DE69418938T2

DE69418938T2 - ADDITIVES FOR THE PRODUCTION OF ALLOYS

Info

Publication number: DE69418938T2
Application number: DE69418938T
Authority: DE
Inventors: Richard Charles Cameron Nixon; Stuart Ross Thistlethwaite; John Warren Wright
Original assignee: London and Scandinavian Metallurgical Co Ltd
Current assignee: London and Scandinavian Metallurgical Co Ltd
Priority date: 1993-01-29
Filing date: 1994-01-20
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2014-01-21
Also published as: NO943538L; GB9301825D0; NO943538D0; ES2132375T3; AU5841494A; DE69418938D1; AU674392B2; WO1994017217A1; ZA94278B; CA2130819A1; EP0633948B1; EP0633948A1; GB2274656B; GB2274656A; NO305662B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Legierungszusatzmittel. Sie bezieht sich insbesonders auf ein Verfahren zum Herstellen eines Legierungszusatzmittels aus einer feinen metallurgischen Struktur.This invention relates to an alloy additive. It relates in particular to a method for producing an alloy additive from a fine metallurgical structure.

Es ist schon jahrelang klar, dass es für ein Legierungszusatzmittel vorteilhaft sein kann, eine solche Struktur zu haben, und dass eine solche Struktur durch Gießen einer Schmelze in einer solchen Weise erreicht werden kann, dass die Abkühlung, der die Legierung ausgesetzt wird, wenn sie von den geschmolzenen zu den festen Zuständen geht, relativ schnell ist.It has been clear for years that it can be advantageous for an alloying additive to have such a structure and that such a structure can be achieved by pouring a melt in such a way that the cooling to which the alloy is subjected when it goes from the molten to the solid states is relatively rapid.

Unsere französische Patentbeschreibung Nr. 2133439 bezieht sich zum Beispiel auf auf Aluminium beruhende Legierungszusatzmittel, die ein Übergangsmetall umfassen, normalerweise Titan, und Bor. Solche Legierungszusatzmittel werden der auf Aluminium beruhenden Schmelze zugegeben, um Kornverfeinerung zu liefern. Die aktive Hauptkomponente des Legierungszusatzmittels ist Boridteilchen, normalerweise Titandiborid, TiB&sub2;. Um die Wirksamkeit solcher Teilchen zu maximieren, lehrt die Beschreibung das Aussetzen der Schmelze des Legierungsmaterials einer schnellen Abkühlung so bald wie möglich nach der Bildung der TiB&sub2;-Teilchen, um die feste Legierung zu bilden, was das Ausmaß minimiert, auf das die TiB&sub2;-Teilchen in ihrer Größe wachsen können. Das in FR 2133439 gelehrte bevorzugte Verfahren der schnellen Abkühlung ist Gießen in eine Form von thermisch leitendem Material wie Kupfer, das vorzugsweise wassergekühlt ist. Eine weniger bevorzugte vorgeschlagene Alternative ist ein Quetschprozess von verspritzten Metallteilchen, der umfasst, die Schmelze zu atomisieren, um Tröpfchen zu bilden, und die geschmolzenen Tröpfchen durch einen Strom von trägem Gas auf eine abgekühlte glatte Oberfläche zu stoßen, so dass die geschmolzenen Tröpfchen sich schnell durch Aufprall auf die glatte Oberfläche verfestigen, ohne an ihr zu haften. Das erste Verfahren hat die Gefahr, dass die Abkühlungsgeschwindigkeit unzureichend sein wird, und auch, dass das geformte Produkt für viele Anwendungen eine nicht geeignete Gestalt haben wird. Das letzgenannte Verfahren ist teuer zu betreiben.For example, our French patent specification No. 2133439 relates to aluminum-based alloying additives comprising a transition metal, usually titanium, and boron. Such alloying additives are added to the aluminum-based melt to provide grain refinement. The main active component of the alloying additive is boride particles, usually titanium diboride, TiB2. To maximize the effectiveness of such particles, the specification teaches subjecting the melt of the alloying material to rapid cooling as soon as possible after the formation of the TiB2 particles to form the solid alloy, which minimizes the extent to which the TiB2 particles can grow in size. The preferred method of rapid cooling taught in FR 2133439 is casting into a mold of thermally conductive material such as copper, which is preferably water cooled. A less preferred alternative proposed is a squeezing process of splashed metal particles which involves atomizing the melt to form droplets and impacting the molten droplets onto a cooled smooth surface by a stream of inert gas so that the molten droplets rapidly solidify by impact with the smooth surface without adhering to it. The first method has the risk that the cooling rate will be insufficient and also that the molded product will have an unsuitable shape for many applications. The latter method is expensive to operate.

Die europäischen Patentbeschreibungen Nr. 0398449 A1 und 0421549 A1 beschreiben Verfahren zum Herstellen von Legierungszusatzmitteln aus Strontium-Aluminium, die als Modifizierer für Aluminium-Silicium-Legierungen benutzt werden sollen. Sie nutzen beide die Kenntnis, dass Verfestigung der Schmelze mit einer relativ hohen Abkühlungsgeschwindigkeit eine feine metallurgische Struktur in dem verfestigten Legierungszusatzmittel ergeben wird. In beiden Fällen verwickelt der Prozess zum Erreichen der erforderten Abkühlungsgeschwindigkeit die Atomisierung der Schmelze. In EP 0398449 A1 werden die atomisierten Tröpfchen schnell abgekühlt, um feste Teilchen zu erhalten, die danach verarbeitet werden, um sie zu festigen. In EP 0421549 A1 werden die atomisierten Teilchen als festes Material auf einer Sammeloberfläche gesammelt. Der Atomisierungsprozess ist teuer zu betreiben und erfordert in vielen Fällen Schritte wie die Lieferung einer speziellen Atmosphäre, um gegen Luftverunreinigung des Legierungsmetalls abzusichern.European Patent Specifications Nos. 0398449 A1 and 0421549 A1 describe methods for preparing strontium-aluminium alloy additives to be used as modifiers for aluminium-silicon alloys. They both exploit the knowledge that solidification of the melt at a relatively high cooling rate will result in a fine metallurgical structure in the solidified alloy additive. In both cases, the process for achieving the required cooling rate involves atomisation of the melt. In EP 0398449 A1, the atomised droplets are rapidly cooled to obtain solid particles which are subsequently processed to solidify them. In EP 0421549 A1, the atomised particles are collected as a solid material on a collecting surface. The atomization process is expensive to operate and in many cases requires steps such as supplying a special atmosphere to safeguard against air contamination of the alloy metal.

Die US Patentbeschreibung Nr. 4259270 beschreibt eine Vorrichtung zum Behandeln von Legierungen, um ihnen eine sehr feine Struktur zu geben, um optimale Eigenschaften in der behandelten Legierung zu liefern, wobei eine solche Behandlung eine sehr hohe Verfestigungsgeschwindigkeit erfordert, zum Beispiel eine, die mehr als 105ºC pro Sekunde ist. Die Beschreibung erwähnt frühere Versuche, die Atomisierung verwickeln, entweder mit Benutzung eines sich drehenden perforierten Siphonrohrs oder Disintegrieren der Schmelze mit einem Druckgas, und erklärt, dass die früheren Vorschläge unbefriediegende Ergebnisse gebracht haben, insbesonders, weil zu viele der Teilchen nicht klein genug sind, um zu gestatten, dass Verfestigung schnell genug auftritt, und auch, weil die Schmelzen dazu neigen, nachteilig mit den Materialien zu reagieren, mit denen sie in Kontakt kommen. In dem Prozess von US 4259270 wird die Legierung in einer umschlossenen Vorrichtung behandelt, in der die Legierung eine sich selbst verbrauchende Elektrode bildet, die schmilzt und Schmelztröpfchen auf eine sich drehende Gegenelektrode tropft, wo sie auf eine innen abgekühlte sich drehende konische Platte geschleudert werden, auf der sie dann schnell abgekühlt werden, um dünne Folien zu bilden. Der Prozess wird normalerweise in einer trägen Atmosphäre und/oder bei vernngertem Druck ausgeführt.US Patent Specification No. 4259270 describes an apparatus for treating alloys to give them a very fine structure in order to provide optimum properties in the alloy being treated, such treatment requiring a very high solidification rate, for example one which is greater than 105°C per second. The specification mentions previous attempts involving atomization, either using a rotating perforated siphon tube or disintegrating the melt with a pressurized gas, and states that the previous proposals have given unsatisfactory results, particularly because too many of the particles are not small enough to allow solidification to occur rapidly enough, and also because the melts tend to react adversely with the materials with which they come into contact. In the process of US 4259270, the alloy is treated in an enclosed device in which the alloy forms a self-consumable electrode which melts and drops melt droplets onto a rotating counter electrode where they are spun onto an internally cooled rotating conical plate on which they are then rapidly cooled to form thin films The process is normally carried out in an inert atmosphere and/or at reduced pressure.

Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Legierungszusatzmittels aus feiner metallurgischer Struktur geliefert, das Liefern einer Schmelze von Legierungsmaterial umfasst, Liefern eines Abkühlungsmittels, das eine Abkühlungsoberfläche hat, Anwenden eines oder mehrerer nicht atomisierter Ströme der Schmelze auf die Abkühlungsoberfläche, um ein verspritztes Metallteilchenprodukt herzustellen, und Anordnen des verspritzten Metallteilchenprodukts in eine Dosierungsform, die zum Herstellen von gemessenen Legierungszugaben geeignet ist.According to the present invention there is provided a method of producing an alloy additive of fine metallurgical structure comprising providing a melt of alloy material, providing a quenching medium having a quenching surface, applying one or more non-atomized streams of the melt to the quenching surface to produce a spattered metal particle product, and placing the spattered metal particle product into a dosage form suitable for producing metered alloy additions.

So wird man einsehen, dass der Prozess der Erfindung einen Prozess liefert, der relativ billig betrieben werden kann, der ein Legierungszusatzmittel mit feiner metallurgischer Struktur verlässlich herstellen kann. Wir haben gefunden, dass bei vielen Legierungsmaterialien, die eine spezielle Atmosphäre benötigen, wenn sie einer Atomisierung ausgesetzt werden, um eine nicht akzeptierbare Verunreinigung der Schmelze zu vermeiden, der Prozess der vorliegenden Erfindung in einer Umgebungsatmosphäre ausgeübt werden kann. In bestimmten Fällen kann es aber trotzdem wünschenswert sein, eine geeignete schützende Atmosphäre für die Schmelze von Legierungsmaterial zu liefern, während die nicht atomisierte Schmelze auf die Abkühlungsoberfläche aufgetragen wird.Thus, it will be appreciated that the process of the invention provides a process which can be operated relatively inexpensively and which can reliably produce an alloying additive with fine metallurgical structure. We have found that for many alloying materials which require a special atmosphere when subjected to atomization in order to avoid unacceptable contamination of the melt, the process of the present invention can be practiced in an ambient atmosphere. However, in certain cases it may still be desirable to provide a suitable protective atmosphere for the melt of alloying material while the unatomized melt is being applied to the cooling surface.

Wir haben gefunden, dass es beim Benutzen des Verfahrens der Erfindung möglich ist, Legierungszusatzmittel herzustellen, in denen der Legierungskomponentengehalt höher ist, als derjenige, der erreicht werden kann, wenn man konventionellere Gießtechniken benutzt. Es ist auch oft möglich, wegen den relativ hohen verwickelten Abkühlungsgeschwindigkeiten, wo eine Schmelze von Legierungsmaterial eine nicht akzeptierbare Trennung durchmachen würde, wenn sie konventionell gegossen würde, wie es mit einer Stromtium-Aluminium-Legierung von 20 Gewichts% oder mit einer Titan- Aluminium-Legierung von 20 Gewichts% der Fall sein würde, zum Beispiel eine Legierungszugabe mit derselben Zusammensetzung durch das Verfahren der Erfindung herzustellen, indem arrangiert wird, dass der auf die Abkühlungsoberfläche aufgetragene nicht atomisierte Strom oder Ströme über der Flüssigkurve der Schmelze ist.We have found that using the process of the invention it is possible to produce alloying additives in which the alloying component content is higher than that which can be achieved using more conventional casting techniques. It is also often possible, because of the relatively high cooling rates involved, where a melt of alloying material would undergo unacceptable separation if cast conventionally, as would be the case with a 20 wt% stromtium-aluminium alloy or with a 20 wt% titanium-aluminium alloy, for example a To prepare alloy addition having the same composition by the process of the invention by arranging that the non-atomized stream or streams applied to the cooling surface is above the liquid curve of the melt.

Das verspritzte Metallteilchenprodukt wird vorzugsweise verkleinert, zum Beispiel durch Granulierung, wie später beschrieben wird, bevor es in der Dosierungsform angeordnet wird, die zum Herstellen von Legierungszugaben geeignet ist.The sprayed metal particle product is preferably reduced in size, for example by granulation as described later, before being placed in the dosage form suitable for preparing alloy additions.

Um eine erwünschte Feinheit der metallurgischen Struktur des verspritzten Metallteilchenprodukts zu erreichen, ist die Abkühlungsrate des nicht atomisierten Stroms oder der Ströme durch das Abkühlungsmittel vorzugsweise von 20 bis 1000ºC pro Sekunde, bevorzugterweise von 50 bis 500ºC pro Sekunde. Um eine Abkühlungsgeschwindigkeit in solchen Bereiche beizubehalten, ist es im allgemeinen notwendig, eine Strömung von Abkühlungsflüssigkeit wie zum Beispiel Luft oder Wasser in thermischer Verbindung mit dem Legierungsmaterial, das auf die Abkühlungsoberfläche aufgetragen wird, aufzutragen. Das Abkühlungsmittel umfasst vorzugsweise thermisch leitendes Material, um die Entfernung von Wärme von dem Legierungsmaterial auf der Abkühlungsoberfläche zu ermöglichen, und es sollte wünschenswerterweise auch derart sein, um die Freigabe des verspritzten Produkts von der Oberfläche zu gestatten; geeignete Materialien sind zum Beispiel Stahl und Kupfer.In order to achieve a desired fineness of metallurgical structure of the sprayed metal particle product, the cooling rate of the non-atomized stream or streams through the cooling medium is preferably from 20 to 1000°C per second, more preferably from 50 to 500°C per second. In order to maintain a cooling rate in such ranges, it is generally necessary to apply a flow of cooling liquid such as air or water in thermal communication with the alloy material applied to the cooling surface. The cooling medium preferably comprises thermally conductive material to enable the removal of heat from the alloy material on the cooling surface and should also desirably be such as to permit the release of the sprayed product from the surface; suitable materials are, for example, steel and copper.

Die bei der Herstellung von amorphen Metallen benutzten Techniken können Abkühlungsgeschwindigkeitn in der Größenordnung von 106ºC pro Sekunde herstellen, solche Techniken sind aber sehr teuer zu betreiben und würden im allgemeinen, wenn sie auf eine Schmelze aus Legierungsmaterial aufgetragen werden, nicht eine sich lohnende Verbesserung der Feinheit der metallurgischen Struktur des Legierungsmaterials herstellen, verglichen mit der, die von der Abkühlung der verspritzten Metallteilchen erreicht werden kann, die in der vorliegenden Erfindung benutzt wird.The techniques used in the manufacture of amorphous metals can produce cooling rates on the order of 106°C per second, but such techniques are very expensive to operate and, in general, when applied to a melt of alloy material, would not produce a worthwhile improvement in the fineness of the metallurgical structure of the alloy material compared to that which can be achieved by the cooling of the spattered metal particles used in the present invention.

Die Temperatur des Legierungsmetalls wird, wenn es auf die Abkühlungsoberfläche aufgetragen wird, selbstverständlich über der Soliduskurve sein. Sie sollte vorzugsweise nicht mehr als 200ºC über der Flüssigkurve sein.The temperature of the alloy metal when applied to the cooling surface will of course be above the solidus curve. It should preferably not be more than 200ºC above the liquid curve.

