DE2005855A1

DE2005855A1 - Affecting the structure of aluminum-silicon alloys by treating the melt with phosphorus pentachloride

Info

Publication number: DE2005855A1
Application number: DE19702005855
Authority: DE
Inventors: Cunther 6700 Ludwigshafen Bartsch Dietmar 6701 Neuhofen Kurth
Original assignee: Giulini Gebrueder GmbH
Current assignee: BK Giulini Chemie GmbH
Priority date: 1970-02-10
Filing date: 1970-02-10
Publication date: 1971-08-26
Also published as: CH529840A; FR2078191A5; GB1294814A

Description

Gefügebeeinflussung von Aluminium-Silizium-Legierungen durch Schmelzbehandlung mit PhosphorpentachloridStructural influence of aluminum-silicon alloys by melting treatment with Phosphorus pentachloride

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Phosphorpentachlorid zur Gefügebeeinflussung von Aluminium-Silizium-Legierungen. Es ist bekannt, daß eine eutektische oder naheutektische Aluminium-Silizium-Legierung im erstarrten Gußgefüge, je nach Erstarrungsgeschwindigkeit und Gehalt an Natrium und Phosphor, erhebliche Unterschiede in der Ausbildungsform der beiden Legierungsbestandteile Aluminium und Silizium aufweist· Bei höherem Phosphorgehalt und niedrigem Natriumgehalt sowie Erstarrungsgeschwindigkeiten, wie sie beispielsweise im Sandguß vorkommen, zeigt eine eutektische oder naheutektische Aluminium-Silizium-Legierung ein körniges Gefüge· Die körnige Gefügemodifikation des Siliziums besteht dabei aus primär ausgeschiedenen Polyedern. Bei hohem Gehalt an Natrium (5o - 15o ppm) tritt selbst bei niedrigen Erstarrungsgeschwindigkeiten (Sandguß) veredeltes Gefüge auf.The invention relates to the use of phosphorus pentachloride for influencing the microstructure of aluminum-silicon alloys. It is known that a eutectic or near-eutectic aluminum-silicon alloy in the solidified cast structure, depending on the solidification rate and content of sodium and phosphorus, has considerable differences in the form of the two alloy components aluminum and silicon · With higher Phosphorus content and low sodium content as well as solidification rates, such as those found in sand casting, for example, shows a eutectic or near-eutectic aluminum-silicon alloy a granular structure · the granular The structural modification of the silicon consists of primarily precipitated polyhedra. With high sodium content (5o - 15o ppm) occurs even at low solidification rates (Sand casting) refined structure.

Das veredelte Gefüge besteht je nach Siliziumgehalt aus Aluminium-Mischkristalldendriten und fein dispergiertem EutektikunuThe refined structure consists of, depending on the silicon content Aluminum mixed crystal dendrites and finely dispersed eutecticunu

Bei relativ niedrigen Erstarrungsgeschwindigkeiten, wie sie im Sandguß vorkommen, und geringem Gehalt an Phosphor und Natrium tritt das sogenannte Lamellargefüge auf. Es gibt dabei eine Reihe von Übergangsformen. (Treten höhere Abkühlungsgeschwindigkeiten auf (Kokillenguß), schlägt das Lamellargefüge in eine dem veredelten Gefüge sehr ähnliche Struktur um. The so-called lamellar structure occurs at relatively low solidification rates, as occurs in sand casting, and with a low content of phosphorus and sodium. There are a number of transitional forms. (If higher cooling speeds occur (chill casting), the lamellar structure changes into a structure very similar to the refined structure.

Während das Verhalten des veredelten Gefüges relativ ein heitlich beurteilt wird, lagen bezüglich der Lunkerung der lamellaren und körnigen Gefügevarianten lange Zeit unter- While the behavior of the refined structure relative one is assessed uniformly, were regarding the Lunkerung the lamellar structure and granular variants long time under-

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schiedliche Meinungen vor. Umfangreiche Untersuchungen und Erfahrungen in der Legierungsherstellung haben die guten Eigenschaften der körnigen Gefügevarianten bezüglich der Lunkerung bestätigt.different opinions. The good properties of the granular structure variants with regard to the voids confirmed.

Das Lamellargefüge weist im Gegensatz zum körnigen Gefüge eine wesentlich größere Makrolunkerneigung auf. Die Makrolunker treten als Gußfehler an der Gußstückoberfläche und ganz besonders in Hohlkehlen auf und können durch speisungstechnische Maßnahmen nicht behoben werden.The lamellar structure shows in contrast to the granular structure a much greater macro-shrinkage tendency. The macro cavities appear as casting defects on the surface of the casting and especially in covings and cannot be remedied by feeding measures.

