermischt, also eine Legirung hergestellt, in welcher das Magnesium in verschwindend kleinen Mengen (4 pCt.) enthalten ist, und von welcher nur 4 bis 10 pCt. dem Aluminium zugesetzt werden. In ganz minimalen, praktisch wohl kaum in Betracht kommenden Quantitäten ist also das Magnesium in der Aluminium-Legirung vorhanden.

Im Gegensatz hierzu wird, im Falle eines Zusatzes von Schwermetallen , zu der vorliegenden Aluminium-Magnesium-Legirung, und zwar nur dann, wenn diese nicht weniger als 10 Theile und nicht mehr als 20 Theile

Magnesium auf ι oo Theile Aluminium enthält,, nur so viel Schwermetall zugesetzt, dafs das specifische Gewicht des reinen Aluminiums nicht überschritten wird.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   i* Aluminium-Magnesium-Legirung, dadurch gekennzeichnet, dafs zwecks Erzielung einer grofsen Bearbeitungsfä'higkeit und hohen Festigkeil bei Herabsetzung des specifischen

   ·. ■>: Gewichts des Rein-Aluminiums auf ioo Theile Aluminium der Magnesiumgehalt innerhalb der Grenzen von Ίο und 30 bleibt.

   Aluminium-Magnesium-Legirung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dafs auf 100 Theile Aluminium und 10 bis 20 Theile Magnesium Kupfer, Nickel, Wolfram, Neusilber je nach Wahl in solchem Verhä'itnifs zugesetzt werden, dafs das specifische Gewicht des reinen Aluminiums nicht überschritten wird.

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