Das Abkühlungsmittel umfasst vorzugsweise eine Abkühlungsoberfläche, die sich in einem endlosen Weg bewegt. Ein solches Abkühlungsmittel kann zum Beispiel einen sich drehenden Zylinder oder ein rezirkulierendes Band mit einer äußeren Abkühlungsoberfläche umfassen. Wenn die Abkühlungsoberfläche eine solche ist, die sich in einem endlosen Weg bewegt, dann haben wird gefunden, dass es vorteilhaft ist, sie durch Auftragen einer Strömung von Abkühlungsflüssigkeit abzukühlen, zum Beispiel einer Wassersprühung auf eine innere Oberfläche des Abkühlungsmittels, wobei die innere Oberfläche in thermischer Verbindung mit der Abkühlungsoberfläche ist. Die erforderte thermische Verbindung kann erreicht werden, indem man arrangiert, dass das Abkühlungsmittel ein geeignetes thermisch leitendes Material wie zum Beispiel Stahl oder Kupfer umfasst. Diese Anordnung kann eine wirksame, gleichmäßige Entfernung von Wärme von dem Legierungsmaterial liefern, das auf die Abkühlungsoberfläche stößt.The cooling means preferably comprises a cooling surface which moves in a continuous path. Such a cooling means may, for example, comprise a rotating cylinder or a recirculating belt with an external cooling surface. If the cooling surface is one which moves in a continuous path, then we have found it advantageous to cool it by applying a flow of cooling liquid, for example a water spray, to an inner surface of the cooling means, the inner surface being in thermal communication with the cooling surface. The required thermal communication can be achieved by arranging the cooling means to comprise a suitable thermally conductive material such as steel or copper. This arrangement can provide effective, uniform removal of heat from the alloy material impinging on the cooling surface.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Unreinheiten in der Schmelze an einer oberen Zone in der Schmelze konzentriert, und der nicht atomisierte Strom oder Ströme werden von unter der oberen Zone zu der Abkühlungsoberfläche gebracht. Dieses hat den Vorteil, dass Unreinheiten in der Zone nicht in der Schmelze eingeschlossen sind, die auf die Abkühlungsoberfläche aufgetragen wird. Der nicht atomisierte Strom oder Ströme kann von unter der oberen Zone durch Untergießen von unter ihr zugebracht werden. Die Schmelze wird in einer bevorzugten Anordnung in einem metallurgischen Gefäß gehalten und wird durch eine oder mehrere Öffnungen in dem Gefäß unter der oberen Zone entlassen. Wir haben gefunden, dass es vorteilhaft ist, die Schmelze zu oszillieren, um Unreinheiten darin dazu zu zwingen, zu der oberen Zone zu steigen. Die Oszillation ist vorzugsweise in einer im allgemeinen senkrechten Ebene.According to a preferred embodiment of the invention, impurities in the melt are concentrated at an upper zone in the melt and the non-atomized stream or streams are brought from below the upper zone to the cooling surface. This has the advantage that impurities in the zone are not trapped in the melt which is applied to the cooling surface. The non-atomized stream or streams can be brought from below the upper zone by under-pouring from below it. The melt is held in a preferred arrangement in a metallurgical vessel and is discharged through one or more openings in the vessel below the upper zone. We have found it advantageous to oscillate the melt to force impurities therein to rise to the upper zone. The oscillation is preferably in a generally vertical plane.

In bestimmten Fällen, wenn das legierende Metall hochschmelzend ist, und Unreinheiten in der Schmelze nicht an einer oberen Zone in der Schmelze konzentriert sind, kann es vorteilhaft sein, den nicht atomisierten Strom oder Ströme durch Gießen der Schmelze von ihrer Oberfläche zu der Abkühlungsoberfläche zu bringen, wie zum Beispiel durch Gießschnauzen. In Fällen, in denen mehr als ein Strom erfordert ist, kann dieses durch Gießschnauzen von einem Gefäß mit entlang der Breite gebildeten Verzahnungen erreicht werden, über die die Schmelze gegossen werden soll. Bei einer solchen Anordnung kann man die Probleme von Löcherblockagen vermeiden, die auftreten können, wenn ein hochschmelzendes Legierungsmaterial von der in dem vorhergehenden Abschnitt beschriebenen Anordnung zugebracht wird, und man kann auch eine höhere Zubringungsgeschwindigkeit erreichen.In certain cases, when the alloying metal is refractory and impurities in the melt are not concentrated at an upper zone in the melt, it may be advantageous to bring the unatomized stream or streams by pouring the melt from its surface to the cooling surface, such as by pouring spouts. In cases where more than one stream is required, this may be accomplished by pouring spouts from a vessel having serrations formed along the width over which the melt is to be poured. With such an arrangement, one can avoid the problems of hole blockages which may occur when feeding a refractory alloying material from the arrangement described in the previous section, and one can also achieve a higher feed rate.

Als Ergebnis von Tests haben wir gefunden, dass, um ein verspritztes Metallteilchenprodukt mit einer ziemlich feinen Metallstruktur zu erhalten, die auch ausreichend dünn ist, um leicht granuliert zu werden, während sie gleichzeitig die Herstellungsgeschwindigkeit nicht übermäßig einschränkt, die Dicke des verspritzten Metallteilchenprodukts wünschenswerterweise von 0,1 bis 5 mm sein sollte, vorzugsweise weniger als 3 mm. Die Breite des verspritzten Metallteilchenprodukts ist weniger wichtig, und kann passenderweise zum Beispiel von 2 bis 200 mm sein. Seine Länge kann unbegrenzt sein, wird aber im allgemeinen auch von 2 bis 200 mm sein.As a result of tests, we have found that in order to obtain a sprayed metal particle product with a fairly fine metal structure which is also sufficiently thin to be easily granulated, while at the same time not unduly limiting the manufacturing speed, the thickness of the sprayed metal particle product should desirably be from 0.1 to 5 mm, preferably less than 3 mm. The width of the sprayed metal particle product is less important, and may suitably be, for example, from 2 to 200 mm. Its length may be unlimited, but will generally also be from 2 to 200 mm.

Es bestehen mehrere Weisen, in denen das in dem Verfahren der Erfindung hergestellte verspritzte Metallteilchenprodukt in einer Dosierungsform angeordnet werden kann, die zum Herstellen von gemessenen Legierungszugaben geeignet ist, zum Beispiel:There are several ways in which the sprayed metal particle product produced in the process of the invention can be arranged in a dosage form suitable for producing measured alloy additions, for example:

1. Packing in unit quantities

Verspritztes Metallteilchenmaterial in loser Form wird in Einheitsmengen verpackt. Wenn die Einheitsmengen relativ klein sind, zum Beispiel, 250 g, 500 g oder 1 kg, dann kann die Legierungszugabe hergestellt werden, indem die erforderte Anzahl von verpackten Einheitsmengen der Schmelze direkt zugegeben wird. In solchen Fällen sind die Einheitsmengen von verspritztem Metallteilchenmaterial passenderweise in geeignete Verpackungen verpackt, die das verspritzte Metallteilchenmaterial freigeben können, zum Beispiel dadurch, dass sie geschmolzen oder abgebrannt werden, wenn die Verpackung der Schmelze zugegeben wird, für die die Legierungszugabe hergestellt werden soll. Wenn die Verpackung der Schmelze in dieser Weise zugegeben werden soll, sollte man aufpassen, um sie so auszuwählen, dass sie nicht Produkte ergeben wird, die vom Gesundheits- oder Sicherheitsstandpunkt schädlich sein werden, oder vom Standpunkt der chemischen Analyse des legierten Materials. Betreffs Gesundheit und Sicherheit wird es klar sein, dass, wenn die Verpackung aus brennbarem Material ist, geeignete Vorsorgen getroffen werden müssen, um zu verhindern, dass Bedienungspersonen übermäßigen Mengen der Verbrennungsprodukte ausgesetzt werden, ungeachtet des Wesens des Verbrennungsmaterials. Wenn man dieses bedenkt, dann sind geeignete brennbare Verpackungsmaterialien Kunststoff wie chlorfreies, niedrigschmelzendes Polyethylen mit geringer Dichte. Eine andere Annäherung in Fällen, wo verpackte Einheitsmengen direkt der zu legierenden Schmelze zugegeben werden sollen, ist, das verspritzte Metallteilchenmaterial in ein Material zu verpacken, das der Schmelze, die legiert wird, eine nützliche Komponente zugeben kann; Aluminiumfolie ist ein Beispiel eines solchen Verpackungsmaterials, das in vielen Fällen angemessen sein würde. Die verpackten Einheitsmengen können wesentlich größer als oben beschrieben sein, z. B. 10 kg oder mehr. In solchen Fällen kann es passend sein, das verspritzte Metallteilchenmaterial der Schmelze, die legiert werden soll, durch eine geeignete Dosierungsvorrichtung wie eine Einspritzvorrichtung zuzugeben.Sputtered metal particle material in bulk form is packaged in unit quantities. If the unit quantities are relatively small, for example, 250 g, 500 g or 1 kg, then the alloy addition can be made by adding the required number of packaged unit quantities directly to the melt. In such cases, the unit quantities of splashed metal particulate material are suitably packed in suitable packages which can release the splashed metal particulate material, for example by being melted or burnt off when the package is added to the melt to which the alloy addition is to be made. If the package is to be added to the melt in this way, care should be taken to select it so that it will not yield products which will be harmful from a health or safety point of view, or from the point of view of the chemical analysis of the alloyed material. With regard to health and safety, it will be clear that if the package is of combustible material, suitable precautions must be taken to prevent operators from being exposed to excessive quantities of the products of combustion, regardless of the nature of the combustion material. With this in mind, suitable combustible packaging materials are plastics such as chlorine-free, low-melting-point, low-density polyethylene. Another approach in cases where packaged unit quantities are to be added directly to the melt to be alloyed is to package the spattered metal particle material in a material capable of adding a useful component to the melt being alloyed; aluminium foil is an example of such a packaging material which would be appropriate in many cases. The packaged unit quantities may be substantially larger than described above, e.g. 10 kg or more. In such cases it may be appropriate to add the spattered metal particle material to the melt to be alloyed by a suitable metering device such as an injector.

