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Verfahren zur Raffination von Aluminium oder Aluminiumnegierungen
Bei der Herstellung bzw. Raffination von Aluminium oder Aluminiumlegierungen ist
auf mehrere Umstände Bedacht zu nehmen, nämlich die Erzielung eines feinkörnigen
Gefüges, die Poren- und Gasfreiheit und möglichste Hintanhaltung der Oxydbildung.
Es wurde schon lange erkannt, daß es möglich ist, den genannten Bedingungen mehr
oder weniger nahezukommen; wenn man als Raffinationsmittel, sei es als Flußmittel
wirkende Salzgemische, sei es Erdalkalimetalle anwendet. Die bekannten. Flußmittel,
welche aus mannigfachen Gemischen der Halogenide (Chloride und Fluoride), der Alkalien
und Erdalkalien, u. a. auch mit Kryolith, bestanden, zeigten den Nachteil, daß sie
sämtlich einen den Schmelzpunkt des Aluminiums und seiner Legierungen wesentlich
(um i 5o' und mehr) übersteigenden Schmelzpunkt besitzen und daher nicht nur einer
Überhitzung der Metallschmelze, sondern auch. einer beträchtlichen Behandhingszeit
(bis 15 Minuten) bedurften. Beides ist aber von schädlichem Einfluß auf die Beschaffenheit
der Metallschmelze, da ein überhitztes Schmelzbad dazu neigt, poröse Gußstücke zu
ergeben, und da ein lang andauerndes Schmelzen die Oxydbildung begünstigt. Zwar
können die Flußmittel die Tonerde und andere Beimengungen mehr. oder weniger entfernen,
üben aber auf den Gasgehalt oder die Porosität keinen nennenswerten @ Einfluß aus.
Die Erdalkalimetalle -wurden andrerseits als Desoxydationsmittel ebenfalls unter
Temperaturbedingungen (bis iioo°C) zur Verwendung gebracht, die eine Über itzung
der Schmelze nach sich zogen. Wenn es somit bisher gelang, einen mehr oder weniger
feinkör2igen und im wesentlichen oxydfreien Metallguß herzustellen, so war es schwierig,
eine- zufriedenstellende Porenfreiheit zu erreichen.
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Die Erfindung bezweckt, die Raffination von Aluminium und dessen Legierungen
derart auszuführen, daß unter Vermeidung der Überhitzung und somit der Porenbildung
ein nicht nur oxydfreies, sondern gleichzeitig ein feinkörniges Metall entsteht,
dessen Gefüge auch nach wiederholtem Umschmelzen bestehen bleibt. Das Wesen der
Erfindung besteht in der Verwendung von in besonderer Weise zusammengesetzten niedrigschmelzenden
Flußmitteln, deren Schmelzpunkt im wesentlichen gleich groß oder niedriger ist als
derjenige der Metallschmelze, so daß jede überhitzungunnötig wird, besonders aber
in der Verwendung von Bor als Raffinationsmittel, welches eine fast augenblickliche
Veredelung der Schmelze unter vollkommener Entgasung
bewirkt. Zwar
sind bereits Borverbindungen, wie Borgte. in der Metallurgie des Aluminiums vorgeschlagen
worden, doch nur als Mittel zur Schmelzpunkterniedrigung von anderen, die Veredelung
bewirk^nden Zusätzen. Zwecks Ausführung der Erfindung werden das Metall und ein
vorzugsweise in Mengen bis zu 3 °/o des Gewichts der Metallschmelze verwendetes
und aus einem Gemisch von Natriumchlorid, Kaliumchlorid, hryolith (sowie gegeben,nfalls
Calciumrluorid @, Alkali- oder Erdalkaliborat bzw. Borsäure bestehendes Flußmitt;l
einige Zeit,- vorzugsweise unter Umrühren, bei nicht mehr a:s etwa ioo' über dem
Schmelzpunkt des Me:ails liegenden Temperaturen in inniger Berührung gehalten.
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Eire weitere Beschleunigung der Bildung von Bor kann durch Verwendung
von bes,anderen, ;ich mit Aluminium und dessen Legierui_gen leicht legierenden Metallen,
z. B. Magnesium. erreicht werden, welche somit als Beschleuniger wirken und mit
welchen sich die Borverbindung wesentlich rascher umsetzt als mit Aluminium. Da
diese Beschleunigermetalle ':ei der exothermischen Umsetzung mit der Borverbindung
bedeutend mehr Wärme als diese letztere mit Aluminium entwickeln und außerdem eine
größere Neigung als Aluminium zur Oxydation zeigen, so erfolgt die Bildung des Dormetalls
wesentlich rascher und bei niedrigeren Temperaturen der Schmelze als dies sonst
der Fall ist.
