DE615951C - Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von Titanlegierungen - Google Patents

Description

• Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von Titanlegierungen Es ist bekannt, Titan durch Elektrolyse einer feuerflüssigen Schmelze abzuscheiden, welche Alkali- und/oder Erdalkalimetall, Halogen und Titan enthält.
• Weiterhin ist es auch bekannt, für die Herstellung von Titanlegierungen durch Schmelzflußelektrolyse eine Schmelze zu verwenden, welche im wesentlichen Titanoxyd als Ausgangsstoff enthält. Die für dieses Verfahren notwendige Reduktion des Titanoxydes erfolgt indessen je nach den Ausgangsstoffen und den Betriebsverhältnissen mehr oder weniger unvollkommen, so daß bei der praktischen Durchführung eines derartigen Verfahrens das Titan in der Schmelze teils als unreduziertes Oxyd, teils als durch Reduktion gebildete Fluorverbindung 1orliegen dürfte. Infolge der erheblich größeren Löslichkeit der Titanfluorverbindungen in den in Betracht kommenden Schmelzen kommt für die elektrolytische Abscheidung des Titans im wesentlichen nur die Fluorverbindung und nicht das Titanoxyd in Frage. Hinzu kommt außerdem noch, daß nach diesem bekannten Verfahren die mit Titan zu legierenden Metalle aus der Schinelze zusammen mnit lern Titan abgeschieden werden sollen, was indessen nur für eine beschränkte Anzahl anderer Metalle und für enge Konzentrationsbereiche der Titanlegieritngen möglich sein dürfte.
• Auch die für die Herstellung anderer Legierungen an sich bekannte Verwendung einer schmelzflüssigen Kathode aus dem Legierungsmetall ist für Titanlegierungen im allgemeinen unzweckmäßig, insbesondere deswegen, weil bei den verhältnismäßig hohen Balltemperaturen Verluste an Kathodenmaterial infolge Verdampfung usw. sich in vielen Fällen nicht vermeiden lassen. Demzufolge würde ein derartiges Verfahren unwirtschaftlich werden und außerdem auch nur in seltenen Fällen die Möglichkeit bieten, Titanlegierungen von einer gegebenen Zusammensetzung herzustellen.
• Bei dem Verfahren zur Herstellung von Titanlegierungen unter Anwendung einer Schmelze, welche Alkali- und/oder Erdalkalimetall, Halogen und Titan enthält, werden gemäß der Erfindung diese Mängel dadurch vermieden, daß als Kathode das mit Titan zu legierende Metall in fester Form verwendet und die Balltemperatur so eingestellt wird, daß sie unterhalb der Temperatur des Schmelzpunktes des Kathodenmetalls, jedoch oberhalb des Schmelzpunktes der sich auf der Kathodenoberfläche bildenden Titanlegiertung liegt.
• Das neue Verfahren ist insbesondere geeignet zur Herstelltung von Legierungen des Titans mnit Kupfer, Nickel, Eisen, Kobalt oder mit Leichtmetallen, insbesondere mit Altiminiuni, die als Kathodenmaterial verwendet werden. Es ist nic:lit notwendig;, d<tß .die Kathode aus cinein eüizigen Metall besteht: Sie kann vielmehr auch aus mehreren Metallen, z.B. aus einer Kupfer-Nickel-Legierung, bestehen. Die zur Durchführung des Verfahrens jeweils erforderlichen Temperaturverhiltnisse lassen sich auf Grund der bekannten Schmelzpunkte und Zustandsdiagramme der herzustellenden Titanlegierungen sowie durch entsprechende Kühlung der Kathode einstellen. Beispielsweise ist das Zustandsdiagramm für Kupfer-Titan-Legierungen in der Arbeit von H e n s e 1 & L a r s e n, Techn. Publ. of the Amen Inst. Min. Metallurg. Engineers, Nr. 432 vom Jahre I93 i, das Zustandsdiagramm für Eisen-Titan in O b e r h o f f e r, Das technische Eisen, 2. Auflage, I925, S. I33, und das Zustandsdiagramm für Aluminium-Titan in Landolt-Börnstein, 2. Ergänzungsband, I. Teil, S. 3o8, veröffentlicht.
• Die Kühlung der Kathode kann z. B. durch Anblasen des aus der Schmelze herausstehenden Teiles mit Luft oder bei Anwendung von Hohlkathoden durch Einführen eines gasförmigen oder flüssigen Kühlmittels in den Hohlraum der Kathode erfolgen.
• Zweckmäßig wird zur Aufrechterlhaltung des Titangelialtcs der Schmelze von Zeit zu Zeit ein Zusatz von einfachen oder komplexen Halogenverbindungen des zwei- oder dreiwertigen Titans in die Schmelze eingetragen. Hierdurch läßt sich eine gute Energieausbeute erhalten. weil die Abscheidung des Titans wahrscheinlich durch allmähliche Reduktion aus vierwertigem Titan über dreiwertiges Lind zwciwertiges Titan zu Titanmetall während der Elektrolyse stattfindet, also für solche Zusätze nur noch eine zwei-bzw. einstufige Reduktion des Titans durch die Wirkung des elektrischen Stromes erforderlich macht.