2. Compress into unit quantities

Verspritztes Metallteilchenmaterial in loser Form wird in Einheitsmengen zusammengedrückt. Es bestehen mehrere Möglichkeiten hierfür:Spattered metal particle material in loose form is compressed into unit quantities. There are several ways to do this:

(i) Briquetting.

Das verspritzte Metallteilchenmaterial in loser Form wird durch irgendwelche der verschiedenen Arten der beim Stand der Technik bekannten Brekettiervorrichtungen in geeignete selbsttragende Einheitskörper geformt. Wenn es erwünscht ist, dann können dem verspritzten Metallteilchenmaterial irgendwelche geeigneten Bindematerialien oder andere erwünschte Zusatzmittel vor dem Brikettieren zugegeben werden. Das brikettierte Produkt kann irgendeine geeignete Form haben, zum Beispiel Zylinder, Scheiben, Pfannen, Klumpen oder Würfel. Wie bevorzugen Zylinder mit einem Durchmesser zwischen 50 und 200 nm und einer Höhe zwischen 5 und 200 nm. Geeignete Einheitsgewichte der brikettierten Produkte sind zum Beispiel 100 g, 250 g, 500 g oder 1 kg.The sprayed metal particle material in bulk form is formed into suitable self-supporting unit bodies by any of the various types of brequetting devices known in the art. If desired, any suitable binding materials or other desirable additives may be added to the sputtered metal particulate material prior to briquetting. The briquetted product may have any suitable shape, for example cylinders, discs, pans, lumps or cubes. We prefer cylinders with a diameter between 50 and 200 nm and a height between 5 and 200 nm. Suitable unit weights of the briquetted products are, for example, 100 g, 250 g, 500 g or 1 kg.

(ii) Compression into a metallurgical mass shape.

Dieses kann durch Techniken ähnlich wie den oben beschriebenen Brikettiertechniken erreicht werden. Die hergestellten Gestalten sind aber um einiges größer, z. B. 5 kg, 10 kg oder 25 kg. Die Massengestalten können zum Beispiel Scheibenplatten oder Gußblöcke sein. Sie können der Schmelze, die legiert werden soll, direkt zugegeben werden.This can be achieved using techniques similar to the briquetting techniques described above. However, the shapes produced are much larger, e.g. 5 kg, 10 kg or 25 kg. The mass shapes can be, for example, disc plates or cast blocks. They can be added directly to the melt that is to be alloyed.

Andererseits können sie in eine langgestreckte Form extrudiert werden, wie zum Beispiel eine Stange oder einen Draht, der für kontinuierliche Zubringung zu der Schmelze, die legiert werden soll, geeignet ist.On the other hand, they can be extruded into an elongated form, such as a rod or wire, suitable for continuous feeding into the melt to be alloyed.

(iii) Cold extrusion into an elongated shape.

Verspritztes Metallteilchenmaterial in loser Form wird durch ein Formteil in zum Beispiel eine langgestreckte Form, Stange oder Draht kaltextrudiert, die für kontinuierliches Zubringen zu einer Schmelze geeignet ist. Es wird wiederum eine Stange von ungefähr 9 mm bevorzugt. Ein geeigneter Kaltextrusionsprozess ist als Conformprozess bekannt; siehe die Abhandlung von J.A. Padre "The continuous extrusion of wire and sections from non-ferrous metal powders by the CONFORM process", die in der International Powder Metallurgy Conference, Washington, U.S.A. am 24. Juni 1980 vorgestellt wurde.Extruded metal particulate material in bulk form is cold extruded through a shaped part into, for example, an elongated shape, rod or wire suitable for continuous feeding to a melt. Again, a rod of about 9 mm is preferred. A suitable cold extrusion process is known as the Conform process; see the paper by J.A. Padre "The continuous extrusion of wire and sections from non-ferrous metal powders by the CONFORM process" presented at the International Powder Metallurgy Conference, Washington, U.S.A., June 24, 1980.

Für alle obigen Weisen des von dem Verfahren der Erfindung hergestellten verspritzten Metallteilchenprodukts bevorzugen wir besonders, dass das verspritzte Metallteilchenmaterial in loser Form, das benutzt wird, von einem Prozess hergestellt worden ist, der Verkleinern des verspritzten Metallteilchenprodukts aufweist. Das verkleinerte verspritzte Metallteilchenprodukt hat vorzugsweise eine mittlere maximale Ausmessung von 0,5 bis 10 mm, bevorzugterweise von 1 bis 5 mm. Die erforderte Verkleinerung des verspritzten Metallteilchenprodukts kann durch eine metallurgische Granulierungsmaschine erreicht werden, die sich drehende Schaufeln hat, die die Größe der verspritzten Metallteilchenproduktstücke auf den erwünschten Grad verringern kann.For all the above modes of the sputtered metal particle product produced by the method of the invention, we particularly prefer that the sputtered metal particle material in bulk form used has been produced by a process which comprises comminution of the sputtered metal particle product. The comminuted sputtered metal particle product preferably has an average maximum Measuring from 0.5 to 10 mm, preferably from 1 to 5 mm. The required reduction in size of the splattered metal particle product can be achieved by a metallurgical granulating machine having rotating blades which can reduce the size of the splattered metal particle product pieces to the desired degree.

Das Legierungsmaterial, das benutzt wird, um das Legierungszusatzmittel nach dem Verfahren der Erfindung herzustellen, kann irgendeine geeignete Art haben. Es ist vorzugsweise ein auf Aluminium beruhendes Material, wo das Legierungszusatzmittel benutzt werden soll, um Legierungszugaben zu einer auf Aluminium beruhenden Schmelze zu machen. Beispiele von auf Aluminium beruhenden Legierungsmaterialien sind:The alloying material used to make the alloying additive according to the process of the invention may be of any suitable type. It is preferably an aluminium-based material where the alloying additive is to be used to make alloying additions to an aluminium-based melt. Examples of aluminium-based alloying materials are:

1. A modifier that includes strontium

Solche Legierungsmaterialien sind geeignet, um Legierungszugaben für hypoeutektische und eutektische Aluminium-Silicium-Legierungsschmelzen herzustellen, um die Kristallstruktur der eutektischen Aluminium-Silicium-Kristalle zu verbessern, wenn die Legierung sich verfestigt. Die bevorzugte derartige Legierung ist eine Strontium- Aluminium-Legierung, die Strontium in dem Bereich von 3 bis 30 Gewichts% enthält, vorzugsweise von 8 bis 20 Gewichts%, bevorzugterweise ungefähr 10 Gewichts%. Wegen der von dem Verfahren der Erfindung hergestellten feinen metallurgischen Struktur von legierenden Strontium-Aluminium-Legierungszusatzrnitteln ist es möglich, die Legierungszugaben in einer Stangenform herzustellen, sogar bei höheren Strontiumständen, welche als eine Stange von Strontium-Aluminium-Legierungen von konventionellen Verfahren gebildet werden kann. Der Strontium-Aluminium- Modifizierer kann zusätzlich Titan umfassen, und Bor; einer solche Legierungszugabe kann hypoeutektischen Aluminium-Silicium-Schmelzen zugegeben werden, um Kornverfeinerung der Aluminiumkomponente und Modifizierung der Aluminium- Silicium-Komponente der verfestigten Aluminium-Silicium-Legierung herzustellen. Eine solche Legierungszugabe kann folgendes in Gewichts% umfassen: 5% bis 25% Strontium, 0,5% bis 12% Titan, 0,1% bis 2% Bor. Drei bevorzugte Zusammensetzungen umfassen in Gewichts%: (a) ungefähr 10% Strontium, ungefähr 1% Titan und ungefähr 0,2% Bor; (b) ungefähr 10% Strontium, ungefähr 5% Titan und ungefähr 1% Bor; (c) ungefähr 5% Strontium, ungefähr 10% Titan und ungefähr 1% Bor.Such alloy materials are suitable for preparing alloy additions for hypoeutectic and eutectic aluminum-silicon alloy melts to improve the crystal structure of the eutectic aluminum-silicon crystals as the alloy solidifies. The preferred such alloy is a strontium-aluminum alloy containing strontium in the range of 3 to 30 weight percent, preferably 8 to 20 weight percent, more preferably about 10 weight percent. Because of the fine metallurgical structure of alloying strontium-aluminum alloy additions produced by the process of the invention, it is possible to prepare the alloy additions in a bar form, even at higher strontium levels, which can be formed as a bar of strontium-aluminum alloys by conventional processes. The strontium-aluminum modifier may additionally comprise titanium, and boron; Such alloying addition may be added to hypoeutectic aluminum-silicon melts to produce grain refinement of the aluminum component and modification of the aluminum-silicon component of the solidified aluminum-silicon alloy. Such alloying addition may comprise the following in weight percent: 5% to 25% strontium, 0.5% to 12% titanium, 0.1% to 2% boron. Three preferred compositions comprise, by weight: (a) about 10% strontium, about 1% titanium, and about 0.2% boron; (b) about 10% strontium, about 5% titanium, and about 1% boron; (c) about 5% strontium, about 10% titanium, and about 1% boron.

