DE2756781C2

DE2756781C2 -

Info

Publication number: DE2756781C2
Application number: DE2756781A
Authority: DE
Inventors: Mannige Vikram Princeton Junction N.J. Us Rao; Bernard H. Marlton N.J. Us Coyle; Peter C.J. Hightstown N.J. Us Gallagher
Original assignee: FARLEY METALS Inc CHICAGO ILL US
Current assignee: DOEHLER-JARVIS LTD. PARTNERSHIP, TOLEDO, OHIO, US
Priority date: 1977-06-03
Filing date: 1977-12-20
Publication date: 1988-03-17
Also published as: DE2756781A1; JPS542215A; GB1562128A; IT1095362B; AU3200477A; SE7714508L; AU513977B2; CA1104833A; US4097270A; ES465997A1; FR2393074B1; BR7802776A; JPH0236653B2; FR2393074A1; IT7820730A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermindern des Magnesiumanteils in einer Aluminiumlegierung, die bis zu 10 Gew.-% Magnesium enthält, durch Oxidieren des Magnesium anteils in der Schmelze und Abtrennen des entstandenen Magnesiumoxids von der Schmelze.

Ein Verfahren dieser Gattung ist aus der US-PS 25 11 775 bekannt. Der Lösung der Aufgabe, den Magnesiumgehalt von Aluminiumschrott auf einen kleinen Bruchteil des Magnesium gehalts des unreinen Aluminiums, vorzugsweise auf eine Konzentration von nicht mehr als 0,1% bei verhältnismäßig niedriger Temperatur und kurzer Behandlungsdauer zu vermindern, liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Magnesiumgehalt von Aluminium durch die Behandlung des unreinen Aluminiums im geschmolzenen Zustand wesentlich dadurch reduziert werden kann, daß Kaliumfluorid der Schmelze zugefügt wird und die Schmelze danach der Wirkung molekularen Sauerstoffs in Gegenwart des Kaliumfluorids für eine Zeitdauer ausgesetzt wird, die ausreicht, um den Magnesiumgehalt auf das gewünschte Maß zu vermindern. Obwohl nach diesem bekannten Verfahren das metallische Magnesium entfernt werden kann, muß ein gesondertes Verfahren angewandt werden, um Silicium zu dem aufgearbeiteten Aluminiummetall zu geben, das vor der Wiederverwendung des metallischen Aluminiums diesem in Gießereien hinzugefügt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Magnesium enthaltende Aluminiumlegierung zur Bildung von Silicium und Magnesiumoxid mit Siliciumdioxid einer chemisch reduzierten Oberflächenschicht umzusetzen, wobei sich das Silicium in der Aluminiumlegierung löst und das Magnesium oxid aus der Aluminiumlegierung entfernt wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der Schmelze zur Oxidation des Magnesiums 0,5 bis 24,89 Gewichtsteile Siliciumdioxid pro 1 Gewichtsteil des in der Aluminiumlegierung enthaltenen Magnesiums zugeführt wird und die Schmelze gerührt wird.

Vorzugsweise sollte das Siliciumdioxid maximal im Gewichtsverhältnis 1 : 1 zur zu behandelnden Aluminiumlegierung zugeführt werden, weil sonst die Masse zu dick oder fest werden kann. Wenn es jedoch erwünscht ist, eine Aluminiumlegierung herzustellen, die einen höheren Prozent gehalt an Silicium aufweist, kann zusätzliches Siliciumdioxid zu der halbfesten Masse hinzugegeben werden, nachdem das anfänglich hinzugefügte Siliciumdioxid vollständig mit dem Magnesium und Aluminiummetall reagiert hat.

