DE1081741B

DE1081741B - Process for producing magnesium alloys in spherical form

Info

Publication number: DE1081741B
Application number: DED17318A
Authority: DE
Inventors: Norman R Colbry; Gordon F Hershey
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1953-03-18
Filing date: 1954-03-15
Publication date: 1960-05-12

Description

Verfahren zum Herstellen von Magnesiumlegierungen in Kugelform Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Magnesiumlegierungen, aus denen durch Richten eines Strahles der geschmolzenen Legierung auf eine umlaufende Stahlplatte von einer über dem Schmelzpunkt der Legierung liegenden Temperatur und Abschleudern von der Stahlplatte kugelförmiges Legierungspulver von gleichmäßiger Teilchengröße erhalten wird.Process for producing magnesium alloys in spherical shape The invention relates to a method for producing magnesium alloys from which by directing a jet of the molten alloy onto a rotating steel plate from a temperature above the melting point of the alloy and spinning off from the steel plate spherical alloy powder of uniform particle size is obtained.

Zwei bisher Vorgeschlagene Verfahrensarten zum Zerstäuben von Magnesium weisen viele! Schwierigkeiten auf. Nach einem dieser Verfahren wird auf einen herabfallenden Strom geschmolzenen Magnesiums mit großer Wucht ein Gasstrahl gerichtet, der das geschmolzene Metall in Tröpfchen zerlegt, die sich verfestigen, sobald sie sich in der Atmosphäre des Gasstrahls abgekühlt haben. Die typischen Nachteile dieses Verfahrens zum Zerstäuben von Magnesium mit einem Gasstrahl sind folgende: die zerstäubten Teilchen weisen keine gleichmäßige Größe auf; es ist schwer, wenn nicht unmöglich, verhältnismäßig kleine,. weitgehend staubfreie Teilchen zu erzeugen, ohne das Produkt viele Male zu sieben und die gröberen Teilchen nochmals aufzuarbeiten; stets fällt ein. kleinerer Teil von staubfeinen Teilchen an, die störend wirken, weil sie leicht entflammbar sind und einen geringen Korrosionswiderstand besitzen und weil sie auf Grund ihrer Neigung, an den größeren Teilchen hängen zu bleiben, nicht leicht von dem Rest des Produktes abgetrennt werden können. Eine weitere Schwierigkeit bei Verwendung eines Gasstrahls zum Zerstäuben von Magnesium ist die, daß das Verfahren große Volumina eines inaktiven Gases erfordert, das filtriert und gereinigt werden muß, ehe es in dem Verfahren wieder benutzt werden kann.Two types of processes proposed so far for atomizing magnesium show many! Difficulties arise. Following one of these procedures is falling on a Stream of molten magnesium with great force directed a jet of gas, which the Molten metal breaks down into droplets that solidify as soon as they break up have cooled in the atmosphere of the gas jet. The typical disadvantages of this Methods for atomizing magnesium with a gas jet are as follows: the atomized Particles are not uniform in size; it's hard, if not impossible, relatively small. To produce largely dust-free particles without the product to sieve many times and to work up the coarser particles again; always falls a. Smaller part of fine dust particles that have a disruptive effect because they are light are flammable and have a low corrosion resistance and because they are on Not easily from because of their tendency to cling to the larger particles the rest of the product can be separated. Another difficulty with Using a gas jet to atomize magnesium is that of the process requires large volumes of inactive gas to be filtered and purified must before it can be used again in the process.

Nach dem zweiten bekannten Zerstäubungsverfahren wird das geschmolzene Metall gegen eine sich schnell - drehende, gekühlte Platte geschleudert und gleichzeitig dadurch gekühlt, daß man ein Kühlmittel, z. B. eine Flüssigkeit oder ein Gas, auf das Metall an der Stelle richtet, an der die Schmelze auf die Platte auftrifft.According to the second known atomization process, the molten Metal thrown against a rapidly rotating, chilled plate and simultaneously cooled by using a coolant, e.g. B. a liquid or a gas directs the metal at the point where the melt hits the plate.

