DE608161C - Verfahren zur Herstellung von borhaltigen Legierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von borhaltigen Legierungen. Es ist bekannt, borhaltige Legierungen dadurch herzustellen, daß ein aus Borsäureanhydrid oder Boraten in geschmolzenem Zustand bestehendes und außerdem ein Alkali- oder Erdalkalisalz enthaltenes Bad in Berührung mit den Legierungsmetallen elektrolysiert wird. Hierbei schlägt sich das Bor an der Metallkathode nieder und bringt diese unterhalb des Schmelzpunktes des Eutektikums der betreffenden Legierung zum Schmelzen. In diesem Fall enthält die gebildete Legierung nur sehr wenig Bor, da der größte Teil des durch die Elektrolyse abgeschiedenen Bors durch den Konvektionsstrom zur Anode geführt wird, wo es verbrennt.

Erfindungsgemäß werden aus dem oben angegebenen Bad Legierungen mit einem höheren

ao Gehalt an Bor erhalten, wenn die Elektrolyse bei einer über dem Schmelzpunkt des Eutektikums, dessen Zusammensetzung angenähert der zu erzielenden Legierung entspricht, liegenden Temperatur erfolgt. Hieraus ergibt sich der weitere Vorteil, daß die endgültige Legierung in geschmolzenem Zustand bei der tiefstmöglichen Temperatur erhalten wird und die Legierung ohne Unterbrechung des Betriebes aus dem Behälter, in dem die Elektrolyse durchgeführt wird, entnommen und in die gewünschte Form vergossen werden kann.

Die Elektrolyse wird gemäß der Erfindung vorzugsweise in Behältern aus Kohle vorgenommen, wobei die Anode ebenfalls aus Kohle besteht und das Kathodenmetall oder die Kathodenlegierung in Stab-, Platten-, Blech-, Gitter- oder Körnerform derart in Berührung mit dem Boden des Behälters steht, daß lediglich der Behälter mit dem negativen Pol verbunden ist,

Als einfaches Anwendungsbeispiel der Erfindung sei die Herstellung von Nickel-Bor-Legierungen genannt. Das Nickel, dessen Schmelzpunkt 1450⁰ C beträgt, bildet mit dem Bor, welches bei etwa 2300⁰ G schmilzt, mehrere Eutektika, von denen das am leichtesten schmelzbare 12,5 °/₀' Bor enthält und bei 990⁰C schmilzt.

Wenn man festes Nickel als Kathode verwendet, um eines der vorgenannten Bäder bei etwa 1050⁰ C zu elektrolysieren, so scheidet sich das Bor ab und schlägt sich am Nickel nieder.

Die Legierung schmilzt und fließt zum Boden des Behälters nieder und kann von dort ohne Unterbrechung des Betriebes entnommen werden.

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Eine derartige bei 1050⁰ C erzielte Legierung kann übrigens während ihres Verbleibens am Boden des Behälters bis zu einem Borgehalt von 16 % angereichert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren gibt nicht nur ausgezeichnete Ergebnisse bei der Herstellung von Bor-Nickel-Legierungen (bis zu 10 bis 16 °/o Borgehalt), sondern auch bei der Herstellung von Bor-Kobalt-Legierungen, die sich in der gleichen Weise und mit dem gleichen Borgehalt herstellen lassen. Das Verfahren kann ferner zur Herstellung von anderen Legierungen, bestehend aus Metallen und' Bor, verwendet werden, selbst wenn die Eutektika dieser Legierung sich bei viel höheren Temperaturen bilden. So kann man beispielsweise Legierungen aus Eisen und Bor herstellen, indem man Kathoden aus Eisen öder Guß verwendet und indem man die Elektrolyse bei einer Temperatur von etwa 1300⁰ C vornimmt. ~ Da diese. Legierungen auf elektrolytischem. Wege erzielt werden, enthalten sie keine nennenswerten Mengen an Kohlenstoff, Silicium oder eines reduzierenden Elementes, wie das bei auf elektrothermischem Wege hergestellten Legierungen der Fall ist.

Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht ferner die Herstellung von ternären oder aus noch mehr Substanzen bestehenden Legierungen. Um derartige Legierungen zu erreichen, kann man in verschiedener- Weise vorgehen, beispielsweise:

1. indem man in den Elektrolysenbehälter, in' welchem sich die erste Legierung in ge-

Ϊ5* schmolzenem Zustand bildet, .das Metall (Kupfer, Zink, Aluminium usw.)- oder die Metalle einführt, welche in der endgültigen Legierung enthalten sein sollen. Dieser Zusatz kann, in bestimmten Fällen das Gießen des erzeugten Produktes erleichtern;

2. indem man dem Elektrolysenbad geeignete Mengen eines Oxyds oder eines Salzes (eines Saiierstoffsalzes oder eines Haloidsalzes) des Metalles (oder der Metalle) zusetzt; welche mit dem Kathodenmetall und dem Bor legiert werden sollen. .