Gemäß der Erfindung enthält vorzugsweise die Schmelze eine Suspension fester Teilchen, die aus der Aluminiumlegierung oder aus Siliciumdioxid bestehen. Das Siliciumdioxid reagiert mit der Aluminiumlegierung, um metallisches Silicium, das sich in der Aluminiumlegierung löst, und Oxide des Magnesiums und Aluminiums zu bilden, die z. B. durch Abziehen entfernt werden. Es wurde gefunden, daß die Wirsamkeit des Siliciumdioxids erhöht wird und die Reaktion zwischen dem Siliciumdioxid und dem Magnesium und Aluminium schneller ist, wenn das Siliciumdioxid zu einer Flüssig/Fest-Suspension gegeben wird.

Vorzugsweise wird gemäß der Erfindung die Magnesium enthaltende Aluminiumlegierung vollständig geschmolzen, unter Rühren langsam abgekühlt bis eine Suspension fester Teilchen der Aluminiumlegierung in der Schmelze entstanden ist und die Schmelze nach Zugabe des zur Oxidation des Magnesiums vorgesehenen Siliciumdioxids bis zum Schmelzen der suspendierten festen Teilchen erhitzt. Dadurch können mittels der aktivierten Siliciumdioxid teilchen physisch und chemisch gebundenes Wasser und andere Verunreinigungen von der Oberfläche des Siliciumdioxids entfernt werden.

Die nachfolgenden Mikrophotobilder dienen dazu, zu zeigen, daß das Magnesiummetall in der Aluminiumlegierung bevorzugt mit den Siliciumdioxidteilchen reagiert, um Magnesiumoxid und metallisches Silicium auf der Oberfläche der Siliciumdioxidteilchen zu bilden, und daß dann das metallische Aluminium mit den Siliciumdioxid teilchen reagiert, um Aluminiumoxid und metallisches Silicium zu bilden, wobei das Aluminiumoxid die Siliciumdioxidteilchen ersetzt, während das metallische Silicium mit dem metallischen Aluminium eine Legierung bildet.

Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer Aluminiumlegierung, die 1 Gew.-% Magnesium und 8,5 Gew.-% Silicium enthält, die innig mit Siliciumdioxidteilchen vermischt ist. Die dunklen Bereiche stellen Siliciumdioxid teilchen dar, während die hellen Bereiche die Legierungs matrix bilden.

Fig. 2 und 3 stellen überlagerte Magnesium- Röntgenbilder dar, die die Verteilung der Magnesium anteile vor und nach der Reaktion mit dem Siliciumdioxid zeigen. Fig. 2 zeigt, daß die Magnesiumanteile, durch weiße Punkte dargestellt, in der Legierung vor der Reaktion verteilt sind, während die Fig. 3 zeigt, daß die Magnesiumanteile in der Legierungsmatrix zur Oberfläche der Siliciumdioxidteilchen, den dunklen Bereichen, gewandert sind und dort mit dem Siliciumdioxid reagiert haben, um Magnesiumoxid zu bilden.

Fig. 4 und 5 stellen überlagerte Silicium- Röntgenbilder dar, die die Verteilung der Siliciumanteile vor und nach der Reaktion des Siliciumdioxids mit den Magnesium- und Aluminiumanteilen zeigt. Fig. 4 zeigt, daß die Siliciumanteile, die weißen Stellen, in den Siliciumdioxidteilchen, den weißen Bereichen, zu Beginn der Reaktion vorliegen, während Fig. 5 die Wanderung der Siliciumanteile von den Siliciumdioxidteilchen, den dunklen Bereichen, zu der Aluminiumlegierungsmatrix zeigt. Dieses wird durch die wesentliche Abwesenheit weißer Stellen in dem Bereich erläutert, wo die Siliciumdioxidteilchen ursprünglich vorlagen, und durch die Gegenwart von weißen Stellen in großer Häufigkeit in der Legierungsmatrix, die vorher im wesentlichen frei von weißen Stellen (vergleiche Fig. 4) war.