Versuche zum Zerstäuben geschmolzenen Magnesiums durch Aufschleudern des Metalls auf eine kalte, sich schnell drehende Stahlplatte, die stark genug ist, um den Kräften hoher Rotationsgeschwindigkeit zu widerstehen, ergaben kein zerstäubtes Metall. Statt dessen verfestigte sich das Metall zum Teil auf der Platte und blieb an ihr in dicken Massen hängen, um von Zeit zu Zeit in Stücken abzubrechen, während ein anderer Teil des Metalls nach der Verfestigung absprang, ohne zerstäubt worden zu sein. Eine Kühlung des geschmolzenen Metalls während des Auftreffens auf der Platte vergrößerte diese Schwierigkeiten. Wenn die Platte auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Magnesiums erhitzt wird, so daß sich das Metall auf ihr nicht verfestigt, wird die Platte schnell zerfressen. Gleichzeitig wird das geschmolzene Metall, das von der sich drehenden Platte abfällt, nicht in gleichförmiger Größe zerstäubt. Vielmehr werden die Teilchen allmählich größer und sind mit nichtzerstäubtem Metall durchsetzt, je weiter die Arbeit fortschreitet und die Platte erodiert.Attempts to atomize molten magnesium by spin coating of the metal on a cold, rapidly rotating steel plate that is strong enough to to withstand the forces of high rotational speed, did not result in atomization Metal. Instead, the metal partially solidified on the plate and stayed hang on it in thick masses to break off in pieces from time to time while another part of the metal after solidification popped off without being atomized to be. A cooling of the molten metal as it hits the Platte added to these difficulties. When the plate reaches a temperature above the melting point of the magnesium is heated so that the metal on it does not solidified, the plate will be eaten away quickly. At the same time, the melted Metal falling off the spinning platter, not of uniform size atomized. Rather, the particles gradually get larger and are non-atomized with Metal permeates the further the work progresses and the plate erodes.

Bisher ist in der Technik kein Verfahren bekanntgeworden, nach dem geschmolzenes Magnesium in befriedigender Weise in gleichmäßig große, feine, kugelförmige Teilchen zerstäubt werden kann.So far, no method has become known in the art, according to which molten magnesium in a satisfactory manner in uniformly large, fine, spherical Particles can be atomized.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, das diese Schwierigkeiten beseitigt.The aim of the invention is to provide a method that addresses these difficulties eliminated.

Es wurde gefunden, daß man nachdem eingangs genannten Verfahren zu dem angestrebten Legierungspulver gelangt, ohne daß das geschmolzene Metall verspritzt und die Platte in nennenswertem Umfang angegriffen wird, wenn in dem geschmolzenen Magnesium 0;025 bis 1,0'% Zirkonium und mindestens 0,25% Zink aufgelöst werden. Eine Magnesium-Gußlegierung mit überwiegendem Magnesiumgehalt, die zur Erzeugung eines feinkörnigen, mikrolunkerfreien Gußgefüges 0,05 bis 2'% Zirkon und außerdem Zink enthält, ist bekannt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird im einzelnen beschrieben.It has been found that you can use the method mentioned at the outset reaches the desired alloy powder without splashing the molten metal and the plate is significantly attacked when in the molten state Magnesium 0.025 to 1.0% zirconium and at least 0.25% zinc are dissolved. A cast magnesium alloy with a predominant magnesium content that is used to produce a fine-grain, micro-void-free cast structure 0.05 to 2% zirconium and also Contains zinc is known. The method according to the invention is described in detail.

Bei der Durchführung der Erfindung wird das zu zerstäubende Magnesium geschmolzen, worauf die erforderlichen Mengen der beiden Metalle Zink und Zirkonium in der Schmelze aufgelöst werden. Inn Falle des Zirkoniums muß so viel Metall zugegeben werden, daß eine Lösung in dem Magnesium entsteht, die 0,025 bis 1 Gewichtsprozent Zirkonium enthält. Eine bevorzugte Zirkoniumkonzentration liegt bei etwa 0,05 bis 0,6°/o. Vom Zink muß so viel zu der Magnesiumschmelze gegeben werden, daß die Zinkkonzentration wenigstens 0;25% beträgt. Diese Konzentration kann bis auf 7% erhöht werden. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, etwa 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent Zink anzuwenden.In practicing the invention, the atomized magnesium melted, whereupon the required quantities of the two metals zinc and zirconium be dissolved in the melt. In the case of zirconium, so much metal must be added will, that a solution is formed in the magnesium, which is 0.025 to 1 percent by weight of zirconium contains. A preferred zirconium concentration is about 0.05-0.6%. So much of the zinc must be added to the magnesium melt that the zinc concentration is at least 0.25%. This concentration can be increased up to 7%. in the it is generally appropriate to use about 0.5 to 1.5 percent by weight zinc.

