EP2049288A2 - Flussmittel und verfahren zur reduzierung von oxidschichten auf metallischen oberflächen - Google Patents

Flussmittel und verfahren zur reduzierung von oxidschichten auf metallischen oberflächen

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Publication number
EP2049288A2
EP2049288A2 EP07725551A EP07725551A EP2049288A2 EP 2049288 A2 EP2049288 A2 EP 2049288A2 EP 07725551 A EP07725551 A EP 07725551A EP 07725551 A EP07725551 A EP 07725551A EP 2049288 A2 EP2049288 A2 EP 2049288A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flux
aluminum
metallic
fluoride
based alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07725551A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Laudenklos
Joachim Bohrt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gelita AG
KS Kolbenschmidt GmbH
KS Huayu Alutech GmbH
Original Assignee
Gelita AG
KS Aluminium Technologie GmbH
KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gelita AG, KS Aluminium Technologie GmbH, KS Kolbenschmidt GmbH filed Critical Gelita AG
Publication of EP2049288A2 publication Critical patent/EP2049288A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/36—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest
    • B23K35/3601—Selection of non-metallic compositions, e.g. coatings, fluxes; Selection of soldering or welding materials, conjoint with selection of non-metallic compositions, both selections being of interest with inorganic compounds as principal constituents
    • B23K35/3603—Halide salts
    • B23K35/3605—Fluorides
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof

Definitions

  • the invention relates to a flux for applying and for reducing oxide layers on a metallic surface consisting at least of potassium fluoride, sodium fluoride and water. Moreover, the invention relates to a casting process for the production of metallic components, from at least two different materials, of which one material is an iron-based alloy and the other is an aluminum-based alloy, with the process steps:
  • the invention relates to a method in which a liquid light metal alloy is skimmed out of an open mold and filled into a casting mold. Another part of the invention relates to a method for cohesive joining of metallic components, and finally the invention relates to a method for reducing oxide layers on solid or liquid metallic surfaces.
  • oxide layers are partially desirable, such as aluminum sheets, but in part, the oxide layers have a detrimental effect on the manufacturing process. If, for example, as is customary when casting in low-pressure casting of aluminum pistons, worked with liquid aluminum alloys, so it forms directly on the surface of the liquid aluminum alloy in the mold, an oxide skin, which in turn adversely affects the casting quality of the castings.
  • the oxide layers of aluminum have a very high melting point, of about 2,000 0 C, whereas conventional aluminum alloys have a melting point, which is usually far below 1000 0 C, in particular below 800 0 C.
  • the encapsulation material can thus not break the oxide layer, which leads to increased binding errors.
  • flux is applied to the body before casting.
  • a method for producing a composite casting of an aluminum alloy and a wear-resistant material forming an inner layer is described in DE 2 344 899.
  • the method is characterized in that the core to be coated is immersed in an aluminum melt immediately prior to casting in order to form a diffusion layer of the aluminum and the wear-resistant material.
  • This method has become known as the so-called Alfin method.
  • release agents is also described herein. It is described that for better release of the core after the casting process, it is appropriate to coat the core with a release agent prior to coating with the wear-resistant material.
  • the object of the invention is to provide an agent with a chemical composition with a high potential difference, which allows a reduction of oxide layers in a manner not known and beyond a metallurgical connection between a casting workpiece and a Umgussmaterial significantly improved.
  • the object is to provide a method in which it is possible to dispense with removing oxide layers in crucibles.
  • the object of the invention is achieved by providing a flux consisting of proportions of zirconium fluoride and / or lithium fluoride and a reactant of proportions of salts based on zirconium and / or lithium and / or potassium and / or sodium and / or bismuth and / or boron and water is formed.
  • a flux consisting of proportions of zirconium fluoride and / or lithium fluoride and a reactant of proportions of salts based on zirconium and / or lithium and / or potassium and / or sodium and / or bismuth and / or boron and water is formed.