Beim körnigen Gefüge tritt die Erstarrung früher ein. Die Makrolunkerneigung geht stark zurück. Bei der Erstarrung bildet sich schon früh eine geschlossene Schale, was in jedem Fall zu gesunden Gußstücken führt.Solidification occurs earlier in the case of a granular structure. The macro shrinkage tendency is greatly reduced. When stiffened A closed shell forms early on, which in any case leads to healthy castings.

Es ist auch bekannt, daß in übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierungen das Silizium sehr grob ausgeschieden vorliegt. Das Gefüge besteht hierbei aus primär ausgeschiedenen polyedrischen Platten von Silizium und Eutektikum. Durch das Einbringen von Phosphorkeimen kristallisieren das primäre und das eutektische Silizium wesentlich feiner und in kompakter Form und verbessern so die mechanischen Eigenschaften des Gußwerkstoffes erheblich.It is also known that in hypereutectic aluminum-silicon alloys the silicon is very coarsely precipitated. The structure here consists of primarily precipitated polyhedral plates of silicon and eutectic. Crystallize by introducing phosphorus nuclei the primary and the eutectic silicon are much finer and more compact and thus improve the mechanical properties of the cast material are considerable.

Das Einbringen des Phosphors kann auf verschiedene Arten erfolgen, wie z.B. durch eine Phosphorträgermischung, bestehend aus einem Gemisch von fein vermahlenem rotem Phosphor, Kaliumfluorid, Kaliumchlorid und Hexachloräthan. Wesentlich günstiger ist es, den Phosphor über die chemische Verbindung Phosphorpentachlorid einzubringen. Die Aluminium8chmelze reagiert dabei mit dem frei werdenden Chlor qualitativ zu Aluminiumchlorid, wodurch eine vorzügliche Entgasung und Reinigung erfolgt. Der frei werdende Phosphor wird unter vorteilhaften Bedingungen an die Schmelze abgegeben. Die durch die chemische Reaktion zwischen Phosphorpentachlorid und Aluminium auf-The introduction of the phosphorus can be done in different ways, e.g. by a phosphorus carrier mixture, consisting of a mixture of finely ground red Phosphorus, potassium fluoride, potassium chloride and hexachloroethane. It is much cheaper to introduce the phosphorus via the chemical compound phosphorus pentachloride. The aluminum melt reacts with what is released Chlorine qualitative to aluminum chloride, which results in excellent degassing and cleaning. Of the Phosphorus released is released into the melt under favorable conditions. The by the chemical Reaction between phosphorus pentachloride and aluminum

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tretende Badbewegung sorgt für eine gute Durchmischung.Stepping bath movement ensures good mixing.

Bei beiden genannten Verfahren treten jedoch gewisse Schwierigkeiten auf_β Bei der Verwendung der Phosphorträgermischung führt die schlechte Verteilung der Phosphorkeime nicht immer zum gewünschten Erfolg, was sich in einer ungenügenden Reproduzierbarkeit des Gefügeaussehens äußert. Wird der Phosphor über Phosphorpentachlorid eingebracht, ist seine Wirkung auf die Siliziumausscheidung und die Reproduzierbarkeit des Gefügeaussehens zwar als vortrefflich anzusehen, wesentliche Schwierigkeiten tauchen jedoch bei der Lagerung und Handhabung des Phosphorpentachlorids im Gießereibetrieb auf.In both processes mentioned, however, certain difficulties _β occur when using the phosphor carrier mixture, the poor distribution does not always lead to the phosphorus nuclei to the desired result, which is manifested in insufficient reproducibility of the fabric appearance. If the phosphorus is introduced via phosphorus pentachloride, its effect on the silicon precipitation and the reproducibility of the structural appearance can be regarded as excellent, but significant difficulties arise in the storage and handling of the phosphorus pentachloride in the foundry.