Fig. 6 und 7 stellen überlagerte Magnesium- Röntgenbilder dar, die die Verteilung der Aluminiumanteile, d. h. der weißen Stellen, vor und nach der Reaktion mit dem Siliciumdioxid zeigen. Fig. 6 zeigt die Abwesenheit des Magnesiums in den Siliciumdioxid teilchen, den dunklen Bereichen vor der Reaktion, während die Fig. 7 die Gegenwart von Magnesiumoxid, d. h. in Form von weißen Stellen, in den Bereichen zeigt, die vorher durch Siliciumdioxid besetzt waren.

Obwohl der größte Teil der Magnesiumanteile mit den Siliciumdioxidteilchen vor dem Aluminium reagiert, um den Magnesiumgehalt der Legierung auf den niedrigst erwünschten Wert herabzusetzen, d. h. unter 0,3 Gew.-% der Legierung, ist es erforderlich, den obengenannten Überschuß an Siliciumdioxid zu der Legierung zu geben. Der Einsatz dieser Siliciumdioxidmenge erzeugt in der Legierung eine Mischung des Magnesiumoxids und Aluminium oxids, die entfernt wird, um eine Aluminiumlegierung herzustellen, die eine kleine Magnesiummenge enthält.

Das metallisches Silicium enthaltende Aluminiummetall wird dann durch Gießen in Formen wiedergewonnen, nachdem das Magnesium- und Aluminiumoxid entfernt worden sind.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung noch näher erläutern. Die Prozentangaben beziehen sich sämtlich auf das Gewicht.

Beispiel 1

In diesem Beispiel wurden 2,29 kg einer Aluminiumlegierung, die 0,80% metallisches Magnesium und 1,8% metallisches Silicium enthielt, in einem Behälter geschmolzen. Nach dem Schmelzen der Legierung wurde die Temperatur langsam auf 638°C unter raschem Rühren herabgesetzt, um eine Suspension von festen Teilchen in der geschmolzenen Aluminiumlegierung zu bilden. Die Menge an in der geschmolzenen Legierung vorliegenden festen Teilchen betrug etwa 30 bis 40 Gew.-% der gesamten Legierung.

0,22 g Siliciumdioxid-Sand wurden zu dieser gerührten Suspension unter Aufrechterhaltung der Temperatur von 638°C hinzugegeben. Nachdem das gesamte Siliciumdioxid hinzugegeben worden war, wurde die Siliciumdioxidteilchen enthaltende Suspension 30 Minuten lang bei 638°C gehalten, wobei die Siliciumdioxidteilchen während dieser Zeit teilweise mit der Legierung reagierten. Die Masse wurde dann auf 677°C erhitzt, um die festen Legierungsteilchen zu schmelzen. Die geschmolzene Mischung wurde 1½ Stunden lang bei 677°C gehalten, um das in der Legierung vorliegende metallische Magnesium mit dem Siliciumdioxidsand reagieren zu lassen, um metallisches Silicium und Magnesium- und Aluminiumoxid zu bilden.

0,145 kg eines trockenen Flußmittels (15 Gew.-% Fluoride enthaltende Metallsalze) (vertrieben als Coveral II durch Foseco Minsep Inc.) wurden als ein Flußmittel hinzugegeben. Das Magnesium- und Aluminiumoxid wurden oben auf der Schmelze gesammelt und von der geschmolzenen Legierung entfernt. Die fertige Aluminium legierung, die nach dem Gießen gebildet wurde, enthielt 4,1% Silicium und lediglich 0,06% Magnesium.

Beispiele 2 bis 3

Bei diesem Beispiel wurde die Verfahrensweise des Beispiels 1 mit der Ausnahme wiederholt, daß die Menge der verschiedenen Bestandteile und die gewählten Temperaturen verändert wurden. Die Verfahrenseinzelheiten und die erhaltenen Ergebnisse werden zusammen mit denen des Beispiels 1 in der Tabelle I wiedergegeben.

