DE3610503A1 - Metallurgisches praeparat zur behandlung von aluminiumschmelzen - Google Patents

Description

Zur Behandlung von Aluminium-Schmelzen (wobei in diesen Begriff auch die Schmelzen von Al-Legierungen eingeschlossen sind) sind metallurgische Präparate bekannt, die Hexachlorethan oder andere Chlorkohlenstoffe enthalten. Beispielsweise erfolgt bei übereutektischen Al-Si-Legierungen eine Kornfeinungs-Behandlung der Schmelze mit Preßkörpern (nachfolgend als "Tabletten" bezeichnet), die sich aus rotem Phosphor, Hexachlorethan und einem Gemisch verschiedener Alkalisalze zusammensetzen. Hierin hat der Phosphor die Funktion, daß die Schmelze mit sehr feinkörniger und kompakter Gefügestruktur erstarrt, eine geringere Neigung zur Lunkerbildung aufweist und somit zu Gußstücken mit besseren mechanischen Eigenschaften führt. Das Hexachlorethan unterstützt dabei über die Abspaltung von Chlor in der Gießhitze die Entgasung der Schmelze (insbesondere die Entfernung von störendem Wasserstoff) sowie die Beseitigung von Natrium, und außerdem besitzt es eine Treibmittelwirkung, die zum Austreiben des Phosphors (oder ggfs. anderer Wirkstoffe) aus den Tabletten sehr erwünscht ist.

Höchst unerwünscht ist es hingegen, daß die in den metallurgischen Präparaten eingesetzten Chlorkohlenstoffe in der Gießhitze nicht nur Chlor, sondern auch eine Anzahl von mehr oder weniger stark umgewandelten Chlorkohlenstoffen ergeben, welche gasförmig aus der Schmelze emittieren. Darunter befinden sich auch aromatische Produkte, die als krebserzeugend eingestuft sind. Somit besteht ein Bedarf an metallurgischen Präparaten, welche die von den Umsetzungsprodukten der Chlorkohlenstoffe ausgehende Umweltgefahr vermeiden.

Es ist das Ziel der Erfindung, der Gießereitechnik einen Einsatzstoff für metallurgische Präparate, insbesondere solchen in Tablettenform, zur Verfügung zu stellen, der die Chlorkohlenstoffe zu ersetzen vermag, ohne daß sich eine Verminderung der mit den Chlorkohlenstoffen angestrebten Wirkungen ergibt. Dieses Ziel erreicht die Erfindung dadurch, daß das metallurgische Präparat feste Fluorkohlenstoffe, vorzugsweise ein feinpulveriges Polytetrafluorethylen (PTFE) enthält.

Die Erfindung nutzt konsequent die überraschende Erkenntnis aus, daß feste Fluorkohlenstoffe, die u. a. in Form des Polytetrafluorethylens marktgängig sind, sich hervorragend als Einsatzstoffe für metallurgische Präparate zur Behandlung von Aluminiumschmelzen eignen. Sie zersetzen sich in der Gießhitze unter Bildung einer großen Menge an gasförmigen Umwandlungsprodukten, besitzen dementsprechend also ausgeprägt gute Treibmittelwirkung. Diese gasförmigen Umwandlungsprodukte enthalten im Gegensatz zu den Umwandlungsprodukten der Chlorkohlenstoffe auch keine krebserzeugenden Stoffe, sind also wesentlich umweltfreundlicher. Weiterhin sind sie auch metallurgisch wirksam, denn sie enthalten Fluor, das analog dem sich aus Chlorkohlenstoffen abspaltenden Chlor entgasend wirkt und in der Schmelze Fluoride bildet, welche die Beseitigung des bei übereutektischen Al-Si- Legierungen unerwünschten Natriums begünstigen.

Der Gehalt des metallurgischen Präparats an festen Fluorkohlenstoffen richtet sich nach dem jeweiligen Einsatzgebiet und läßt sich für jeden Anwendungsfall rasch durch einfache Handversuche festlegen. Generell gilt, daß die Menge an Fluorkohlenstoffen wesentlich geringer sein kann als die für die gleiche Wirkung erforderliche Menge an Chlorkohlenstoffen und sich häufig sogar bis auf 10 Gew.-% der an Chlorkohlenstoffen erforderlichen Menge senken läßt. Das wirkt sich gleichermaßen auf die Wirtschaftlichkeit und die Umweltbelastung vorteilhaft aus.

Ein besonderer herstellungstechnischer Vorteil ist es überdies, daß feste Fluorkohlenstoffe Gleitmitteleigenschaften besitzen, insbesondere wenn sie in Form runder Teilchen mit geringem Körnungsdurchmesser eingesetzt werden. Dies ermöglicht eine bessere Verdichtung von Tabletten bei geringeren Preßdrücken.

