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Verfahren zur Behandlung von geschmolzenem Magnesium und Magnesiumlegierungen
Es ist bekannt, daß die Anwesenheit von Eisen, Nickel -und Kobalt in Magnesium und
Magnesiumlegierun.gen selbst in geringen Mengen eine erhebliche Verminderung des
Korrosionswiderstandes bewirkt.
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In reinem Magnesium wächst die Korrosionsanfälligkeit außerordentlich
schnell, wenn,derEisengehalt o,o,i6o/o übersteigt. So ist die Korrosion in einer
3°,'eigen Salzlösung bei einem Eisengehalt von o,ozoo/o ungefähr 5oomal größer als
bei einem Eisengehalt von o,oi6o/o.
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In Magnesium-Aluminium-Zink-Mangan-Legierungen liegt dieser kritische
Wert ungefähr bei o,oo2 °/o Eisen.
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Es ist daher für viele Fälle wichtig, ein als Ausgangsmetall geeignetes
eisenfreies Magnesium zu erhalten. Mit thermischen Herstellungsmethoden, bei welchem
Magnesium iln der Form von Kristallen aus Magnesiumdampf gewonnen wird oder bei
denen das Magnesium durch elektrolytische Schmelzmethoden erzeugt un(d durch Destillation
des Metalls gereinigt wird, lassen sich die Anforderungen für praktische Zwecke
befriedigen, da in diesem Fall derEisengehalt geringer als o,oo.z o/o ist.
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Das Schmelzen und Legieren oder andere Behandlung von -geschmolzenem
Magnesium, wie im Fall der Elektrolyseproduktion, wird vornehmlich in Behältern
ausgeführt, welche aus nickelfreiem Eisen bzw. nickelfreien Eisenlegierungen bestehen.
In dieser Beziehung erscheint als günstiger Werkstoff hierfür austenitischer Stahl
mit hohem Mangan- und hohem Kohlenstoffgehalt. Aber selbst in diesem Fall ist es
nicht möglich, die Aufnahme von Eisen gänzlich zu verhindern, während zugleich die
Gegenwart
von Mangan in manchen Fällen auch noch weitere Nachteile mit sich bringt. Eine gewisse
Aufnahme von Eisen findet immer statt. So enthält das gewöhnliche Handelsmagnesium
gewöhnlich Eisen bis zu o,03 %.
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Beim Überhitzen der geschmolzenen 2llagnesiumlegierungen zum Zwecke
der Kornverfeinerung oder beim Einführen von legierenden Stoffen, welche eine hohe
Temperatur erfordern, nimmt die Eisenaufnahme zu. Führt man z. B. Zirkon als Legierungsbestandteil
ein, dann ist die Eisenaufnahme ganz. besonders störend, weil in der Schmelze schwer
schmelzende Zirkon-Eisen-Verbindungen auftreten, welche, selbst wenn sie teilweise
mit dem Eisen wieder entfernt werden können, trotzdem den notwendigen Zirkonanteil
erhöhen.
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Es ist bereits bekannt, daß man die Eisen- -aufnahme einschränken
kann, indem man das Gefäß. z. B. den Tiegel, in dem das -,\letall behandelt werden
soll, mit Aluminium auskleidet. Da Aluminium aber im iN-Tagnesium löslich ist, wird
die Aluminiumauskleidung im Tiegel schnell aufgelöst, so daß ein aluminiumhaltiges
1lagnesium entsteht, -das zur Eisenaufnahme führt. Überdies ist es in manchen Fällen
erwünscht, ein aluminiumfreies Erzeugnis zu erhalten, was z. B. dann der Fall ist,
wenn die 1Iagnesiumlegierungen Zirkon enthalten.
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Bei anderen Verfahren werden Tiegel aus Chromeisen verwendet, welche
nickelfrei sind und einen sehr hohen Chromgehalt, bis zu 2811/o, enthalten.
Infolge des dadurch erzielten höheren Widerstandes gegen Oxy dation wird natürlich
eine geringere Abnutzung des Tiegelmaterials stattfinden und damit auch eine Verringerung
der Eisenlöslichkeit, ohne daß es indessen möglich ist, die Aufnahme -des Eisens
in befriedigender Weise zu verhindern. Überdies sind die Tiegel dieser Art deshalb
wenig geeignet, weil sie im Laufe der Zeit spröde werden und die Gefahr von Rißbil:d.ungen
besteht.
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Es ist nun überraschenderweise festgestellt worden, _daß die Eisenaufnahme
vollkommen vermieden und gleichzeitig die Sprödigkeit des Chroms und die damit verbundene
Gefahr der Riß'bildung vermieden werden kann, wenn die Behandlung,des Magnesiums
oder der Magnesiumlegierungen in einen Behälter, z. B. Tiegel od. dgl., erfolgt,
der, jedenfalls soweit er mit dem Magnesium oder der Magnesiumlegierungsschmelze
in Berührung kommt, mit einer Schutzschicht aus eisenfreiem Chrom bedeckt ist. Diese
Schutzschicht kann in bekannter Weise erzeugt werden, z. B. durch elektrolytische
Fällung von Chrom oder auf chemischem Ziege durch Behandlung der Apparatur mit einer
Gasmischung aus Chromchlorid und Wasserstoff oder mit Chromcarbonyl.
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Es würde auch festgestellt, :daß beim Wiederschmelzen des Magnesiums
in gemäß der Erfindung mit einer Schutzschicht bekleideten Eisentiegeln die Wirkung
auch nach langem Gebrauch noch anhält, sogar dann, wenn die Chromschicht als solche,
z. B. infolge Reinigung des Tiegels oder durch Oxydation, verschwunden ist. Die
Weiterwirkung hängt damit zusammen, daß während des Gebrauchs des Tiegels das Chrom
in die Oberfläche des Eisentiegels in genügender Tiefe hineindiffundiert ist. Die
durch die Chromschutzschicht gemäß der Erfindung erzielte Wirkung kann ferner noch
dadurch gesteigert werden, daß die verchromten Teile der Apparatur oder des Tiegels
auf eine Temperatur nicht über 90o° erhitzt werden, wodurch die Diffusion des Chroms
gesteigert wird, bevor die Apparatur oder der Tiegel in Gebrauch genommen wird.
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Als Ausführungsbeilspiel für die Erfindung kann erwähnt werden, daß
durch Konidensation von Magnesiumdampf erhaltenes Magnesium mit einem Eisengehalt
von 0,00030/0 in einem elektrolytisch verchromten Eisentiegel erneut geschmolzen
werden kann. Erst nachdem eine große Anzahl von Schmelzen in dem Tiegel durchgeführt
worden war, konnte man eine gewisse leichte Zunahme an Eisengehalt im geschmolzenen
Material feststellen. Der Eisengehalt betrug nicht mehr als 0,00.07% Eisen im Magnesiummetall.
Weiterhin war das Metall frei von Chrom und, was die Korrosionsfreiheit anbelangt,
dem durch Destillation gereinigten Magnesium gleichwertig. Dagegen zeigt ein in
einem Eisentiegel, der nicht gemäß der Erfindung behandelt war, w iedergeschrnolzenes
Aluminium einen Eisengehalt von 0,025010 Eisen.