DE707481C

DE707481C - Verfahren zum Modifizieren von Aluminium und praktisch siliciumfreien Aluminiumlegierungen

Info

Publication number: DE707481C
Application number: DE1930707481D
Authority: DE
Inventors: Dr Aladar Pacz
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1930-08-24
Filing date: 1930-08-24
Publication date: 1941-06-23

Description

Verfahren zum Modifizieren von Aluminium und praktisch siliciumfreien Aluminiumlegierungen Für das Modifizieren von Aluminiumlegierungen, insbesondere Aluminium-Silicium-Legierungen, sind bereits Veredlungsverfahren (Modifizierungsverfahren) bekannt, welche auf der Einführung eines Alkalimetalls, wie Natrium, b.'eruhen. Dieses Natrium kann dabei entweder elementar zugesetzt oder durch Zersetzung von z. B. Natriumfluoriden in. die geschmolzene Ausgangslegierung eingeführt werden. Hierdurch entstehen Legierungen, welche wegen ihres außerordentlich fein dispersen Gefüges, insbesondere wegen der eigenartig feinen Ausbildung der Siliciumkristalle, verbesserte mechanische Eigenschaften besitzen. Gerade die Eiliführung von elementarem Natrium hat jedoch den Nachteil, daß leicht ein fein poröses Gußgefüge entsteht. Die Verwendung von Natriumfluorid ist auf der anderen Seite verhältnismäßig kostspielig, so daß ,ein Bedürfnis zur weiteren Verbesserung dieser Verfahren besteht. Es sind auf der anderen Seite Raffinationsverfahren bekannt, bei denen die Raffination, d. h. das Herauslösen von verunreinigenden Bestandteilen, wie Schlacken, Oxyde oder Gase, mit Hilfe von Natriumcarbonaten erfolgen soll, denen zur Erniedrigung der Schmelztemperatur Calciumfluoride zugesetzt werden sollen. Bei derartigen Verfahren handelt es sich nun nicht darum, irgendwelche Bestandteile der Salze in die Schmelze einzuführen, wie demi ,auch die Schwermetalle Kupfer, Messing usw., für die das Verfahren in erster Linie gedacht ist, eine Verfeinerung des Gefüges durch Einführung von Natrium nicht erfahren. Bei Anwendung auf Aluminium kommt insbesondere die Herabsetzung der Schmelztemperatur durch Zusatz von Calciumfluorid in Betracht, da man bestrebt ist, die Raffinationsmittel möglichst noch unterhalb der Schmelztemperatur des Metalls schmelzen zu lassen, um schon während des Einschmelzens einen gewissen Schutz vor Oxydation zu haben, andererseits aber auch nach dem Einschmelzen Überhitzungen zu vermeiden, da diese leicht zu erneuter Gasaufnahme führen. Gerade hinsichtlich der Behandlungstemperatur und Art der Durchführung unterscheiden sich somit Raffinations- und Modifizierttngsverfahren grundsätzlich. Das Raffinationsverfahren will mit Hilfe der Salze bzw. Salzgemische bei Temperaturen möglichst dicht über dem Schmelzpunkt die Metalle von Verunreinigungen befreien. Es ist nicht Zweck dieser Verfahren, irgendwelche Bestandteile der Salze in die Schmelze einzuführen. Die Modifizierungsverfahren bezwecken dagegen in der Hauptsache, soforn sie überhaupt mit Salzen arbeiten, eine Zersetzung dieser Salze. um das darin enthaltene Natrium bzw. sonstige Alkalimetalle in die Schmelze einzuführen und hierbei eine spezifische Beeinflussung des Gefüges zu erzielen. Dementsprechend werden Modifizierungsverfahren mit Natriumfluorid auch bei Temperaturen durchgeführt, bei denen dieses sich zersetzt, d. h. bei etwa 85o'.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zum Modifizieren von Aluminium und praktisch siliciumfreien Aluminiumlegierungen, bei dem das der Modifizierung dienende Alkalimetall durch Zersetzung eines Gemisches von Fluoriden, welche an sich im Sinne der bekannten Modifizierungsverfahren mit Aluminium nicht reaktionsfähig sind, sowie Alkalicarbonat frei gemacht wird.
An Fluoriden kommen hier Erdalkalifluoride, wie z. B. Calciumfluorid, dem wegen seiner Billigkeit der Vorzug zu geben ist, weiterhin Aluminiumfluorid, Magnesiumfluorid, Manganfluorid sowie Gemische davon in Frage. Gegebenenfalls kann dabei die Auswahl dieser Fluoride unter dem Gesichtspunkt weiterer Behandlungsverfahren, wie z. B. einer Vergütung, erhöhter Walzbarkeit u. dgl., getroffen «erden, d. h. daß auch die Metallkomponenten des Fluorids als Legierungsbestandteil in das Aluminium eingehen können und dort die an sich bekannten Wirkungen ausübt, wie z. B. das Magnesium eine Verbesserung der Vergütbarkeit.
Von den Alkalicarbonaten kommt in erster Linie Natriumcarbonat in Betracht. Auch hier können jedoch Gemische mehrerer Carbonate verwendet werden. Abgesehen vom NTatriumcarbonat ist auch die Anwesenheit von Lithiumcarbonat besonders vorteilhaft, weil es auf die feine Verteilung der Schwermetallegierungsbestandteile, wie Eisen, Kupfer, Mangan u. dgl., außerordentlich hohen Einfluß auszuüben vermag. Insbesondere kupferhaltige Aluminiumlegierungen und unter diesen besonders die durch Warmbehandlung vergütbaren Guß- und Walzlegierungen werden weitgehend verbessert, wobei die Einführung des Lithiums in die Legierung in beinahe verlustfreier Weise erfolgt und hier die bekannten, dem Magnesium ähnlichen Wirkungen der Aushärtbarkeit hervorruft.
Es sei dabei dahingestellt, wie der chemische Reaktionsverlauf sich abspielt, ob eine regenseitige Zersetzung der Salze stattfindet Dder ob das Alkalicarbonat in Gegenwart der inderen Salze besonders leicht durch das Aluminium zersetzt wird. Im Ergebnis ist jeden-'alls festzustellen, daß eine Zersetzung der Salze und dementsprechend eine Veredlung schon bei Temperaturen festzustellen ist, die bei den gewöhnlichen Modifizierungstemperaturen mit Hilfe der bekannten Veredlungssalze liegen, während weder mit Natriumcarbonat allein schon bei diesen Temperaturen, noch mit den genannten Fluoriden allein die gleichen Wirkungen erzielt werden können. Auf der anderen Seite findet eine Einwirkung noch nicht statt, wenn man nach Art der Raffinationsverfahren bei oder wenig über Schmelztemperatur ohne Zersetzung dieser Salze arbeitet. Insofern liegt gegenüber dem Bekannten sowohl eine andere Aufgabenstellung als auch eine andere Art der praktischen Durchführung bei dem Verfahren vor.
Wendet man das Verfahren im Anschluß an die elektrolytische Darstellung des Hüttenaluminiums oder aluminiumhaltiger Legierungen an, so ist es lediglich erforderlich, den hierbei gebräuchlichen, Fluorid enthaltenden Elektrolyten noch die entsprechenden Anteile von Alkalicarbonat zuzusetzen.
Für gewisse Zwecke hat es sich auch als vorteilhaft erwiesen, das Calciumfluorid ganz oder zum Teil durch Bariumfluorid zu ersetzen.
Zur Erniedrigung der Reaktionstemperatur für sehr niedrigschmelzende Legierungen, wie Aluminium-Magnesium-Legierungen oder Aluminium-Zink-Legierungen, kann man weiterhin noch niedrigschmelzende Stoffe, wie z. B. Alkalichloride oder Gemische davon, z. B. ein Gemisch von 6o Teilen Kaliumchlorid und 4.o Teilen Natriumchlorid, in Mengen bis zu etwa 3o Gewichtsteilen der Fluorid-Carbonat-Mischung zusetzen.
Die Menge des Salzgemisches, welches zweckmäßig aus annähernd gleichen Teilen von Fluoriden und Carbonaten besteht, beträgt etwa o,5 bis 3 % der Legierungsschmelze. Doch kann diese Menge je nach den Verhältnissen in gewissen Grenzen schwanken. Als besonders wirtschaftlich hat sich die Anwendung eines Gemisches aus 5 Teilen Calciumtluorid und 61/2 Teilen Natriumcarbonat erwiesen.
Weitere Beispiele für geeignete Reaktionsmischungen sind die folgenden Beispiel i Aus Mischung: (5o g Kaliumchlorid, 5o g Natriumchlorid) . . . . . . . . . . . . 8 g Calciumfluorid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Natriumcarbonat................... 6,59 Beispiele Aus Mischung: (Natrium-Aluminium-Fluorid 42 g, Natriumcarbonat 32 g) 18,5 g (5o g Natriumchlorid, 5o g Kaliumchlorid)......................... 8 g