Setzt man beispielsweise den; Elektrolysenbädern geringe Mengen Chrom-, Wolfram-, Molybdän-, Vanadium-, Titan-, Aluminium- oder.

Berylliumoxyd usw. zu, so erhält man bei Verwendung von Nickel- (oder. Kobalt-) Kathoden fernäre Legierungen, welche außer Nickel, (oder Kobalt) und Bor geringe Mengen von.den zugesetzten Oxyden entsprechenden Metallen ent- halten;

■ 3. indem man als Kathode Stäbe,. Plätten oder Bleche aus der Legierung verwendet, in die Bor eingeführt werden soll, Verwendetman beispielsweise.Stäbe aus Eisen-

6b Nickel, Eisen-Kobalt, Nickel-Chrom oder Eisen-Nickel-Chrom usw., so erhält man je nachdem.

Legierungen aus Eisen-Nickel-Bor, Eisen-Kobalt-Bor oder Eisen-Nickel-Chrom-Bor usw., welche Legierungen bis 16 % B°^r enthalten können.

Die Zeichnung veranschaulicht einen Behälter zur Herstellung von Borlegierungen (der gemäß dem vorhergehend beschriebenen Merkmal ausgebildet ist).

ι ist der Behälter, 2 die in der Mitte angeordnete Anode, 3 die metallischen Stäbe, 4 das elektrolytische Bad, 5 die im geschlossenen Zustande erzeugte Legierung und 5' das Gußloch.

"Die metallischen Stäbe sinken, je nachdem sie angegriffen werden, durch ihr Eigengewicht abwärts und bleiben in Berührung mit dem Boden des Behälters. Um die Stäbe in ihrer Lage, zu halten, ist der Behälter, teilweise durch eine mit Öffnungen versehene Platte oder durch ein Gitter abgedeckt, in welche man die Stäbe. hineinstellt.

Die bei Beginn der .Hersteltag,^gebildete: Legierung sammelt sich am Boden des Behälters, wo sie eine schmelzflüssige Schicht büdet. Während des Betriebes besteht die Kathodenfläche folglich, einerseits aus den festen Platten- oder Stäben und andererseits aus der flüssigen Legierung am Boden des Behälters, in welche die Stäbe eintauchen. Jegliche Vorrichtungen zum Aufhängen der Stäbe und zur Verbindung der Stäbe miteinander sind so ververmieden.

Aus dieser Anordnung ergibt sich ferner, daß die aktive Fläche der Stäbe oder Platten ständig erneuert wird, daß die gebildete Legierung langsam nach unten fließt und daß sie sich an der Oberfläche der flüssigen Legierung ansammelt, welche dadurch ebenfalls erneuert wird. Diese ständige Erneuerung der gesamten aktiven Kathodenfläche begünstigt die Bildung der Legierung und ihre Anreicherung mit Bor. Zur Vergrößerung der aktiven Fläche verwendet man beispielsweise Stäbe mit kleinem Durchmesser und ordnet sie in mehreren konzentrischen Reihen kreuzweise in einem kreis-; förmigen Behälter an. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß Konvexionsbewegungen in der Kathodenzone und folglich das Mitreißen von freiem Bor zur Anode hin abgeschwächt werden; sie steigert also die Ausbeute und schützt den Kohlebehälter, dessen Abnutzung vermindert wird.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Herstellung von borhaltigen Legierungen, bei welchem ein, aus Borsäureanhydrid oder Boraten in geschmolzenem Zustand bestehendes und außerdem ein Alkali- oder Erdalkalisalz enthaltendes Bad in Berührung mit den Legierungsmetallen elektrolysiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyse bei einer über

   der Schmelztemperatur des Eutektikums, dessen Zusammensetzung angenähert der zu erzielenden Legierung entspricht, liegenden Temperatur erfolgt.
2. 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Kathodenmetall oder die Kathodenlegierung in Stab-, Platten-, Blech-, Gitter- oder Körnerform in Berührung mit dem Boden des Behälters steht, derart, daß lediglich der Behälter unmittelbar mit dem negativen Pol verbunden ist.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen