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Mischung zum Einbringen von Zirkon in Magnesium und Magnesiumlegierungen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischung zum Einbringen von Ziirkoti in
Magnesium und Magnesiumlegierungen.
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Die Beimischung von Zirkon zu Magnesium oder zu Magnesiumlegierungen
bewirkt bei Gußstücken und spanlos verformten Gegenständen aus diesen Legierungen
ein feinkörniges Kristallgefüge und somit eine 'Verbesserung der mechanischen Eigenschaften.
Diese Wirkung tritt aber erst ein. wenn die Endlegierung einen 7irkotigehalt von
mindestens o,4% aufweist.
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Was die Einbringung dieser Zirkoninengen in (las :\'fagnesium anbetrifft,
so ist es bekannt, daB Elemente, wie Aluminium, Silicium, Zinn, Mangan, Kobalt,
Nickel und Antimon, die mit Zirkon Verhindungen mit hohem Schmelzpunkt bilden, von
der l:egierttng ferngehalten werden müssen, während andere Elemente der Legierung
beigegeben werden können. Diese zulässigen Legierungselemente umfassen bekanntlich
Zink, Kadmium, Metalle der seltenen Erden, Silber, Thallium, Thorium, Kupfer, Wismut,
Beryllium, Blei, Lithium und Calcium, wobei aber nur Zink, Kadmium und die Metalle
der seltenen Erden sowie möglicherweise eine Spur an Beryllium tatsächlich erwünscht
sind. Es kann leicht festgestellt werden, ob ein bestimmtes Element ferngehalten
werden muh oder zugelassen werden kann, und zwar dient hierzu ein einfacher Versuch,
der z. B. darin besteht, daß das betreffende Element einer etwa o,6% Zirkon enthaltenden
Magnesiium-Zirkon-Legierung zugesetzt wird, worauf entweder die Legierung analysiert
werden kann, um festzustellen, ob sieh der Gehalt an Zirkon verringert hat, oder
daraufhin
untersucht wird, ob das vorher feinkörnige Kristallgefüge durch den Zusatz ein gröberes
Korn aufweist, da diese Erscheinung ein sicheres Anzeichen eines Verlustes an Zirkon
ist.
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Zur Einführung des Zirkons in die Legierung wurden zahlreiche Versuche
mit Mischungen von Zirkonchlorid mit verschiedenen anderen Verbindungen unternommen,
die jedoch alle mit gewissen Nachteilen verbunden waren.
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Unter anderem wurden Mischungen oder Doppelsalze, die aus Zirkonfluorid
und Kalium- und/oder Natriumfluorid bestehen, in Betracht gezogen. Es ergab sich
jedoch, daß, wenn diese Stoffe in Form von Pulvern verwendet werden, eine beträchtliche
Verbrennung des Magnesiums stattfindet und nur sehr wenig Zirkon von der Legierung
aufgenommen wird. Werden andererseits diese Mischungen in geschmolzenem Zustand
oder in Form von vorher geschmolzenen Stücken dem Magnesium zugesetzt, so findet
eine noch heftigere Reaktion statt, die oft gefährliche Explosionen zur Folge hat.
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Es wurde nun festgestellt, daß solche Mischungen oder Doppelsalze
dann ohne Gefahr einer heftigen Reaktion dem geschmolzenen Magnesium zugesetzt werden
können, wenn sie mit bestimmten Chloriden vermischt werden. Das gilt auch für den
Fall, daß das verwendete Chlorid dasjenige des Alkalimetalles ist, dessen Fluorid
der Legierungsmischung beigegeben worden ist, d. h. Kaliumchlorid ist geeignet,
eine heftige Reaktion zu vermeiden, wenn Kaliumfluorid Verwendung findet, und in
ähnlicher Weise wird Natriumclilorid eine heftige Reaktion vermeiden, wenn Natriumfluorid
gegenwärtig ist.
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Dementsprechend besteht erfindungsgemäß das Salzgemisch, das zur Einführung
von Zirkon in Magnesium oder in Magnesiumlegierungen dient, aus einer Mischung oder
einem Doppelsalz von Zirkonfluorid und Kalium- und/oder Natriumfluorid und aus einem
oder aus mehreren Chloriden des Calciums, Bariums, Strontiums, Magnesiums und der
Alkalimetalle und/oder durch Reaktion zwischen diesen Chloriden und Fluoriden entstehenden
Stoffen.