• Es empfiehlt sich, die Kathode gegen die horizontale Ebene geneigt anzuordnen und ihre Temperatur so hoch zu halten, daß die entstehende Titanlegierung an der Kathode herabfließt. Dadurch ist die Möglichkeit geschaffen, einen von der Anode isolierten Auf-Fangbehälter für die von der Kathode herabfließende Legier fing innerhalb der Schmelze anzubringen. Dieser Behälter kann aus einem Graphithohlkörper bestellen mit eingelegter metallischer Hülle aus demjenigen Metall, mit demn das Titan legiert werden soll. 'Man kann den Auffangbehälter mnit der Katlhode beispielsweise durch Anschrauben am unteren Ende einer stabförmigcn oder plattenförmi. gen, mit Gewinde versehenen Kathode befestigen.
• Bei einer derartigen Ausführungsform der Erlindung bestellt der Vorteil, daß man ohne Schwierigkeiten den Badbehälter, im allgemeinen einen Graphittiegel, als Kathode Schalten kann. Wäre der Auffangbehälter nicht vorhanden, so würde dir Gefahr bestehen, daß die sich tim Boden (los anodisch polarisierten Badbehälters abzuschieidende Titanlegierung unter Wirktung des elektrischen Stromes wieder teilweise in Lösung gehen könnte. Der Auffangbehäilter bringt weiterhin noch den Vorteil mit sich. daß er verhütet, daß durch die ßadbewegung die gebildete Titanlegierung teilweise in feiner Verteilung in die Schmelze überführt wird.
• Durch die Sclirligstellung der Kathode und die Wahl solcher Temperaturverhältnisse, daß die sich bildende Titanlegierung all der Kathode herabfließt wird erreicht, daß das sich elektrolytisch abscheidende Titan stets mit neuen, aus Kathodenmetall bestehenden Teilen der Kathodenoberfläche in Berührung kommt, so daß sich auf diese Weise der Titangehalt der entstehenden Legierung im voraus durch entsprechende Einstellung der Betriebsbedingungen festlegen läßt. Durch das Auslegen des z. B. aus Graphit bestehenden Auffangbehälters mit einer aus dem mit Titan zu legierenden Metall hergestellten Schale von gleicher Form wird insbesondere verhütet, dttß die Titanlegierung durch etwaige Sprünge und Risse des Graphitbehälters, die während der Elektrolyse zuweilen auftreten. hindurchfließt und denElektrolyten verunreinigt.
• Nach dem neuen Verfahren lassen sich Legierungen mit sämtlichen technisch in Betracht kommenden Titangehalten herstellen, insbesondere solche, die 5 bis 3o % Titan enthalten. Jedoch sind auch Titangehalte bis Herab zu etwa o,5 % und weniger und bis herauf zu etwa 45 % Lind mehr -loch erreichbar; die kathodische Stromdichte beträgt zweckmäßig zwischen 8oo und 2ooo Amp /m2.
• Die Erfindung ist für die Herstellung von binären, ternärcn oder quaternären L egierungen des Titans verwendbar.
• Je nach den Schmelzpunkten der leerzustellenden Legierungen wird man auch die Zusammensetzung der Schmelze wählen. Handelt es sich beispielsweise um Legierungen mit verhältnismäßig niedrigen Schmelzpunkt, so wird man prozentual größere Mengen voll Alkalifluoriden als voll Erdalkalilluoriden mit in Mischung mitt Titan-(4)-Fluorid als Ausgangsstolle verwenden, um dadurch auch den Schmelzpunkt dir Schmelze entsprechend niedrig einzustellen.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: t. Verfahren zur Herstellung von Titanlegierungen durch Elektrolyse einer Schmelze, welche Alkali- und oder Erd alkalimetall, Halogen und Titan enthäll, dadttrc-li @chennzeiclinet, (hfl') als l@tltllode Glas nlit Titan z« 1(#gicrrndr \Ic@tall in ir.-'@#:' Form verwendet tund die ßadtemperatur so eingestellt wird, daß sie unterhalb der Temperatur des Schmelzpunktes des Kathodenmetalls, jedoch oberhalb des Schmelzpunktes der sich auf der Kathodenohertläiclhe bildenden Titanlegierun liegt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung -des Titangelulltes der Schmelze Zusätze von einfachen oder komplexen Halogenverbindungen des zwei- oder dreiwertigen Titans verwendet werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode gegen die Horizontalebene geneigt angeordnet und ihre Temperatur so hoch gehalten wird, daß die entstehende Titanlegierung an der Kathode herabtließt.
4. 4. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Anode isolierter Auffangbehälter für die von der Kathode herabfließende Legierung innerhalb der Schmelze angebracht ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffangbehälter für die Legierung aus einem Graphithohlkörper mit eingelegter metallischer Hülle aus demjenigen Metall besteht, mit dem das. Titan legiert werden soll.