Tabelle I

Die folgenden Beispiele dienen dazu, die Herstellung des Zwischenproduktes und dessen Verwendung bei der Reaktion mit einer zusätzlichen Menge einer Magnesium enthaltenden Aluminiumlegierung zu beschreiben.

Beispiel 4

Bei diesem Beispiel wurden 320 kg einer 1,1% Magnesium enthaltenden Aluminiumlegierung in einem Flammofen durch Erhitzen der Legierung auf 732°C geschmolzen. Nachdem die Legierung geschmolzen war, wurden 57,6 kg des Metalls in einen separaten Behälter überführt und die Temperatur unter Rühren auf 560°C herabgesetzt um eine Suspension von in der geschmolzenen Legierung suspendierten festen Legierungsteilchen zu bilden. Die Menge an festen Teilchen, die in der geschmolzenen Legierung vorlag, betrug etwa 35 Gew.-% der gesamten Legierung.

Zu dieser gerührten Suspension wurden 44,9 kg Siliciumdioxidsand, der vorher auf 871°C zur Aktivierung der Oberfläche erhitzt worden war, in mehreren Portionen über eine Zeitdauer von 20 Minuten hinzugegeben, wobei die Temperatur bei 520°C belassen wurde. Die gesamte Menge an hinzugegebenem Siliciumdioxid war ausreichend, um eine heterogene Mischung der etwa 44 Gew.-% Siliciumdioxid ent haltenden Aluminiumlegierung herzustellen. Nachdem sämtliche Siliciumdioxidteilchen hinzugegeben und unter 1 bis 2minütigem Rühren gemischt worden waren, wurde die gesamte Mischung wieder in den Flammofen überführt. In diesem besonderen Beispiel hatte eine Probe des Zwischenproduktes die folgende Zusammensetzung:

56% metallisches Aluminium
41,7% Siliciumdioxid
2,3% Magnesiumoxid + Aluminiumoxid.

Nachdem das Zwischenprodukt hinzugegeben worden war, wurde die Temperatur 2½ Stunden lang bei 774°C gehalten, um das metallische Magnesium, das in dem Hauptanteil der Legierung vorlag, mit den in dem Zwischenprodukt vorliegenden Siliciumdioxidteilchen reagieren zu lassen, um metallisches Silicium und die Oxide des Magnesiums und Aluminiums zu bilden.

Wenn das Magnesium auf unter 0,1% herabgesetzt worden war, wurden 29,5 kg eines Schmelztiegelflußmittels (Natrium-, Kaliumchlorid und Kaliumaluminiumfluorid) als Flußmittel hinzugegeben. Das Magnesium- und Aluminiumoxid wurden umgesetzt und oben auf der Masse gesammelt und von der geschmolzenen Legierung abgezogen. Die fertige Aluminiumlegierung, die nach dem Gießen erhalten wurde, enthielt 10,8% Silicium und 0,04% Magnesium.

Beispiele 5 bis 7

Bei diesen Beispielen wurde die in Beispiel 4 beschriebene Verfahrensweise mit der Ausnahme wiederholt, daß die Mengen an verschiedenen Bestandteilen und die gewählten Temperaturen verändert wurden. Die verfahrensmäßigen Einzelheiten und die erhaltenen Ergebnisse werden zusammen mit denen des Beispiels 4 in der Tabelle II wiedergegeben.

Beispiel 8

Bei diesem Beispiel wurde das Zwischenprodukt entsprechend der im Beispiel 4 beschriebenen Verfahrensweise mit der Ausnahme hergestellt, daß die Reaktion zwischen den Siliciumdioxidteilchen und dem Aluminium anstelle von 10 bis 20 Minuten etwa 1 Stunde lang abgelaufen gelassen wurde. Diese ausgedehnte Reaktionszeit ließ das metallische Aluminium mit den Siliciumdioxidteilchen reagieren, um ein Aluminium oxid und metallisches Silicium zu bilden. Das fertige Zwischenprodukt besaß die folgenden analytischen Werte:

54,8% Aluminium
21,1% MgO + Al₂O₃
24,1% Si

Tabelle II

Tabelle II (Fortsetzung)

Nach der im Beispiel 4 beschriebenen Verfahrensweise wurden 191,6 kg dieses Zwischenprodukts verwendet, um 683,3 kg einer 0,79% Magnesium und 5,8% Silicium enthaltenden Aluminiumlegierung zu behandeln.