Die Erfindung ist nicht auf diejenigen Anwendungsfälle beschränkt, bei denen bislang Chlorkohlenstoffe eingesetzt worden sind (wie dies auf übereutektische Al-Si-Legierungen zutrifft). Ebenso kann die Erfindung auch beispielsweise bei untereutektischen Al-Si-Legierungen eingesetzt werden, die anstelle einer Kornfeinung durch phosphorhaltige Präparate einer Veredelung durch Zugabe von metallischem Natrium bedürfen. Die Zugabe des Natriums erfolgt dabei meistens mit Hilfe von Tabletten, die Na-spendende Mischungen enthalten, insbesondere Mischungen aus NaF, Soda und Aluminium, die wegen des NaF hochtoxisch sind. Ein Zusatz von festen Fluorkohlenstoffen zu solchen Mischungen ergibt neben einer Verbesserung der Treibwirkung und des Preßverhaltens vor allem auch die Möglichkeit, auf den Gehalt an NaF völlig zu verzichten, weil die Fluorkohlenstoffe das NaF in situ bilden können.

Ein weiteres Beispiel für einen erfolgreichen Einsatz der Erfindung sind die Al-Mg-Legierungen, die üblicherweise mit Tabletten behandelt werden, welche Ti-B-F-Verbindungen (z. B. K₂TiF₆, KBF₄) enthalten. Auch bei derartigen Tabletten führt ein Zusatz von festen Fluorkohlenstoffen zu einer Verbesserung der Treibwirkung, des Preßverhaltens und der metallurgischen Wirkung infolge einer Fluoridbildung.

Im übrigen ist es auch nicht erforderlich, die festen Fluorkohlenstoffe im Gemisch mit anderen Wirkstoffen zum Einsatz zu bringen, vielmehr können sie auch den alleinigen Wirkstoff bilden. Auch ist die Tablettenform, wenngleich häufig praktiziert, nicht zwingend, ebenso können die Präparate auch in anderer geeigneter Form in die Schmelze eingebracht werden, z. B. in Pulverform eingeblasen werden.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Beispiel

Zur Kornfeinung einer übereutektischen Al-Si-Legierung wurden sowohl Tabletten mit einem Gehalt an Hexachlorethan (Vergleich) als auch solche mit einem Gehalt an feinpulverigem Polytetrafluorethylen (Erfindung) hergestellt, deren übrige Bestandteile jeweils die gleichen waren, nämlich roter Phosphor sowie ein gleich zusammengesetztes Gemisch aus Alkalisalzen. Diese Tabletten hatten im einzelnen die folgende Zusammensetzung (in Gew.-%):

In aufeinanderfolgenden, mit den gleichen Geräten unter gleichen Bedingungen durchgeführten Gießversuche wurden jeweils 300 kg der Schmelze einer übereutektischen Al-Si-Legierung mit 1,25 kg der Tabletten V bzw. der Tabletten E behandelt. Die Reaktionszeit betrug in beiden Fällen 3½-4 min, wobei die Rauchentwicklung bei den Tabletten V gering und bei den Tabletten E sehr gering war. In beiden Fällen ergab sich ein Phosphoraustrag von 50-60 ppm, und die anfallende Schlacke war exotherm und trocken, enthielt also wenig Al.

Nach dieser Behandlung erfolgte noch eine übliche Chlorierung (10 min mit Cl₂), und dann wurden Probestücke gegossen. In beiden Fällen verlief der Abguß einwandfrei, und die Probestücke zeigten die gewünschten Eigenschaften, insbesondere ein Gefüge mit guter Feinung (Schliffbild), das frei von Gaseinschlüssen und Oxideinschlüssen war.

Damit ist gezeigt, daß feste Fluorkohlenstoffe hervorragend zur Behandlung von Aluminiumschmelzen geeignet sind. Dabei ist besonders darauf hinzuweisen, daß bei den Tabletten V der Gehalt von 8 Gew.-% Hexachlorethan an der unteren Grenze lag und ohne metallurgische Nachteile nicht mehr unterschritten werden konnte, während bei den Tabletten E ein Gehalt von nur 1 Gew.-% PTFE voll ausreichte.

Claims (4)

1. Metallurgisches Präparat zur Behandlung von Aluminiumschmelzen zum Zwecke der Gefügeverbesserung der daraus hergestellten Gußstücke, dadurch gekennzeichnet, daß es feste Fluorkohlenstoffe enthält.

2. Präparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Fluorkohlenstoffe feinpulveriges Polytetrafluorethylen sind.

3. Präparat nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Fluorkohlenstoffe im Gemisch mit anderen Wirkstoffen, insbesondere Phosphor vorliegen.

4. Präparat nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Fluorkohlenstoffe den alleinigen Wirkstoff bilden.