2. Grain refiner

Kornverfeinerer zum Zugeben zu auf Aluminium beruhenden Schmelzen können Titan umfassen; sie umfassen gewöhnlicherweise Bor und auch Titan. Wenn sie von dem Verfahren der Erfindung hergestellt werden, dann kann ihre Aktivität als Ergebnis der Verbesserung der Feinheit der metallurgischen Struktur verbessert werden. Die Auflösungsgeschwindigkeit kann auch verbessert werden. Bei denen, die Bor und auch Titan umfassen, ist dieses insbesonders dann der Fall, wenn die Schmelze des Legierungsmaterials auf die Abkühlungsoberfläche innerhalb einer kurzen Zeit von dem Anfang des gleichzeitigen Vorhandenseins des Bors und des Titans in der Schmelze aufgetragen wird. FR 2133439 beschreibt Techniken, die leicht auf das Verfahren der vorliegenden Erfindung angepasst werden können, wobei es möglich sein wird, die Länge der Zeitdauer zu minimieren. Beispiele von geeigneten Zusammensetzungen von auf Aluminium beruhenden Kornverfeinerern, die von dem Verfahren der Erfindung hergestellt werden können, sind solche, die zusätzlich zu dem Aluminium folgendes in Gewichts% umfassen:Grain refiners for addition to aluminium-based melts may comprise titanium; they usually comprise boron and also titanium. When prepared by the process of the invention, their activity may be improved as a result of improving the fineness of the metallurgical structure. The dissolution rate may also be improved. For those comprising boron and also titanium, this is particularly the case when the melt of the alloy material is applied to the cooling surface within a short time from the beginning of the simultaneous presence of the boron and titanium in the melt. FR 2133439 describes techniques which can be easily adapted to the process of the present invention, whereby it will be possible to minimise the length of the time period. Examples of suitable compositions of aluminium-based grain refiners which can be prepared by the process of the invention are those which, in addition to the aluminium, comprise the following in % by weight:

(a) 5% bis 25% Titan, vorzugsweise ungefähr 10% Titan;(a) 5% to 25% titanium, preferably about 10% titanium;

(b) ungefähr 3% Titan, plus Bor; z. B.(b) approximately 3% titanium, plus boron; e.g.

(i) ungefähr 3% Titan und ungefähr 1% Bor;(i) approximately 3% titanium and approximately 1% boron;

(ii) ungefähr 3% Titan und ungefähr 0,1% Bor;(ii) approximately 3% titanium and approximately 0.1% boron;

(iii) ungefähr 3% Titan und ungefähr 0,2% Bor; und(iii) approximately 3% titanium and approximately 0.2% boron; and

(iv) ungefähr 3% Titan und ungefähr 0,5% Bor;(iv) approximately 3% titanium and approximately 0.5% boron;

(c) ungefähr 5% Titan plus Bor; z. B.(c) approximately 5% titanium plus boron; e.g.

(i) ungefähr S% Titan und ungefähr 1% Bor;(i) approximately 5% titanium and approximately 1% boron;

(ii) ungefähr S% Titan und ungefähr 0,1% Bor;(ii) approximately 5% titanium and approximately 0.1% boron;

(iii) ungefähr 5% Titan und ungefähr 0,2% Bor; und(iii) approximately 5% titanium and approximately 0.2% boron; and

(iv) ungefähr 5% Titan und ungefähr 0,6% Bor;(iv) approximately 5% titanium and approximately 0.6% boron;

3. A conductivity-enhancing additive

Solche Zusatzmittel umfassen allgemein Aluminium und Bor, und werden Aluminiumschmelzen zugegeben, um die Leitfähigkeit beeinträchtigende Unreinheiten wie Vanadium auszufällen. Sie können, wenn sie von dem Verfahren der Erfindung hergestellt werden, eine verbesserte Auflösungsgeschwindigkeit und Ausfällungsgeschwindigkeit von der die Leitfähigkeit beeinträchtigenden Unreinheiten haben. Die bevorzugte derartige Legierung ist eine Bor-Aluminium-Legierung, die Bor in dem Bereich von 3 bis 10 Gewichts% umfasst, vorzugsweise ungefähr 4 Gewichts%.Such additives generally comprise aluminum and boron, and are added to aluminum melts to precipitate conductivity-impacting impurities such as vanadium. They can, when prepared by the process of the invention, have an improved dissolution rate and precipitation rate of the conductivity-impacting impurities. The preferred such alloy is a boron-aluminum alloy comprising boron in the range of 3 to 10 weight percent, preferably about 4 weight percent.

4. Alloy additive for adding an alloy metal

Solche Legierungszusatzmittel können benutzt werden, um ein Legierungsmetall wie Zirconium, Mangan, Kupfer, Vanadium, Eisen oder Chrom zum Beispiel einer auf Aluminium beruhenden Schmelze zuzugeben. Wenn sie von dem Verfahren der Erfindung hergestellt werden, dann kann ihre Auflösungsgeschwindigkeit verbessert werden. Bevorzugte Zusammensetzungen für solche Legierungszusatzmittel sind:Such alloying additives can be used to add an alloying metal such as zirconium, manganese, copper, vanadium, iron or chromium to, for example, an aluminium-based melt. When prepared by the process of the invention, their dissolution rate can be improved. Preferred compositions for such alloying additives are:

(a) Zirconium-Aluminium, das Zirconium in dem Bereich von 5 bis 30 Gewichts% umfasst;(a) zirconium-aluminum comprising zirconium in the range of 5 to 30 weight percent;

(b) Mangan-Aluminium, das Mangan in dem Bereich von 5 bis 40 Gewichts% umfasst, vorzugsweise ungefähr 20 Gewichts%;(b) manganese-aluminum comprising manganese in the range of 5 to 40 weight percent, preferably about 20 weight percent;

(c) Kupfer-Aluminium, das Kupfer in dem Bereich von 20 bis 60 Gewichts% umfasst, vorzugsweise ungefähr 50 Gewichts%;(c) copper-aluminum comprising copper in the range of 20 to 60 weight percent, preferably about 50 weight percent;

(d) Vanadium-Aluminium, das Vanadium in dem Bereich von 5 bis 30 Gewichts% umfasst, vorzugsweise ungefähr 10 Gewichts%;(d) vanadium-aluminium comprising vanadium in the range of 5 to 30 weight percent, preferably about 10 weight percent;

(e) Eisen-Aluminium, das Eisen in dem Bereich von 5 bis 40 Gewichts% umfasst, vorzugsweise ungefähr 20 Gewichts%; und(e) iron-aluminium comprising iron in the range of 5 to 40% by weight, preferably about 20% by weight; and

(f) Chrom-Aluminium, das Chrom in dem Bereich von 5 bis 40 Gewichts% umfasst, vorzugsweise ungefähr 20 Gewichts%.(f) Chromium-aluminium comprising chromium in the range of 5 to 40% by weight, preferably about 20% by weight.