Das oben beschriebene Zwischenprodukt wurde zu der geschmolzenen Magnesium/Aluminium-Legierung bei 709°C während 4½ Stunden unter periodischem mechanischem Kratzen gegeben. Während dieser Zeitdauer reagierte das metallische Magnesium in der Aluminiumlegierung mit den nicht umgesetzten Siliciumdioxidteilchen.

86,3 kg des Schmelztiegelflußmittels, vertrieben als Rossborough A-103 und hergestellt von der Amcor Division of Rossborough Corporation, wurde als Fluß mittel hinzugegeben. Das gebildete Magnesium- und Aluminium oxid wurde von der Aluminiumlegierung entfernt. Die fertige Legierung besaß die folgenden analytischen Werte: 11,7% Silicium und 0,002% Magnesium.

Beispiele 9 bis 11

Bei diesen Beispielen wurde die Verfahrensweise des Beispiels 8 wiederholt, um Zwischenprodukte herzustellen. Diese Zwischenprodukte wurden verwendet, um den Hauptanteil der Magnesium/Aluminium-Legierung zu behandeln. Die betrieblichen Einzelheiten und Ergebnisse, die bei den Beispielen 8 bis 11 erhalten wurden, werden von der Tabelle III erfaßt.

Die vorstehende Beschreibung und die Beispiele zeigen, daß das in einer Aluminiumlegierung vorliegende metallische Magnesium von dem Metall entfernt werden und durch metallisches Silicium ersetzt werden kann, wenn die Legierung mit Siliciumdioxid behandelt wird. Offenbar reagiert das metallische Magnesium in der Aluminiumlegierung mit den Siliciumdioxidteilchen, um Magnesiumoxid und metallisches Silicium zu bilden, das sich in dem metallischen Aluminium löst.

Tabelle III

Das erfindungsgemäße Verfahren ist direkt und einfach zu betreiben und erfüllt die zweifache Funktion der Entfernung metallischen Magnesiums aus der Aluminiumlegierung und zur gleichen Zeit die Bildung metallischen Siliciums, das sich in dem Aluminiummetall löst.

Wenngleich die Erfindung vorstehend anhand von Beispielen beschrieben wurde, so soll darin keine Beschränkung gesehen werden. Vielmehr kann sie vielfältige Modifikationen erfahren, ohne von ihrem Wesen abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zum Vermindern des Magnesiumanteils in einer Aluminiumlegierung, die bis zu 10 Gew.-% Magnesium enthält, durch Oxydieren des Magnesiumanteils in der Schmelze und Abtrennen des entstandenen Magnesiumoxids von der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze zur Oxydation des Magnesiums 0,5 bis 24,89 Gewichtsteile Siliciumdioxid pro 1 Gewichtsteil des in der Aluminiumlegierung enthaltenen Magnesiums zugeführt wird, und die Schmelze gerührt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumdioxid maximal im Gewichtsverhältnis 1 : 1 zur zu behandelnden Aluminiumlegierung zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze eine Suspension fester Teilchen enthält, die aus der Aluminiumlegierung oder aus Siliciumdioxid bestehen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesium enthaltende Aluminiumlegierung vollständig geschmolzen wird, unter Rühren langsam abgekühlt wird bis eine Suspension fester Teilchen der Aluminiumlegierung in der Schmelze entstanden ist und die Schmelze nach Zugabe des zur Oxydation des Magnesiums vorgesehenen Siliciumdioxids bis zum Schmelzen der suspendierten festen Teilchen erhitzt wird.