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Die Borverbindung, welche in das Flußmittel eingemischt werden soll,
kann.einzeln oder iin Gemisch mit anderen Borverbindungen verwendet werden. Durch
Versuch wurde festgestellt, daß z. B. Borsäure, Borax, Boroxyd und Calciumborid
besonders geeignet sind. Aber auch andere Borverbindungen, -wie z. B. die Borgte
der Alkalien und alkalischer Erden sowie anderer Metalle, können verwendet werden.
ferner Borsulfid, Borphosphat, IBornitrid und Borcarbid. Auch Doppelsalze können
benutzt werden, wie z. B. Ammoniumborfluorid und Kaliumborfluorid. Die B:orverbhidung
wird in einer Menge von etwa @@@@ o ö vom Gewicht 'des Metallbades angewendet. Es
können aber auch wesentlich geringere Mengen benutzt werden' welche einen kleinen
Bruchteil von i % betragen. `Vene erforderlich, kann aber auch die Menge der Borverbindung
i1/n% übersteigen. Die Borverbindung kann in die Flußmitteldecke eingeführt -werden,
nachdem die letztere geschmolzen ist, oder sie kamt mit den Flußinittelbestandteilen
beim Herstellen des Flußmittels selbst vermengt werden.
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Das Flußmittel, mit dem das geschmolzene Metallbad bei der Ausführung
des Verfahrens überdeckt wird und in das die Borverbindung eingeführt -wird, kann
eine unterschiedliche Zusammensetzung besitzen, muß aber der Bedingung entsprechen,
daß es bei der Temperatur des Metallbades schmilzt und nicht allzu flüchtig ist,
und ferner, daß es befähigt ist, die- verwendete Borverbindung aufzulösen und gleichzeitig
als Lösungsmittel für das gebildete Aluminiumoxyd sowie für die Verbindungen zu
dienen, welche bei Anwendung des Beschleunigermetalls durch diz Reaktion der Borverbindung
mit diesem letzteren entstehen. Als geeignetes Flußmittel ist ein Gemisch von Kaliumchlorid,
Natriumchlorid und Kryolith zu bezeichnen. Ferner kann Calciumfluorid in dieses
Flußmittel eingeschlosszn werden, wenn die Bildung des Borfluorids erwünscht sein
sollte. Die Mengen d-2s Flußmittels kännen im allgemeinen 3% vom G-wicht des Metallbades
erreichen, für einig Zwecke diese Grenze übersteigen, für andre dagegen nur einen
Bruchteil von i o;Q betragen.
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. Als Beschleuniger dient ein Erdalkalim-tall einschließlich Magnesium
und Beryllium. Es ist gefunden worden, daß Calcium und Magnesium die besten Ergebnisse
liefzrn. Es können auch Gemische der Beschleuniger-'metalle Anwendung finden. Die
Menge des Beschleunigers in dem Schmelzbad wechselt von o,oi bis 3%; die jeweilige
Menge hängt von der Beschaffenheit der zu erzielenden Legierung ab. Ein überschuß
des Beschleunigers ist gewöhnlich nicht schädlich, es sei denn, daß die Gegenwart
dieses Beschleunigermetalls in dem fertigen Erzeugnis nicht wünschenswert ist.
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Zwecks Ausführung des Verfahrens unter Verwendung des Beschleunigermetalls
wird das Aluminium oder die Aluminiumlegierung mit dem Beschleunigermetall zunächst
legiert und in leichtflüssigen Schmelzzustand gebracht. Andererseits wird die Bbrverbindung
mit dem Fußmittel durchgehend vermischt, bevor oder nachdem das letztere zu dem
Schzhelzbad hinzugegeben wird. Die Schmelze wird dann erhitzt, und zwar, um -eine
überhitzung zu vermeiden, auf eine Temperatur, die höchstens etwa ioo° C über dem
Schmelzpunkt des Metallbades liegt. _ Folgendes Beispiel dient zur Erläuterung der
Erfindung: In einer Schmielzwanne wird eine Legerung, bestehend aus 92 Gewichtsteilen
Aluminium und 8 Teilen Kupfer, welche den Schmelzpunkt von 62o° besitzt, geschmolzen
und mit 0,2 Gewichtsteilen Magnesium legiert. Andererseits wird ein Flußmittel,
b--steh,nd aus 8,2 Gewichtsteilen Kaliumchlorid, 33,3 Teilen Natriumclrlorid, 8,2
Teilen Kryolitli, 38,8 Teilen Calciumfl-uorid hergestellt, und zu diesem Gemisch
werden 11,2 Teile Borsäure hinzugesetzt. Das so hergestellte Flußgemisch
wird
auf die Oberfläche des Metallbades, welches bei einer Temperatur von 700° C gehalten
wird, in einer Menge verstreut, die etwa i °% vom Gewicht der lIetallschmelze entspricht,
demnach für je ioo kg der letzteren rund i k- Flußmittel mit einem Gehalt von i
15 g Borsäure oder i, 15 g für je i kg Metall. Das Flußgemisch wird
mit dem Schmelzbad kräftig während '/.,Minute durchgerührt und nach i Minute vergossen.