DE4325622C1 - Verfahren und Mittel zum Behandeln von Aluminium-Gußlegierungsschmelzen zum Ausbilden von Mikrohohlräumen - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Behandeln von Wasserstoff enthaltenden Aluminium-Gußlegierungsschmelzen zwecks Ausbildens feiner Wasserstoffbläschen und Feinverteilung derselben in der Schmelze sowie mit einem Mittel hierfür.

Auf Grund des Dichteunterschiedes von Aluminium-Gußlegierungen von der flüssigen und der festen Phase von ca. 2,4 auf ca. 2,7 g/m³ entstehen je nach der Nachspeisungsmöglichkeit bei der Herstellung von Gußstücken Hohlräume oder Lunker in den Gußstücken, die unerwünscht sind und bis zum Ausschuß dieser Teile führen. bei der weiterverarbeitung können Undichtigkeiten durch Abarbeiten entstehen, das Gußteil kann nicht druckdicht sein, Festigkeitsminderungen entstehen, die Eloxierbarkeit kann behindert sein.

Es ist bekannt, daß solche Gußstücke aus Aluminium- legierungen, bei denen die Gefahr der Lunker- oder Porenbildung besteht, mit Wasserstoff abgebenden Salzen oder Tabletten begast werden, siehe z. B. DE-AS 10 23 232 und US-PS 4417923. Diese Reagenzien enthalten kristallingebundenes Wasser, das sich in Aluminium zu Wasserstoff und Aluminumoxid umsetzt. Es bilden sich hierdurch große mit Wasserstoff gefüllte Poren aus, die die Funktion der Lunkervermeidung jedoch nur teilweise erfüllen. Die Wasserstoff abgebenden Salze oder Tabletten verstärken zwar die Neigung zur Porenbildung, insbesondere zur Bildung großer Poren, sie gewährleisten jedoch keine gleichmäßige Verteilung der Poren und auch nicht die Ausbildung gleichmäßiger kleiner Poren. Diese bekannte Behandlung von Aluminium-Gußlegierungen mit Wasserstoff abgebenden Salzen oder Tabletten ist nur in einer Transportpfanne oder einem offenen Schmelztiegel möglich, da bei dieser Behandlung eine salzhaltige Krätze entsteht, die nach der Behandlung entfernt werden muß. In einem schwer zugänglichen geschlossenen Gießofen, wie er beispielsweise für Niederdruckguß eingesetzt wird, ist eine Behandlung der Aluminium-Gußlegierungen mit Wasserstoff abgebenden Salzen oder Tabletten nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Mittel zu entwickeln, um in Aluminium-Gußlegierungen das Ausbilden feiner Poren zu ermöglichen, die zudem in einer feinen möglichst gleichmäßigen Verteilung in den aus den Legierungen herzsutellenden Gußstücken sich ausbilden. Damit soll es auch möglich sein, eine Aluminum-Gußlegierung in einem schwer zugänglichen Gießofen zu behandeln, der nicht mit Wasserstoff abgebenden Salzen oder Tabletten begast werden kann. Des weiteren will die Erfindung die bisherige zusätzliche Zugabe von Wasserstoff in die Metallschmelze und damit die Aufgasung durch Salze oder Tabletten vermeiden, so daß eine salzhaltige Krätze später nicht entfernt zu werden braucht.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einem Verfahren, bei dem das Aluminiumoxid in Gestalt eines aus Aluminiumpulver mit einem Durchmesser der Aluminiumteilchen kleiner 200 µm, wobei jedes Aluminiumteilchen von einer natürlichen an Luft gebildeten Aluminiumoxidhaut umgeben ist, hergestellten hochverdichteten Preßkörpers, bei dem die feinen Aluminiumoxidhäute durch den Preßvorgang aufgerissen sind, in die Metallschmelze gegeben wird und beim Aufschmelzen des Preßkörpers die aufgerissenen Aluminiumoxidhäute in der Schmelze zu feinen flockenartigen Aluminiumoxidteilchen mit einer Dicke weit unter 1 µm freigesetzt werden und als Keimbildner für die Ausbildung von Mikrohohlräumen beim Erstarren der Schmelze wirken, indem sie den Wasserstoff aus der Schmelze an sich binden. Die Erfindung benutzt die Tatsache, daß bei beginnender Abkühlung einer Aluminium-Gußlegierung der in der Metallschmelze enthaltende Wasserstoff sich zu sammeln beginnt, wobei dann beim Erstarren der Schmelze an den Sammelstellen große Lunker und Einfallstellen gebildet werden, auf eine besondere Art und Weise. Gemäß der Erfindung wird die Schmelze mit feinsten Aluminiumoxidteilchen in möglichst gleichmäßiger Verteilung praktisch geimpft, so daß diese Aluminiumoxidteilchen den sich sammelnden Wasserstoff binden und damit das freie Ansammeln des Wasserstoffes in großen Mengen an unerwünschten Stellen verhindern. Beim Erstarren der Schmelze bilden dann die vielen fein verteilten Aluminiumoxidteilchen mit den jeweils angebundenen Wasserstoffbläschen nur noch kleine Mikrohohlräume aus, die in feiner Verteilung in der erstarrten Schmelze vorhanden sind. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß das Ausbilden großer Lunker vermieden. An Stelle großer Lunker wird eine Vielzahl sehr feiner Poren oder Mikrohohlräume in dem Gußteil erreicht. Erfindungsgemäß ausgebildete Mikroporen sind mit bloßem Auge nicht mehr feststellbar, Festigkeitsminderungen und Ausschuß werden reduziert sowie Makrolunker vermieden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 entnehmbar.