  • the object according to the invention is achieved in that in conventional methods the improved flux is applied directly to the workpieces and / or the flux is applied directly to the surface of the aluminum melt.
  • the inventive composition of the flux the possibility is now created to completely or almost completely remove the forming oxide layer and to provide permanent protection for the formation of new oxide layers.
  • a flux which additionally contains gelatin.
  • the flux additionally contains proportions of zirconium fluoride and / or lithium fluoride, sodium silicon fluoride and / or potassium cryolite and / or potassium aluminum fluoride (KaAIF 4 ) and amounts of salts based on zirconium and / or lithium and / or Potassium and / or sodium and / or bismuth and / or boron and / or titanium and water is formed.
  • the present in the liquid or granular state mixture of flux which is in particular a fluorine-based flux
  • reactants such as zirconium and bismuth or lithium and bismuth or zirconium, titanium and bismuth
  • the gelatin is here in particular for the reduction of aluminum oxides, such as Al 2 O 3 , used.
  • the flux known as "NOCOLOK” can be used as flux
  • the flux NOCOLOK is manufactured and marketed by the company Solvay, and a particular advantage arises when gelatine is added to the flux sold under the trade name "Gelita" of the gelatin group.
  • the use of this gelatin in combination with the flux and the reactant makes it possible, in particular but not exclusively, to reduce oxide layers on light metal alloys, preferably aluminum.
  • the reactant in the flux is formed from proportions of zirconium fluoride and / or lithium fluoride and proportions of salts based on zirconium and / or lithium and / or potassium and / or sodium and / or bismuth and / or boron and / or titanium and water.
  • the proportion of zirconium is between 5 wt .-% to 20 wt .-%, the proportion of lithium between 8 wt .-% and 25 wt .-% and the proportion of potassium between 2 wt .-% and 10 wt.
  • the gelatin additionally added to the flux is formed predominantly of calcium and / or magnesium and organic and inorganic constituents which make a coordinated contribution to the potential equalization during dispersion and to the acceleration of the reaction.
  • the gelatin content is between 0.5% by weight and 5% by weight in the flux.
  • the main constituents of the gelatin are calcium with proportions 3,950 mg per kg and magnesium 1,500 mg per kg.
  • the invention relates to the use of the flux in a casting process, in which components are formed of different materials.
  • a problem with such methods is that the different materials have different specific properties that adversely affect the casting process. If, for example, a body consisting of an iron-based alloy is encapsulated with a light-alloy, such as aluminum, it is during casting, due to the different melting temperatures, to areas between the different materials that are not metallurgically connected, rather The body of the light alloy alloy surrounded and held there only mechanically in position.
  • a method for better metallurgical bonding of the iron-based body to the aluminum melt surrounding it is the known Alfin process. For better connection of the encapsulation to the body, the body is immersed in an aluminum melt and immediately inserted into the mold.
  • the invention will be explained in relation to the use of the flux in a casting process, hereinafter in an embodiment. It shows:
  • Figure 1 Two coated with an aluminum layer ring carrier for a
  • FIG. 1 shows, on the left side, a ring carrier 1 formed of an iron-based alloy and coated with an aluminum layer 2 by means of the Alfin process.
  • the ring carrier has in addition, for mechanical clamping in the Umgussmaterial, circumferential grooves 3, which additionally fix the ring carrier 1 in Umgusstechnikstoff.
  • the ring carrier 1 shown in Figure 1 was immersed in an aluminum melt whose surface was provided with a conventional flux, in this case NOCOLOC.
  • NOCOLOC a conventional flux
  • the aim of this experiment was to reduce the oxides on the surface of the molten aluminum, so that the ring carrier could be coated circumferentially and over the entire surface.
  • the application of the agent with the trade name NOCOLOC and the gelatin markedly reduced the dross forming on the aluminum melt, so that only in a few areas 4 did the aluminum layer 2 on the ring carrier 1 become less adherent.