Wenn es erwünscht ist, ein Legierungszusatzmittel mit dem Verfahren der Erfindung herzustellen, so dass das Zusatzmittel mehr als eine Legierungskomponente enthält, dann kann man arrangieren, dass die ursprüngliche Schmelze des Legierungsmaterials alle erforderten Legierungskomponenten enthält, wie in dem folgenden Beispiel 3 dargestellt ist. Wir haben aber gefunden, dass unter vielen Umständen dieselbe Aufgabe leicher erreicht werden kann, indem arrangiert wird, dass ein verspritztes Metallteilchenprodukt mit einer ersten Zusammensetzung mit wenigstens einem zusätzlichen verspritzten Metallteilchenprodukt mit einer verschiedenen Zusammensetzung gemischt wird, um ein gemischtes verspritztes Metallteilchenprodukt zu liefern, um es in einer Dosierungsform nach der Erfindung anzuordnen. Dieses ist in dem folgenden Beispiel 4 dargestellt. Die ersten und zusätzlichen verspritzten Metallteilchenprodukte werden vorzugsweise wie oben beschrieben verkleinert, entweder bevor oder nachdem sie zusammengemischt werden.If it is desired to prepare an alloying additive by the process of the invention so that the additive contains more than one alloying component, then the initial melt of alloying material can be arranged to contain all of the required alloying components, as illustrated in Example 3 below. However, we have found that in many circumstances the same object can be more easily achieved by arranging for a spattered metal particle product having a first composition to be mixed with at least one additional spattered metal particle product having a different composition to provide a mixed spattered metal particle product for placement in a dosage form according to the invention. This is illustrated in Example 4 below. The first and additional spattered metal particle products are preferably reduced in size as described above, either before or after they are mixed together.

Die vorliegende Erfindung weist auch ein Verfahren zum Herstellen einer Legierungszugabe zu einer Aluminiumschmelze auf, das umfasst, eine von einem Verfahren nach der Erfindung hergestellte Dosierungsform der Schmelze zuzugeben.The present invention also features a method of making an alloy addition to an aluminum melt, which comprises adding a dosage form made by a method according to the invention to the melt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nun einige Ausführungsformen davon mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Fig. 1(a) und 1(b) sind Photographien derselben Größe wie das Original. Der Rest der Figuren sind alle Photomikrographen mit einer Vergrößerung von 500. In den Zeichnungen:For a better understanding of the invention, some embodiments thereof will now be described with reference to the accompanying drawings. Fig. 1(a) and 1(b) are photographs of the same size as the original. The rest of the figures are all photomicrographs at a magnification of 500. In the drawings:

Fig. 1(a) zeigt die Struktur von in Beispiel 1 benutztem nicht behandeltem Aluminiummetall.Fig. 1(a) shows the structure of untreated aluminum metal used in Example 1.

Fig. 1(b) zeigt die Struktur von Aluminiummetall, nachdem es mit den nach Beispiel 1 hergestellten Kornverfeinererlegierungsbriketts kornverfeinert ist.Fig. 1(b) shows the structure of aluminum metal after it is grain refined with the grain refiner alloy briquettes prepared according to Example 1.

Fig. 2(a) zeigt die Struktur von unbehandelter LM24-Legierung, die in Beispielen 2 bis 4 benutzt wird.Fig. 2(a) shows the structure of untreated LM24 alloy used in Examples 2 to 4.

Fig. 2(b) zeigt die Struktur von LM24-Legierung, nachdem sie mit den nach Beispiel 2 hergestellten Modifiziererlegierungsbriketts modifiziert worden ist.Fig. 2(b) shows the structure of LM24 alloy after being modified with the modifier alloy briquettes prepared according to Example 2.

Fig. 3 zeigt die Struktur von LM24-Legierung, nachdem sie mit Modifizierer- und Kornverfeinererlegierungsbriketts modifiziert und kornverfeinert worden ist, die nach Beispiel 3 hergestellt sind.Fig. 3 shows the structure of LM24 alloy after it has been modified and grain refined with modifier and grain refiner alloy briquettes prepared according to Example 3.

Fig. 4 zeigt die Struktur von LM24-Legierung, nachdem sie mit Modifizierer- und Kornverfeinererlegierungsbriketts modifiziert und kornverfeinert worden ist, die nach Beispiel 4 hergestellt sind.Fig. 4 shows the structure of LM24 alloy after it has been modified and grain refined with modifier and grain refiner alloy briquettes prepared according to Example 4.

example 1

Eine Schmelze aus 300 kg Legierungsmetall, die 5 Gewichts% Titan umfasst, 1 Gewichts% Bor, Rest Aluminium mit 99,7 Gewichts% Reinheit (5/1 TiBAl), wurde durch Reagieren von Kaliumfluotitanat, K&sub2;TiF&sub6; und Kaliumborfluorid, KBF&sub4;, mit geschmolzenem Aluminium in einem Induktionsofen hergestellt.A melt of 300 kg alloy metal comprising 5 wt% titanium, 1 wt% boron, balance aluminum of 99.7 wt% purity (5/1 TiBAl) was prepared by reacting potassium fluotitanate, K2TiF6, and potassium borofluoride, KBF4, with molten aluminum in an induction furnace.

Das Legierungsmaterial wurde dann in ein verspritztes Metallteilchenprodukt in einer Vorrichtung umgewandelt, die eine Zwischenpfanne umfasst, die senkrecht über dem Abkühlungsmittel angebracht war, das eine wassergekühlte zylindrische metallurgische Standardverpackungstrommel mit 1 mm dickem Weichstahl mit einer Länge von 880 mm und einem Durchmesser von 660 mm umfasst. Sie wurde zur Drehung um ihre zylindrische Achse angebracht, wobei die Achse waagerecht angeordnet ist, und wurde an einen Motor angeschlossen, der sie mit einer Geschwindigkeit von 30 U/min antreiben kann. Die Trommel hatte offene Enden, und wurde mittels einer Sprühstange abgekühlt, die von dem offenen Ende in dem Inneren der Trommel hervorragte, um eine Sprühung von Wasser in das Innere der Trommel zu richten, zentriert an ungefähr der 1 Uhr- Stellung.The alloy material was then converted into a sprayed metal particle product in an apparatus comprising a tundish mounted vertically above the cooling means comprising a water cooled cylindrical metallurgical standard packing drum of 1 mm thick mild steel, 880 mm long and 660 mm diameter. It was mounted for rotation about its cylindrical axis, with the axis disposed horizontally, and was connected to a motor capable of driving it at a speed of 30 rpm. The drum had open ends, and was cooled by means of a spray bar projecting from the open end into the interior of the drum to direct a spray of water into the interior of the drum, centered at approximately the 1 o'clock position.

Die Zwischenpfanne mit einem Fassungsvermögen von 10 kg von Legierungsmetall wurde ungefähr 400 mm über der 12 Uhr-Stellung angeordnet. Sie umfasste einen Stahlkörper mit einem im wesentlichen V-Schnitt, und der sich über fast die ganze axiale Länge der Trommel erstreckt, und war innen mit einem geeigneten feuerfesten Material ausgekleidet. Der Boden des "V's" der Zwischenpfanne schloss einen waagerechten inneren Bodenabschnitt mit einer Breite von 50 mm ein, der mit einer Reihe von 8 gleichmäßig beabstandeten runden Öffnungen mit einem Durchmesser von 6 mm versehen war, um zu ermöglichen, dass der Inhalt der Zwischenpfanne in einer Reihe von Strömen austritt, die entlang seiner axialen Länge an der 12 Uhr-Stellung auf die Trommel gerichtet werden konnten.The tundish, with a capacity of 10 kg of alloy metal, was placed approximately 400 mm above the 12 o'clock position. It comprised a steel body with a substantially V-section, extending over almost the entire axial length of the drum, and was internally lined with a suitable refractory material lined. The bottom of the tundish "V" included a horizontal inner bottom section 50 mm wide provided with a series of 8 evenly spaced 6 mm diameter circular openings to allow the tundish contents to exit in a series of streams which could be directed along its axial length onto the drum at the 12 o'clock position.

Die Zwischenpfanne war so angebracht, dass sie senkrecht zu der Achse der Trommel senkrecht oszilliert werden konnte, und sie war an einen Oszillator angeschlossen, der sich in die Richtung über eine Entfernung von 20 mm mit einer Geschwindigkeit von 100 Oszillationen pro Minute bewegen kann.The intermediate pan was mounted so that it could oscillate vertically to the axis of the drum and was connected to an oscillator capable of moving in that direction over a distance of 20 mm at a rate of 100 oscillations per minute.