Die Magnesiumschmelze, die die erforderlichen Mengen Zink und Zirkoniüm enthält, wird auf eine Temperatur zwischen etwa 680' und 800'C gebracht und in dünnem Strahl, der einen Durchmesser von etwa 3 bis 7 mm hat, aus einer Entfernung von etwa 5 bis 25 cm auf eine flache oder konkave, sich drehende Stahlplatte auffallen gelassen, deren Rotationsachse praktisch senkrecht steht. Am besten trifft das geschmolzene Metall in der Mitte oder in deren Nähe auf die Platte auf.The magnesium melt, which contains the required quantities of zinc and zirconium, is brought to a temperature between about 680 ' and 800'C and in a thin stream, which has a diameter of about 3 to 7 mm, from a distance of about 5 to 25 cm dropped onto a flat or concave rotating steel plate, the axis of rotation of which is practically perpendicular. It is best for the molten metal to hit the plate in the center or near it.

Eine konkave Platte mit kugelförmiger Aushöhlung wird bevorzugt. Sie wird so angebracht, daß der herabfallende Strahl des geschmolzenen zink- und zirkoniumhaltigen Magnesiums auf die konkave Innenfläche auftrifft. Die benutzten Platten haben im allgemeinen einen Durchmesser zwischen 5 und 15 cm. Geeignete Umdrehungsgeschwindigkeiten liegen bei 2000 bis 100000 und mehr Umdrehungen pro Minute, was von dem Durchmesser der Platte und der Festigkeit des Stahls abhängt.A concave plate with a spherical cavity is preferred. she is placed so that the falling stream of molten zinc and zirconium Magnesium hits the concave inner surface. The plates used have im generally a diameter between 5 and 15 cm. Appropriate rotation speeds are at 2000 to 100000 and more revolutions per minute, what is of the diameter the plate and the strength of the steel.

Der Raum, in dem sich die Platte dreht, wird mit einem inaktiven Gas, z. B. Naturgas, oder einem oder mehreren seiner Mitbestandteile, z. B. Methan, Äthan, Propan, Butan, vorzugsweise bei Raumtemperatur gefüllt. Es können aber auch Temperaturen bis etwa 240'C benutzt werden. Man kann auch Edelgase, wie Helium und Argon, anwenden und dabei höhere Temperaturen benutzen. Es können ferner andere Gase angewendet werden, die gegenüber Magnesium inert sind, z. B. Wasserstoff.The space in which the disk rotates is filled with an inactive gas, z. B. natural gas, or one or more of its co-constituents, e.g. B. methane, ethane, Propane, butane, preferably filled at room temperature. But there can also be temperatures can be used up to about 240 ° C. Noble gases such as helium and argon can also be used and use higher temperatures. Other gases can also be used which are inert to magnesium, e.g. B. hydrogen.