  • the application of the flux according to the invention to the molten aluminum significantly reduces the oxide layer forming on the liquid molten bath, so that a significantly improved result with respect to the alfine layer 2 on the ring carrier 1 can be formed.
  • the ring carrier 5 on the right side of FIG. 1 was alfined in a molten bath charged with a flux consisting of the conventional flux NOCOLOC 1, a reactant and gelatin.
  • a flux consisting of the conventional flux NOCOLOC 1, a reactant and gelatin.
  • the oxides forming on the metallic layer 2, 6 can likewise be reduced again, so that a metallurgical bond occurs between the metallic layer 2, 6 and the encapsulation material.
  • a casting material usually aluminum alloys and preferably aluminum silicon alloys are used. It goes without saying that this is merely an exemplary embodiment; the casting-technical method is, of course, also applicable to other components, such as cylinder liners, crankshaft bearings in cylinder crankcases. The inventive method is particularly applicable where a metallurgical bond between different materials to be achieved.
  • the flux according to any one of claims 1 to 4 is for this purpose in the liquid or in the granular state to the aluminum melt, e.g. AISi9, AISi12, AI 99.5, applied directly and on the order of 10 to 100 g per square centimeter.
  • the oxide layer is immediately reduced and forms a permanent oxide-free surface on the free surface of the mold of the molten aluminum alloy material.
  • a further field of use of the flux according to the invention is the use in a method for producing a cast body, in which a liquid light alloy from an open mold is skimmed off and filled into a casting mold.
  • the processes known from the prior art show solutions gene, which show a manual or automatic removal of the oxide layers or dross on the liquid surfaces of the aluminum alloys.
  • a disadvantage of such processes is that, on the one hand, the aluminum oxide layers can never be completely removed and, on the other hand, the aluminum oxide layers reform within a very short time, that is to say within fractions of a second.
  • the use of the flux according to the invention in a method for producing a cast body in which a flux according to any one of claims 1 to 4 is applied to the surface of the light alloy prior to skimming the light metal alloy, can completely dispense with a removal of the oxide layer become.
  • the flux reduces or dissolves the oxide layer on the light metal alloy, so that the ladle immersed in an oxide-free surface and also can scoop off oxide-free aluminum or an aluminum alloy.
  • the flux is applied directly to the open surface of the liquid molten metal mold in an amount of 10 to 100 g, preferably 20 g per square centimeter, the surface having a diameter of about 40 cm.
  • the oxides on the surface of the molten metal are completely reduced, so that the liquid aluminum alloy metal without oxide layers is available for processing.
  • the flux according to the invention can be used in methods for the material-locking connection of metallic components.
  • material bonds such as welding
  • oxides on the surfaces of the materials are a hindrance, since the oxides can get into the molten bath or the joining surface, and thus cause errors in the weld.
  • the use of a flux according to any one of claims 1 to 4 reduces the oxide layers on iron-based alloys such as on aluminum-based alloys, in such a way that the joining surfaces are deoxidized sustainable.
  • the flux can be used to reduce oxide layers on metallic, iron-containing or aluminum-based surfaces formed from an aluminum-based base.
  • the flux according to the invention can thus not only be used on molten aluminum alloys, but also be used on solid metallic surfaces which form oxide layers on their surfaces.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flussmittel zum Auftragen auf und zur Reduzierung von Oxidschichten auf einer metallischen festen oder schmelzflüssigen Oberfläche bestehend zumindest aus Kalium, Fluor und Anteilen an Wasser, wobei das Flussmittel aus einem Reaktionsmittel aus Anteilen an Zirkonfluorid und/oder Lithiumfluorid und/oder Natrium-Siliziumfluorid und/oder Kaliumkryolith und/oder Kalium-Aluminiumfluorid (KaAIF<SUB>4</SUB>) und Anteilen an Salzen auf Basis von Zirkon und/oder Lithium und/oder Kalium und/oder Natrium und/oder Bismut und/oder Bor und/oder Titan gebildet ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Gießen von Aluminiumbasis-Legierungen, und der Einsatz des erfindungsgemäßen Flussmittels zur Reduzierung von Oxidschichten auf schmelzflüssigen Aluminiumbasis-Legierungen.