Die die verspritzten Metallteilchen herstellende Vorrichtung war hergestellt worden, um das geschmolzene Legierungsmaterial durch Aktivieren des Trommelantriebsmotors und des Oszillators zu empfangen, und Abkühlungswasser mit einer Temperatur von 15ºC mit einer Geschwindigkeit von 100 kg pro Minute. Geschmolzenes Legierungsmaterial bei 850ºC wurde von dem Induktionsofen kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit an die Zwischenpfanne geliefert, um sie ungefähr drei viertel voll zu halten. Die Schmelze trat aus den Löcheren in dem Boden der Zwischenpfanne aus, sie war so untergegossen. Dann fiel sie in eine Reihe von halb-kontinuierlichen Strömen auf die Oberfläche der Trommel an der 12 Uhr-Stellung, wobei die Oberfläche als eine Abkühlungsoberfläche wirkt, was verursacht, dass die Schmelze sich mit einer geschätzten Geschwindigkeit von ungefähr 400ºC pro Sekunde verfestigt, um verspritzte Metallteilchenstücke mit mittleren Ausmessungen von ungefähr 50 mm breit · 100 mm lang · 1 mm dick zu bilden. Die verfestigten verspritzten Metallteilchenstücke fielen von der Trommel bei ungefähr der 3 Uhr-Stellung fort, und wurden kontinuierlich zum Verarbeiten in einem Granulator entfernt. Ungefähr 300 kg verspritztes Metallteilchenprodukt wurde während einer Dauer von 40 Minuten hergestellt. Die letzten 3 kg, die aus der Zwischenpfanne austraten, wurden weggeworfen, da sie einen großen Teil der Unreinheiten enthalten würden, die sich an der Oberfläche der Schmelze des Legierungsmaterials gesammelt hatten.The apparatus producing the spattered metal particles was designed to receive the molten alloy material by activating the drum drive motor and oscillator, and cooling water at a temperature of 15ºC at a rate of 100 kg per minute. Molten alloy material at 850ºC was continuously supplied from the induction furnace to the tundish at a rate to keep it approximately three-quarters full. The melt exited from the holes in the bottom of the tundish, thus being under-poured. It then fell in a series of semi-continuous streams onto the surface of the drum at the 12 o'clock position, the surface acting as a cooling surface, causing the melt to solidify at an estimated rate of about 400°C per second to form spattered metal particles with average dimensions of about 50 mm wide x 100 mm long x 1 mm thick. The solidified spattered metal particles fell from the drum at about the 3 o'clock position and were continuously removed for processing in a granulator. About 300 kg of spattered metal particle product was produced during a period of 40 minutes. The last 3 kg exiting the tundish were discarded as they would contain a large proportion of the impurities that had collected on the surface of the melt of the alloy material.

Der benutzte Granulator war ein Blackfriars Granulator, und umfasste sich drehende Flügel zum Verkleinern des verspritzten Metallteilchenprodukts. Er war von Blackfriar Rotary Cutters Ltd. aus Redhill, Surrey, England, hergestellt worden, und war als ihr 18 Zoll ASHD Rotary Cutter bezeichnet worden. Das aus dem Granulator austretende verkleinerte verspritzte Metallteilchenprodukt hatte eine mittlere maximale Ausmessung von 3 mm.The granulator used was a Blackfriars granulator, and included rotating blades for reducing the splattered metal particle product. It was manufactured by Blackfriar Rotary Cutters Ltd. of Redhill, Surrey, England, and was designated as their 18 inch ASHD Rotary Cutter. The reduced splattered metal particle product exiting the granulator had a mean maximum dimension of 3 mm.

Dann wurde es zu einer metallurgischen Brikettierungsvorrichtung gebracht, die eine hydraulische Presse zur Bildung in Dosierungseinheiten umfasst. Die Presse verdichtete das verkleinerte verspritzte Metallteilchenprodukt in die Dosierungseinheiten kalt, jede von denen eine Tablette in der Form eines Zylinders mit einem Durchmesser von 90 mm und einer Länge von 25 mm umfasste. Jede Tablette wog 300 g. Die Tabletten wurden als Kornverfeinerungslegierungszusatzmittel benutzt. Sie wurden geschmolzenem Aluminium mit einer Reinheit von 99,7 Gewichts% mit einer Zugabegeschwindigkeit von 2 kg pro Tonne zugegeben. Eine Probe der behandelten Schmelze wurde dann nach einem vergleichbaren Test beruhend auf dem AA TP1-Kornverfeinerertest verfestigt; die Struktur der verfestigten Probe ist in Fig. 1 (b) gezeigt; Fig. 1 (a) zeigt die Struktur einer nicht behandelten Probe von Aluminium.It was then taken to a metallurgical briquetting device comprising a hydraulic press for formation into dosage units. The press cold compacted the reduced splattered metal particle product into the dosage units, each of which comprised a tablet in the shape of a cylinder with a diameter of 90 mm and a length of 25 mm. Each tablet weighed 300 g. The tablets were used as a grain refiner alloy additive. They were added to molten aluminium with a purity of 99.7 wt% at an addition rate of 2 kg per tonne. A sample of the treated melt was then consolidated by a comparable test based on the AA TP1 grain refiner test; the structure of the consolidated sample is shown in Fig. 1 (b); Fig. 1 (a) shows the structure of an untreated sample of aluminium.

Example 2

Eine Schmelze aus 300 kg, die 10 Gewichts% Strontrium umfasst, Rest Aluminium mit 99,7 Gewichts% Reinheit (10 SrAl) wurde durch Legieren von 30 kg Strontiummetall in eine Schmelze von 270 kg von geschmolzenem Aluminium in einem Induktionsofen hergestellt.A 300 kg melt comprising 10 wt% strontium, balance aluminum with 99.7 wt% purity (10 SrAl) was prepared by alloying 30 kg of strontium metal into a melt of 270 kg of molten aluminum in an induction furnace.

Das Legierungsmetall wurde dann in der in Beispiel 1 beschriebenen Vorrichtung unter im wesentlichen denselben Bedingungen in ein verspritztes Metallteilchenprodukt umgewandelt, außer dass die Temperatur der zu der Gießvorrichtung für verspritzte Metallteilchen gelieferten Strontium-Aluminiumschmelze 870ºC war.The alloy metal was then converted into a sprayed metal particle product in the apparatus described in Example 1 under substantially the same conditions except that the temperature of the strontium-aluminium melt supplied to the spatter casting apparatus was 870ºC.

Das sich ergebende verspritzte Metallteilchenprodukt wurde dann wie in Beispiel 1 granuliert und brikettiert, wobei das verkleinerte verspritzte Metallteilchenprodukt aus dem Granulator mit einer mittleren maximalen Ausmessung von 3 mm austritt, und die zylindrischen brikettierten Tabletten jeweils einen Durchmesser von 90 mm · 25 mm Länge haben, und 300 g wiegen.The resulting splattered metal particle product was then granulated and briquetted as in Example 1, with the splattered metal particle product emerging from the granulator with an average maximum dimension of 3 mm, and the cylindrical briquetted tablets each having a diameter of 90 mm x 25 mm long, and weighing 300 g.

Es wurde ein Versuch durchgeführt, in dem die brikettierten Tabletten als ein Legierungszusatzmittel benutzt wurden, um eine Schmelze von LM24, die mit der Geschwindigkeit von 3 kg/Tonne zugegeben wurde, zu modifizieren und kornzuverfeinern. LM24 ist eine hypoeutektische Aluminium-Silicium-Legierung, die Kupfer enthält und ist an die folgende Spezifizierung in Gewichts% angepasst: 3,0 bis 4,0 Kupfer, 7,5 bis 9,5 Silicium, maximal 1,3 Eisen, maximal 3,0 Zink, und maximal 0,5 Mangan. Obwohl diese Legierung im allgemeinen in einem nicht modifizierten Zustand benutzt wird, ist sie eine Legierung, die benutzt werden kann, um Modifizierung besonders gut zu zeigen.An experiment was conducted using the briquetted tablets as an alloying additive to modify and grain refine a melt of LM24 added at the rate of 3 kg/ton. LM24 is a hypoeutectic aluminum-silicon alloy containing copper and is conformed to the following specification in weight percent: 3.0 to 4.0 copper, 7.5 to 9.5 silicon, maximum 1.3 iron, maximum 3.0 zinc, and maximum 0.5 manganese. Although this alloy is generally used in an unmodified state, it is an alloy that can be used to exhibit modification particularly well.