Wichtig ist die Temperatur der Platte. Sie wird durch das geschmolzene, zu zerstäubende Metall auf Arbeitstemperatur gebracht und gehalten. Man erreicht das am besten dadurch, daß man das geschmolzene Metall vor dem Auftreffen auf die Platte erhitzt und das so erhitzte Metall auf die Platte fallen: läßt, w=ährend diese mit der nötigen Umdrehungszahl rotiert, wobei das Metall so lange auffallen gelassen wird, bis die Platte dadurch erhitzt worden ist. Die Platte ist wenigstens zum Teil gegen Wärmeverlust durch eine thermische Isolierschicht geschützt, die es aber ermöglicht, daß die Arbeitsfläche der Platte die Betriebstemperatur erreicht. Die geeignete Temperatur der Platte wird leicht dadurch bestimmt, daß man entweder die Arbeitsfläche beobachtet oder das von der rotierenden Platte weggeschleuderte Material untersucht. Wenn die Platte die richtige Arbeitstemperatur erreicht hat, wird sie mit einem flüssigen Film des geschmolzenen Metalls benetzt, den man während des Umlaufens der Platte erkennen kann. Wenn die Platte benetzt ist, bildet das von der Platte fortgeschleuderte und kalt gewordene, geschmolzene Metall feine; gleichmäßig große, kugelförmige Teilchen. Die Temperatur des geschmolzenen Metalls, das auf der sich drehenden Platte niedergeschlagen und dort zerstäubt wird, wird dann erhöht, um die Platte bis auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des geschmolzenen Metalls zu erhitzen und auf ihr zu halten, so daß die Platte auf Grund der in dem Magnesium gelösten Menge Zink und Zirkonium von dem geschmolzenen Metall benetzt wird. Wenn man die thermische Isolierung auf der Rückseite der Platte z. B. durch eine etwa 3 mm dicke Asbestschicht vornimmt, genügt ein Erhitzen des geschmolzenen Metalls auf eine Temperatur zwischen etwa 680 und 800'C, um den Film geschmolzenen Metalls auf der Platte zu erzeugen. Wenn man so arbeitet, bleibt die Platte glatt, und das Verspritzen des Metalls tritt nicht ein, so daß also unregelmäßig geformte Teilchen nicht gebildet werden. Während des Beriebes bleibt die Siebanalyse des zerstäubten Produktes praktisch konstant. Wenn überhaupt vorhanden, ist die Menge außerordentlich feiner bzw. staubähnlicher Teilchen vernachlässigbar. Das geschmolzene Metall wird vielmehr zu einer Masse von kugelförmigen Teilchen zerstäubt, die in einem verhältnismäßig engen Bereich der gewünschten Teilchengröße liegen.The temperature of the plate is important. It is brought to and maintained at working temperature by the molten metal to be atomized. The best way to do this is to heat the molten metal before it hits the plate and to let the metal, heated in this way, fall onto the plate: while it rotates at the required number of revolutions, the metal is allowed to fall for so long, until the plate has been heated thereby. The plate is at least partially protected against heat loss by a thermal insulating layer which, however, allows the working surface of the plate to reach the operating temperature. The appropriate temperature of the platen is easily determined by either observing the work surface or examining the material being ejected from the rotating platen. When the plate has reached the correct working temperature, it is wetted with a liquid film of the molten metal that can be seen as the plate revolves. When the plate is wetted, the molten metal that is thrown off the plate and has become cold forms fine; spherical particles of uniform size. The temperature of the molten metal, which is deposited on the rotating plate and atomized there, is then increased in order to heat the plate to a temperature above the melting point of the molten metal and to keep it on it, so that the plate due to the in which magnesium dissolved amount of zinc and zirconium is wetted by the molten metal. If you have the thermal insulation on the back of the plate z. B. is carried out through an approximately 3 mm thick layer of asbestos, it is sufficient to heat the molten metal to a temperature between about 680 and 800'C to produce the film of molten metal on the plate. In doing so, the plate remains smooth and the metal splash does not occur, so that irregularly shaped particles are not formed. The sieve analysis of the atomized product remains practically constant during operation. If any, the amount of extremely fine or dust-like particles is negligible. Rather, the molten metal is atomized into a mass of spherical particles which are within a relatively narrow range of the desired particle size.