Description

B E S C H R E I B U N G
Flussmittel und Verfahren zur Reduzierung von Oxidschichten auf metallischen Oberflächen
Die Erfindung betrifft ein Flussmittel zum Auftragen auf und zur Reduzierung von Oxidschichten auf einer metallischen Oberfläche bestehend zumindest aus Kalium- fluorid, Natriumfluorid und Anteilen an Wasser. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein gießtechnisches Verfahren zur Herstellung von metallischen Bauteilen, aus zumindest zwei unterschiedlichen Werkstoffen, von denen der eine Werkstoff eine Legierung auf Eisenbasis und der andere eine Legierung auf Aluminiumbasis ist, mit den Verfahrensschritten:
- Auftragen einer metallischen Schicht auf einen Körper aus einer Eisenbasislegierung, wobei die metallische Schicht eine Legierung auf Aluminiumbasis ist und das Auftragen mittels eines Eintauchens in eine Aluminiumschmelze erfolgt,
Einlegen des beschichteten Körpers in eine Gießform und Umgießen des beschichteten Körpers mit einer Legierung auf Aluminiumbasis, wobei die Erfindung ein Verfahren betrifft, bei dem eine flüssige Leichmetall-Legierung aus einer offenen Kokille heraus abgeschöpft und in eine Gießform gefüllt wird. Ein weiterer Teil der Erfindung betrifft ein Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden von metallischen Bauteilen und letztlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Reduzieren von Oxidschichten auf festen oder flüssigen metallischen Oberflächen.
Die weitaus meisten metallischen Werkstoffe bilden unter Einfluss der Atmosphäre und hier insbesondere unter Einfluss des Sauerstoffs Oxidschichten. Diese Oxidschichten sind teilweise wünschenswert, wie beispielsweise bei Aluminiumblechen, zum Teil wirken sich die Oxidschichten aber nachteilig auf das Herstellungsverfahren aus. Wird beispielsweise wie es beim Gießen im Niederdruckguss von Aluminiumkolben üblich ist, mit flüssigen Aluminiumlegierungen gearbeitet, so bildet sich unmittelbar an der Oberfläche der flüssigen Aluminiumlegierung in der Kokille eine Oxidhaut aus, die sich wiederum negativ auf die Gussqualität der Gießprodukte auswirkt.
In der Vergangenheit sind verschiedenste manuelle wie auch automatisierte Verfahren zum Entfernen der Oxidschicht auf schmelzflüssigen Aluminiumlegierungen bekannt geworden.
So ist es beispielsweise üblich und in der DE 34 11 970 beschrieben, aus dem Schmelztiegel, in dem die flüssige Aluminiumlegierung vorliegt, das Aluminium mittels einer Kelle manuell heraus zu schöpfen und in die Gießform, zur Herstellung beispielsweise eines Kolbens für einen Verbrennungsmotor, einzufüllen. Schöpft nun ein Bediener aus dem Schmelztiegel das flüssige Aluminium ab, so schöpft er gleichzeitig die sich auf dem flüssigen Aluminium gebildete Oxidhaut mit ab. Unterbunden wird dies dadurch, dass der Bediener die Oxidhaut, die auch Krätze genannt wird, manuell mittels einer Kelle abschöpft und somit entfernt. Insbesondere bei Aluminium und Aluminiumlegierungen ist es so, dass sich diese Oxidhaut unmittelbar neu bildet, so dass ein vollständiges Eliminieren nahezu nicht möglich ist.