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Ursprünglich glaubte man, daß es unerwünscht sei, daß bei der Einführung
von Zirkon in Magnesium mittels Zirkonfluorid die Chloride des 1@Iagnesiums, Calciums
und in einem geringeren Ausmaß des Strontiums und Bariums gegenwärtig sind, da dies
mehr oder weniger eine Verflüchtigung des Zirkonchlorids zur Folge !hatte. Diese
Schwierigkeit kann jedoch überwunden werden, wenn bestimmte Vorkehrungen getroffen
werden, und zwar ist die Zusammensetzung der Chloridmischung so zu wählen, daß sie
bei 700° C oder darunter im wesentlichen flüssig bleibt, ferner, daß mehr Alkalizirkonfluorid
gesondert von den Chloriden geschmolzen und die beiden Schmelzen dann bei einer
verhältnismäßig niedrigen Temperatur, z. 13. unter 700° C, vermischt werden, worauf
die geschmolzene Mischung entweder schnell in Formen gegossen wird, um später verwendet
zu werden, oder das Magnesium, welches für das Endprodukt gebraucht wird, unmittelbar
eingegossen wird. Wenn es erforderlich ist, die Mischung für eine beträchtliche
Zeitspanne im geschmolzenen Zustand zti erhalten, muß ein dicht schließender Deckel
für das die Mischung enthaltende Schmelzgefäß verwendet werden. Es ist zu empfehlen,
die (,egenw-art von Natrium!halogeniden zu vermeiden, weil ein Gehalt an Natrium
die mechanischen Eigenschaften der Legierung beeinträchtigt.
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Infolgedessen wird vorzugsweise Kaliunichloi-id mit einer der vorerwähnten
Mischungen oder mit einem Doppelsalz aus Zirkonfluorid und Kaliumfluorid vermischt.
Ein gutes Beispiel bietet ein Salzgemisch, das sich aus 5o % K2 Zr F6 und 5o % K
Cl zusammensetzt.
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Dieses Gemisch kann in Form von kleinen Stücken gegossen werden, die
darin mit dein geschmolzenen Magnesium verrührt werden, oder das Magnesium kann
auf das Gemisch gegossen werden, das zuerst in den Schmelztiegel eingeführt wird
und eine Schicht am Boden desselben bildet. Das Gemisch kann aber auch mit dem geschmolzenen
Magnesium in Verbindung gebracht werden, wenn es selbst noch in geschmolzenem Zustand
sich befindet. Das Salzgemisch kann auch ein oder mehrere Halogenide der zulässigen
Legierungseletnente enthalten.
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Das Verhältnis zwischen Zirkonfluorid und Kaliumfluorid kann dasjenige
überschreiten, welches durch die Formel K2 Zr F6 gegeben ist.
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Das Salzgemisch soll vorzugsweise wenigstens 2o% Zirkonfluorid (ZrF4)
enthalten. An sich liegt ein geringerer Prozentsatz im Bereich der Möglichkeit,
aber mit einer Verringerung des Prozentsatzes an Zirkonfluorid inüßte die Masse
der gesamten Legierungssubstanz vergrößert werden, was unvorteilhaft ist.
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Das gegenseitige Verhältnis, in welchem die verschiedenen Stoffe verwendet
werden, soll so gewählt werden, daß sich die gewünschte Leichtflüssigkeit bei der
Schmelztemperatur ergibt.
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Die Erfindung läßt sich auch dann noch verwirklichen, wenn Salzgemische
Verwendung finden, die außer den aufgeführten Elementen noch Elemente von so indifferentem
Charakter enthalten, daß sie keinen Einfluß auf die Legierung des Magnesiums mit
dem Zirkon haben.
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Dieses ist dann möglich, wenn diese indifferenten Elemente in salzartigen
Verbindungen finit Zirkon und/oder den zulässigen Legierungselementen vorliegen.
Es können auch Spuren von den Elementen zugegen sein, die mit Zirkon einen höheren
Schmelzpunkt bilden, z. B. Silicate, die bei der Schinelztemperatur nicht reagieren
und somit keinen Eirifluß auf die Schmelze haben. Die 1-lenge der indifferenten
Elemente soll jedoch 20% des Salzgemisches nicht überschreiten.