Die Struktur der modifizierten und kornverfeinerten Legierung bei der Verfestigung ist in Fig. 2(b) gezeigt; Fig. 2(a) zeigt die Struktur einer nicht behandelten Probe der Legierung.The structure of the modified and grain refined alloy upon solidification is shown in Fig. 2(b); Fig. 2(a) shows the structure of an untreated sample of the alloy.

Example 3

Eine Schmelze eines Legierungsmaterials von 300 kg, die 10 Gewichts% Strontrium umfasst, 1 Gewichts% Titan, 0,2 Gewichts% Bor, Rest Aluminium mit 99,7 Gewichts% Reinheit (10/1/0,2 SrTiBAl) wurde durch Reagieren der richtigen Mengen von K&sub2;TiF&sub6; und KBF&sub4; mit geschmolzenem Aluminium wie in Beispiel 1 und Legieren von 30 kg von Strontiummetall wie in Beispiel 2 hergestellt.A 300 kg melt of alloy material comprising 10 wt% strontium, 1 wt% titanium, 0.2 wt% boron, balance aluminum of 99.7 wt% purity (10/1/0.2 SrTiBAl) was prepared by reacting the appropriate amounts of K2TiF6 and KBF4 with molten aluminum as in Example 1 and alloying 30 kg of strontium metal as in Example 2.

Das Legierungsmetall wurde dann in der in Beispiel 1 beschriebenen Vorrichtung unter im wesentlichen denselben Bedingungen in ein verspritztes Metallteilchenprodukt umgewandelt, außer dass die Temperatur der zu der Gießvorrichtung für das verspritzte Metallteilchen gelieferten Strontium-Aluminiumschmelze 870ºC war.The alloy metal was then converted to a spattered metal particle product in the apparatus described in Example 1 under substantially the same conditions, except that the temperature of the strontium-aluminum melt supplied to the spattered metal particle casting apparatus was 870°C.

Es wurde ein Versuch durchgeführt, in dem die brikettierten Tabletten als ein Legierungszusatzmittel benutzt wurden, um eine Schmelze von LM24, die mit der Geschwindigkeit von 3 kg/Tonne zugegeben wurde, zu modifizieren und kornzuverfeinern.An experiment was conducted in which the briquetted tablets were used as an alloying additive to modify and grain refine a melt of LM24 added at the rate of 3 kg/ton.

Die Struktur der modifizierten und kornverfeinerten Legierung bei der Verfestigung ist in Fig. 3 gezeigt.The structure of the modified and grain refined alloy during solidification is shown in Fig. 3.

Example 4

Es wurde eine Schmelze aus 5/1 TiBaAl-Legierungsmaterial hergestellt und in ein verspritztes Metallteilchenprodukt umgewandelt und dann wie in Beispiel 1 beschrieben granuliert, und eine Schmelze von 10SrAl wurde hergestellt und in ein verspritztes Metallteilchenprodukt umgewandelt und dann wie in Beispiel 2 beschrieben granuliert. Teile des verspritzten Metallteilchenprodukts von 5/1 TiBAl- und 10SrAl- wurden nach der Verkleinerung in dem Granulator in einem Gewichtsverhältnis von 80 zu 20 gemischt, so dass die sich ergebende Mischung in Gewichts% folgendes war: 4% Titan, 0,8% Bor, 2% Strontium, Rest Aluminium. Die sich ergebende Mischung wurde wie in Beispiel 1 beschrieben brikettiert um zylindrische brikettierte Tabletten herzustellen, wobei jede einen Durchmesser von 90 mm · 25 mm Länge hat, und 300 g wiegt.A melt of 5/1 TiBaAl alloy material was prepared and converted to a splattered metal particle product and then granulated as described in Example 1, and a melt of 10SrAl was prepared and converted to a splattered metal particle product and then granulated as described in Example 2. Portions of the splattered metal particle product of 5/1 TiBAl- and 10SrAl- were mixed after comminution in the granulator in a weight ratio of 80 to 20 such that the resulting mixture in weight percent was as follows: 4% titanium, 0.8% boron, 2% strontium, balance aluminum. The resulting mixture was processed as described in Example 1 described to produce cylindrical briquetted tablets, each having a diameter of 90 mm x 25 mm length, and weighing 300 g.

Es wurde ein Versuch durchgeführt, in dem die brikettierten Tabletten als Legierungszusatzmittel benutzt wurden, um eine Schmelze von LM24, die mit der Geschwindigkeit von 5 kg/Tonne zugegeben wurde, zu modifizieren und kornzuverfeinern.An experiment was conducted in which the briquetted tablets were used as alloying additives to modify and grain refine a melt of LM24 added at the rate of 5 kg/ton.

Die Struktur der modifizierten und kornverfeinerten Legierung bei der Verfestigung ist in Fig. 4 gezeigt.The structure of the modified and grain refined alloy during solidification is shown in Fig. 4.

Claims

1. A method of producing an alloying additive from a fine metallurgical structure comprising providing a melt of an alloying material, providing a quenching medium comprising a quenching surface, applying one or more non-atomized streams of the melt to the quenching surface to produce a spattered metal particle product, and placing the spattered metal particle product into a dosage form suitable for producing metered alloy additions.

2. A process according to claim 1, in which the cooling of the melt on the cooling surface is at a rate of 20 to 1000°C per second, preferably 50 to 500°C per second.

3. A method according to claim 1 or claim 2, in which the cooling means comprises a cooling surface moving in a continuous path, and preferably comprises a rotating cylinder with an external cooling surface or a recirculating belt with an external cooling surface.

4. A method according to claim 3, in which the cooling surface is cooled by applying a fluid flow to an inner surface of the cooling means, the inner surface being in thermal communication with the cooling surface.

5. A process according to any one of claims 1 to 4, in which impurities in the melt are concentrated at an upper zone in the melt, and the non-atomized stream or streams are introduced from below the upper zone and preferably applied by under-pouring from below the upper zone.

6. A process according to claim 5, in which the melt is held in a metallurgical vessel and the non-atomized stream or streams are created by discharging the melt through one or more openings into the vessel below the upper zone.

7. A process according to claim 5 or 6, in which the melt is oscillated to force impurities therein to rise into the upper zone.

8. A method according to any one of claims 1 to 7, in which the thickness of the sprayed metal particle product is from 0.1 to 5 mm, and preferably less than 3 mm, and the width of the sprayed metal particle product is from 2 to 200 mm.

9. A method according to any one of claims 1 to 8, wherein placing the sprayed metal particulate product into a dosage form comprises packaging sprayed metal particulate material in bulk form in unit quantities.

10. A method according to any one of claims 1 to 8, wherein placing the sprayed metal particulate product into a dosage form comprises compressing sprayed metal particulate material in bulk form into unit quantities.

11. A method according to claim 10, in which the sprayed metal particulate material is briquetted.

12. A method according to claim 10, in which the sprayed metal particulate material is compressed into a bulk metallurgical shape.

13. A method according to claim 12, in which the mass shape is extruded into an elongated form suitable for continuous feeding to a melt.

14. A method according to any one of claims 1 to 8, wherein placing the sprayed metal particulate product into a dosage form comprises cold extruding sprayed metal particulate material in bulk form through a die into an elongated shape suitable for continuous feeding to a melt.

15. A method according to any one of claims 9 to 14, in which the sprayed metal particulate material in bulk form has been produced by a process which comprises reducing the sprayed metal particulate product, the reduction preferably comprising granulation.

16. A method according to claim 15, in which the reduced-size sprayed metal particle product has an average maximum dimension of 0.5 to 10 mm, preferably 1 to 5 mm.

17. A method according to any one of claims 1 to 16, wherein the alloy material is an aluminium-based material.

18. A method according to any one of claims 1 to 17, wherein the alloy material is a modifier comprising strontium.

19. The method of claim 18, wherein the modifier additionally comprises a grain refiner.

20. A method according to any one of claims 1 to 17, wherein the alloy material is a grain refiner.

21. The method of claim 20, wherein the grain refiner comprises titanium, and preferably comprises titanium and boron.

22. A method according to any one of claims 1 to 17, wherein the alloying material is a conductivity-enhancing additive comprising boron.

23. A method according to any one of claims 1 to 17, in which the alloying material comprises an alloy metal, for example chromium, zirconium, manganese, copper, vanadium or iron.

24. A method according to any one of claims 1 to 23, wherein a spattered metal particle product having a first composition is mixed with at least one additional spattered metal particle product having a different composition to provide a mixed spattered metal particle product, and the mixed spattered metal particle product is placed in a dosage form suitable for producing measured alloy additions.