Erfindungsgemäß wird das Aluminiumoxid in Gestalt feiner flockenartiger Teilchen mit einer Dicke weit unter 1 µm in die Schmelze eingebracht. Überraschend hat sich herausgestellt, daß es möglich ist, den Wasserstoffgehalt der Gußteile in Abhängigkeit von der Menge des zugegebenen Aluminiumoxids einzustellen. Auf diese Weie ist es möglich, einen stabilen Dichteindex sowohl der Schmelze als auch der hieraus hergestellten Gußteile einzuhalten.

Erfindungsgemäß reicht 0,1 bis 0,5 Gew.-% von verpreßtem Aluminiumpulver, bezogen auf die Metallschmelze, aus, um die Bildung von Einfallstellen und Makrolunkern bei gleichzeitiger Ausbildung von Mikrohohlräumen in feiner Verteilung in der erstarrten Schmelze zu verhindern.

Um eine gute Einbringung des Aluminiumoxids in feinster Verteilung und feinsten Teilchen in die Schmelze zu erreichen, wird vorgeschlagen, Aluminiumpulver hoch zu verdichten, so daß seine Dichte mehr als 70% der Dichte von massivem Aluminium erreicht. Der Preßkörper kann beispielsweise die Gestalt einer Stange haben, die in die Schmelze eingeführt wird.

Eine gute Ausbildung von feinen Mikroholräumen wird erreicht, wenn ein Aluminiumpulver eingesetzt wird, dessen mittleren Teilchendurchmesser 30 bis 80 µm beträgt.

Die Erfindung betrifft auch ein Mittel zur Ausbildung und Feinverteilung feiner Wasserstoffbläschen in Wasserstoff enthaltenden Schmelzen auf Basis von Aluminium-Gußlegierungen. Jede Aluminium-Gußlegierung enthält unvermeidbar Wasserstoff, der die Neigung hat, sich bei bestimmten Temperaturen der Schmelze im Bereich der Erstarrung zu sammeln, so daß nach der Erstarrung der Schmelze an den Sammelstellen unerwünschte Hohlräume, Makrolunker und Einfallstellen gebildet werden.

Erfindungsgemäß wird ein Mittel vorgeschlagen, daß der Ausbildung von Makrolunkern entgegenwirkt, indem es die Ausbildung von feinverteilten Mikrohohlräumen beim Erstarren in der Schmelze bewirkt. Das erfindungsgemäße Mittel ist ein aus einem Aluminiumpulver mit einemTeilchendurchmesser kleiner 200 µm, insbesondere mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 30 bis 80 µm und einer natürlichen, an Luft gebildeten Aluminiumoxidhaut hergestellten hochverdichteten Preßkörper, bei dem durch den Preßvorgang die feinen Aluminiumoxidhäute aufgerissen sind. Durch die Zugabe dieses Mittels in die Schmelze werden beim Aufschmelzen des Preßkörpers diese feinen Oxidhäute, die durch den Preßvorgang in viele kleine Flocken aufgerissen sind, freigesetzt und bilden Sammelstellen für den in der Metallschmelze enthaltenden Wasserstoff; dieser sammelt sich nicht mehr beliebig zu großen Blasen, sondern wird an den vielen kleinen Aluminiumoxidteilchen angebunden, wodurch eine Vielzahl feinster Poren bei der Erstarrung der Schmelze gebildet wird.

Für die Arbeitsweise in der Gießereitechnik ist das verpreßte Aluminiumpulver gemäß der Erfindung in Form einer Stange vorzuziehen, da eine solche Stange in einfacher Weise in einen Gießofen oder Schmelztiegel einführbar ist.