Aus den folgenden Angaben über Zerstäubungsversuche gehen die Wirkung von Zink und Zirkonium auf die Güte des zerstäubten Produktes und ihr Einfluß auf die zur Zerstäubung dienende Stahlplatte hervor. Bei diesen Versuchen wurde die Platte über dem Schmelzpunkt des Metalls gehalten, dessen Temperatur in geschmolzenem Zustand zwischen etwa 680 und 750'C lag, so daß die Platte mit einem Film von geschmolzenem Metall überzogen wurde, von den in den Tabellen als Kontrollen angegebenen Versuchen abgesehen. In allen Versuchen wurde Naturgas als inertes Gas benutzt. Die Versuche Nr. 1 bis 8 der Tabelle I wurden gemäß der Erfindung ausgeführt, indem dem Magnesium genügende Mengen Zink und Zirkonium zugesetzt wurden, um eine Erosion der Zerstäubungsplätte durch das geschmolzene Metall zu verhindern, deren Zustand vor und nach dem Versuch angegeben ist. Zum Vergleich wurden Kontrollversuche mit Elektrolytmagnesium (Versuch A) und Magnesium durchgeführt, das entweder Zink oder Zirkonium in ungenügender Menge enthielt (Versuche B, C und D). In diesen Fällen wurde die Platte, die nicht von geschmolzenem Metall benetzt wurde und demzufolge keinen Film aus geschmolzener Magnesiumlegierung aufwies, angegriffen und erodiert, ferner war das entstehende Produkt nicht gleichmäßig groß. In den Versuchen Nr. 1, 2 und 3 der Tabelle II kommt die Wirkung des Zinks und Zirkoniums auf die Gleichmäßigkeit der Teilchengröße des zerstäubten Produktes zum Ausdruck. Aus der Siebanalyse des in Versuch C erhaltenen Produktes geht die Ungleichmäßigkeit der Teilchengröße hervor: Auf denn Standardsieb Nr. 35 erhöhte sich die während des Versuchs zurückgehaltene Menge allmählich von 6,2 auf 21,4%, während der durch das Sieb 65 hindurchgehende und vom Sieb Nr. 100 zurückgehaltene Teil während des Versuchs von 24 auf 18,8 sank. Gleichzeitig wurde eine große und variierende Menge von außerordentlich feinem Material erzeugt, wie aus den Zahlen in der mit - 100 überschriebenen Spalte aus Versuch C hervorgeht. In scharfem Gegensatz dazu ergibt die Siebanalyse der Versuche 1, 2 und 3, in denen der Zink-und Zirkoniumgehalt erfindungsgemäß eingestellt war, während der ganzen- Versuche eine gleichmäßige Teilchengröße, wobei die Menge an Feinem, das durch das Sieb Nr. 100 hindurchging, vernachlässigt werden konnte.The following information on atomization experiments shows the effect of zinc and zirconium on the quality of the atomized product and their influence on the steel plate used for atomization. In these tests, the plate was kept above the melting point of the metal, the molten temperature of which was between about 680 and 750 ° C , so that the plate was coated with a film of molten metal, except for the tests given as controls in the tables . Natural gas was used as the inert gas in all experiments. Tests Nos. 1 to 8 of Table I were carried out in accordance with the invention by adding sufficient amounts of zinc and zirconium to the magnesium to prevent erosion of the atomization plate by the molten metal, the condition of which is given before and after the test. For comparison, control tests were carried out with electrolyte magnesium (test A) and magnesium which contained either zinc or zirconium in insufficient quantities (tests B, C and D). In these cases, the plate, which was not wetted by molten metal and consequently did not have a film of molten magnesium alloy, was attacked and eroded, and the resulting product was not uniform in size. Tests No. 1, 2 and 3 of Table II show the effect of zinc and zirconium on the uniformity of the particle size of the atomized product. The non-uniformity of the particle size emerges from the sieve analysis of the product obtained in test C: On the standard sieve no Sieve No. 100 retained portion decreased from 24 to 18.8 during the experiment. At the same time, a large and varying amount of extremely fine material was produced, as can be seen from the numbers in the column headed - 100 from Experiment C. In sharp contrast to this, the sieve analysis of tests 1, 2 and 3, in which the zinc and zirconium content was set according to the invention, shows a uniform particle size throughout the tests, the amount of fines that passed through sieve no. could be neglected.

Claims

PATENT CLAIM: Process for the production of magnesium alloys, from which by directing a jet of the molten alloy onto a rotating one Steel plate at a temperature above the melting point of the alloy and spinning off from the steel plate spherical alloy powder of more uniformity Particle size is obtained, characterized in that in the molten magnesium 0.025 to 1.0% zirconium and at least 0.25% zinc can be dissolved. Into consideration printed publications: German Patent Specifications No. 116 798, 739 743; Swiss U.S. Patent No. 211,147; U.S. Patent No. 2,304130.