Die Überwindurp· dieser Schwierigkeiten ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Phosphorpentachlorid ist ein hellgelbes, feinkörniges Produkt. Zur Schmelzbehandlung von Aluminium-Silizium-Legierungen kommt es z.B. in Aluminiumfolie eingeschlagen oder als Tablette zum Einsatz. Phosphorpentachlorid hydrolysiert beim Zutritt von Wasser oder feuchter Luft unter starker Nebelbildung und unter Bildung von Salzsäure und Phosphorsäure sowie Phosphoroxychlorid. Phosphorpentachloriddämpfe sind äußerst giftig und haben einen stechenden Geruch. Das Einatmen dieser Dämpfe ist unbedingt zu vermeiden Auf der Haut hinterläßt Phosphorpentachlorid starke Verätzungen. Beim Arbeiten mit Phosphorpentachlorid müssen die Vorschriften der Eerufsgenossenschaft oder vergleichbare Schutzmaßnahmen über den Umgang mit ätzenden Stoffen eingehalten werden. Die Lagerung von Phosphorpentachlorid in den Gießereien ist ebenfalls mit Schwierigkeiten verbunden, da es aus der Luft Wasser anzieht und sich mit diesem wie bereits beschrieben chemisch umsetzt. Da die Qualität des Aluminiums, des ja bekanntlich eine große Neigung zur Gasaufnähme besitzt, in besonderem Laue vom wasserstoffgehalt beeinflußt wird, darf dieser inThe task is to overcome these difficulties of the present invention. Phosphorus pentachloride is a light yellow, fine-grained product. For enamel treatment of aluminum-silicon alloys, for example, it is wrapped in aluminum foil or used as a tablet. Phosphorus pentachloride hydrolyses when exposed to water or moist air with strong fog formation and below Formation of hydrochloric acid and phosphoric acid as well as phosphorus oxychloride. Phosphorus pentachloride fumes are extremely toxic and have a pungent odor. Inhaling These vapors must be avoided at all costs. Phosphorus pentachloride leaves severe burns on the skin. When working with phosphorus pentachloride, the regulations of the Eerufsgenossenschaft or comparable Protective measures for handling corrosive substances are observed. Storage of phosphorus pentachloride in the foundries is also associated with difficulties, as it attracts water from the air and becomes with it this chemically converts as already described. Since the quality of the aluminum, which is known to be great Has a tendency to absorb gas, in particular from hydrogen content is influenced, this may be in

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Schmelzbehandlungsmitteln nicht vorhanden sein. Ein zu hoher Wasserstoffgehalt führt zu den häufigsten Fehlern im Aluminium, wie z.B· zu porigen Gußstücken.Melt treatment agents are not available. Too high a hydrogen content leads to the most common mistakes in aluminum, such as porous castings.

Gemäß vorliegender Erfindung werden die geschilderten Schwierigkeiten dadurch überwunden, daß man reines Phosphorpentachlorid (Reinheitsgrad bis 99»9 Gewichtsprozent), ohne es der Luftfeuchtigkeit auszusetzen, beispielsweise tablettiert oder pulverförmig in eine geeignete Verpackung bringt und diese anschließend gasdicht verschließt. Man kann auch unter Vakuum verpacken. Die Verpackung, die das Phosphorpentachlorid enthält, besteht aus einem hermetisch verschließbaren Behälter, der bei der Temperatur der schmelzflüssigen Legierung zerbricht oder schmilzt. Der Behälter kann z.B. aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Glas oder Kunststoff bestehen. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß zur Gefügebeeinflussung von Aluminium-Silizium-Legierungen ein möglichst wasserstoflfreies Phosphorpentachlorid zum Einsatz kommen muß, was nur möglich ist, wenn man es vor Zutritt der Luftfeuchtigkeit schützt· Eine Verpackung in Form eines hermetisch verschlossenen Behälters nimmt dem Phosphorpentachlorid die Gefährlichkeit bei der Handhabung in der Gießerei und schließt so jede Unfallgefahr aus. Schutzmaßnahmen, wie z.B. das Tragen von Atemmasken, Schutzbrillen und Gummihandschuhen beim Arbeiten mit Phosphorpentachlorid werden überflüssig. Phosphorpentachlorid ist in dieser Verpackung, da jeglicher Feuchtigkeitszutritt ausgeschlossen ist, unbegrenzt lagerfähig·According to the present invention, the difficulties outlined are overcome by the fact that one pure Phosphorus pentachloride (degree of purity up to 99 »9 percent by weight) without exposing it to air humidity, for example in tablets or in powder form in a suitable packaging and this is then gas-tight locks. You can also pack under vacuum. The packaging containing the phosphorus pentachloride is made from a hermetically sealable container that breaks at the temperature of the molten alloy or melts. The container can for example consist of aluminum, an aluminum alloy, glass or plastic. The invention is based on the knowledge that to influence the structure of aluminum-silicon alloys A phosphorus pentachloride that is as hydrogen-free as possible must be used, which is only possible if you have it before Access to humidity protects · A packaging in The form of a hermetically sealed container makes the phosphorus pentachloride less dangerous to handle in the foundry, eliminating any risk of accident. Protective measures, such as wearing breathing masks, Safety glasses and rubber gloves are no longer required when working with phosphorus pentachloride. Phosphorus pentachloride Can be stored indefinitely in this packaging, as any ingress of moisture is excluded

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Claims

Patent claims

1 · Use of known pure phosphorus pentachloride with a unit of measure up to 99 »9 percent by weight in a hermetically sealed, possibly packed with low moisture content under vacuum Aluminum container for influencing the structure of near-eutectic, eutectic and hypereutectic Aluminum-silicon alloys.

2. Use according to claim 1, characterized in that that containers made of aluminum alloys are used.

3. Use according to claim 1, characterized in that that containers made of glass are used.

4. Use according to claim 1, characterized in that dad containers made of plastic are used

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