Die Herstellung des Mittels zum Ausbilden und Feinverteilen von Mikrohohlräumen in flüssigen Metallschmelzen auf Basis von Aluminiumoxid wird beispielsweise in der folgenden Weise realisiert:

Eine Aluminiumschmelze wird zu Aluminumpulver an der Luft verdüst. Die feinen Aluminiumpulverteilchen weisen nach der Erstarrung einen mittleren Durchmesser von beispielsweise 40 µm auf, wobei der maximale Durchmesser 200 m ist. Jedes Aluminiumpulverteilchen ist von einer natürlichen Aluminiumoxidhaut umhüllt, die sich bekanntermaßen an Luft sofort bildet. Diese natürliche Oxidhaut hat eine Schichtdicke von wenigen Nanometern. Dieses Aluminiumpulver, dessen Teilchen die Oxidhaut aufweisen, wird anschließend hochverdichtet. Der Preßvorgang kann auch mehrstufig erfolgen, so daß beispielsweise in einer ersten Stufe ein Preßkörper in Gestalt eines Preßbolzens erhalten wird, der nachfolgend in einem zweiten Preßvorgang zu einer gut handhabbaren Stange verpreßt wird.

In der beigefügten Zeichnung ist in schematischer Darstellung in der Fig. 1 die erfindungsgemäße Ausbildung von Mikrohohlräumen in einer Aluminium-Gußlegierung dargestellt und in der Fig. 2 vergleichsweise hierzu die Ausbildung von Makroporen und Mikroporen gemäß Stand der Technik. Gemäß Fig. 1 wird eine erstarrte Aluminium-Gußlegierung im Anschliff mit 1 bezeichnet, in der die Zugabe von 1,5 kg eines oxidierten Aluminiumpulvers in Stangenform gemäß der Erfindung auf 1000 kg Aluminium-Gußlegierung erfolgte. Hierbei bildeten sich Mikrohohlräume 2 in feiner Verteilung in der erstarrten Schmelze aus. Bei der Schmelze handelt es sich beispielsweise um G-AlSi10Mg-Legierung.

In der Fig. 2 ist ein Anschliff durch eine erstarrte G-AlSi10Mg-Legierung dargestellt, die mit 1 bezeichnet und nicht behandelt ist, so daß sich der Wasserstoff frei sammeln kann, was zur Bildung von Makrolunkern 3 und Mikroporen 2 führt. Makrolunker 3 sind jedoch unerwünscht und führen vielfach zum Ausschuß von derartige Lunker enthaltenden Gußteilen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Aluminiumoxidteilchen eine Verspannung in der Schmelze bewirken, die einen ersten Mikrohohlraum schaffen, dessen Radius größer als der krische Radius von 8 Ängström ist, um die molekulare Anlagerung des atomar in der Schmelze enthaltenden Wasserstoffes an die Aluminiumoxidteilchen zu ermöglichen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Behandeln von Wasserstoff enthaltenden Aluminium-Gußlegierungsschmelzen zwecks Ausbildens feiner Wasserstoffbläschen und Feinverteilung derselben in der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß Aluminiumpulver mit einem Teilchendurchmesser kleiner 200 µm und einer natürlichen, an Luft gebildeten Aluminiumoxidhaut zu einem Preßkörper hochverdichtet wird, in dem die feinen, die Aluminiumteilchen umgebenden Aluminiumoxidhäute durch den Preßvorgang aufgerissen sind, und der in die Schmelze gegeben wird, wobei beim Aufschmelzen des Preßkörpers die aufgerissenen Aluminiumoxidhäute in der Schmelze zu feinen flockenartigen Aluminiumoxidteilchen mit einer Dicke weit unter 1 µm freigesetzt werden und damit als Keimbildner für die Ausbildung von Mikrohohlräumen beim Erstarren der Schmelze wirken, indem sie den Wasserstoff aus der Metallschmelze an sich binden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßkörper aus hochverdichtetem Aluminiumpulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 30 bis 80 µm, dessen Dichte mehr als 70% der Dichte von massivem Aluminium beträgt, in Stangenform in die Schmelze gegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß, bezogen auf die Metallschmelze, 0,1 bis 0,5 Gewichts-% Preßkörper-Masse zugegeben wird.

4. Mittel zur Ausbildung und Feinverteilung feiner Wasserstoffbläschen in Wasserstoff enthaltenden Aluminium- Gußlegierungsschmelzen, gekennzeichnet durch einen aus einem Aluminiumpulver mit einem Teilchendurchmesser kleiner 200 µm, insbesondere mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 30 bis 80 µm, und einer natürlichen, an Luft gebildeten Aluminiumoxidhaut hergestellten hochverdichteten Preßkörper, bei dem durch den Preßvorgang die feinen Aluminiumoxidhäute aufgerissen sind und als feine Aluminiumoxidteilchen in dem Preßkörper vorhanden sind.

5. Mittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumpulver zu einem Preßkörper in Stangenform verdichtet ist, dessen Dichte mindestens 70% der Dichte von massivem Aluminium beträgt.