Beispiel 3

Natriumchlorid . . . . . . . . . . 20,50/0

Kaliumchlorid . . . . . . . . . . . 20,50/0

Calciumfluorid . . . . . . . . . . 25,6

Natriumcarbonat ........ 33,4%

Claims

PATC'NTANSPRÜCIIC: I. Verfahren zum Modifizieren von Aluminium und praktisclh siliciumfreien Aluminiumlegierungen, bei dem Alkalimetall durch Zersetzung der verwendeten Salze frei gemacht und in die Schmelze eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Salzgemisch aus Fluoriden, die an sich im Sinne der bekannten Modifizierungsverfahren mit Aluminium nicht reaktionsfähig sind, einerseits und Alkalicarbonaten andererseits verwendet wird.
2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die elektrolytische Herstellung des Aluminiums oder seiner Legierungen mit Hilfe fluoridhaltiger Elektrolyten diesem ein Alkalicarbonat zugesetzt wird.
3. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Modifizierung mit einem Gemisch aus 5 Teilen Calciumfluorid und etwa 61/2 Teilen Natriumcarbonat, vorteilhaft in Mengen von 0,3 bis 3 % vom Gewicht der Legierung durchgeführt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erniedrigung der Arbeitstemperaturen an sich hierfür bekannte Stoffe, insbesondere Alkalichloride, zugesetzt werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Salzgemisch Kaliumchlorid und Natriumchlorid im Verhältnis 3 : 2 in einer Menge von vorzugsweise etwa 30 % vom Gewicht des Salzgemisches zugesetzt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Salzgemisch ein Lithiumsalz, vorzugsweise Lithiumcarbonat, enthält.