Um diese manuelle Tätigkeit zu automatisieren, wird in der DE 34 11 970 weiterhin ein automatisiertes Entfernen der Krätze beschrieben. Beschrieben wird ein Verfahren, bei dem die Kelle im eingetauchten Zustand mit einem ebenfalls in das geschmolzene Metall in der Kokille eintauchbaren Abzieher zusammenwirkt, der zum Aufschieben der Krätze auf die Kelle gegen diese durch eine Betätigungsvorrichtung verschiebbar ist und ferner die Kelle in einer Vertikalebene um eine Drehachse unter der Wirkung weiterer Antriebsmittel zum Auswurf der aufgenommenen Krätze aus der Kokille heraus herum geschleudert wird. Hierdurch wird eine Minimierung des in den Gießkörper eingebrachten Aluminiumoxides erzielt.
Um insbesondere die Nachteile der Oxidschichten auf zu umgießende Werkstücke zu reduzieren, ist aus der DE 101 13 962 A1 ein Verfahren bekannt, das zur De- oxidation von auf den Werkstücken vorhandenen Oxidschichten ein Flussmittel verwendet. Bevor das zu umgießende Werkstück mit einer weiteren metallischen Schicht versehen wird, wird auf das metallische Werkstück ein Flussmittel aufgetra- gen, was einerseits die Oxide auf dem Werkstück reduziert und andererseits die metallurgische Bindung des Umgusswerkstoffes mit dem einzugießenden Werkstoff unterstützt, da die Oxidschicht aufgebrochen und somit die diffusionshemmende Schicht entfällt. Ein Problem, das sich bei derartigen metallurgischen Bindungen ergibt, ist die sich zwischen der metallischen Schicht auf dem einzugießenden Körper bildende Oxidschicht. Die Oxidschichten des Aluminiums besitzen einen sehr hohen Schmelzpunkt, von ca. 2.000 0C, wohingegen übliche Aluminiumlegierungen einen Schmelzpunkt aufweisen, der zumeist weit unter 1.000 0C, insbesondere bei unter 800 0C, liegt. Das Umgussmaterial kann somit die Oxidschicht nicht aufbrechen, wodurch es verstärkt zu Bindefehlern kommt. Um diese hoch schmelzenden Oxidschichten zu reduzieren beziehungsweise aufzulösen, werden vor dem Umgießen Flussmittel auf dem Körper aufgetragen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundgussstückes aus einer Aluminiumlegierung und aus einem eine Innenschicht bildenden verschleißfesten Werkstoff, ist in der DE 2 344 899 beschrieben. Das Verfahren kennzeichnet sich dadurch aus, dass der zu beschichtende Kern unmittelbar vor dem Umgießen zwecks Bildung einer Diffusionsschicht aus dem Aluminium und dem verschleißfesten Werkstoff in eine Aluminiumschmelze getaucht wird. Dieses Verfahren ist als sogenanntes Alfin- Verfahren bekannt geworden. Zur Anbindung der Aluminiumschmelze wird hierin ebenfalls die Verwendung von Trennmitteln beschrieben. Beschrieben ist, dass zur besseren Ablösung des Kerns nach dem Gießvorgang, es angebracht ist, den Kern vor der Beschichtung mit dem verschleißfesten Werkstoff mit einem Trennmittel zu überziehen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Mittel mit einer chemischen Zusammensetzung mit hoher Potentialdifferenz bereitzustellen, das eine Reduktion von Oxidschichten in nicht bekannter Weise ermöglicht und darüber hinaus eine metallurgische Anbindung zwischen einem Gießwerkstück und einem Umgussmaterial wesentlich verbessert. Darüber hinaus besteht die Aufgabe darin, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem auf ein Entfernen von Oxidschichten in Schmelztiegeln verzichtet werden kann. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mittels dem die Oxidhaut auf flüssigen oder festen metallischen O- berflächen verringert beziehungsweise vollständig entfernt wird. Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass ein Flussmittel bereitgestellt wird, das aus Anteilen an Zirkonfluorid und/oder Lithiumfluorid und einem Reaktionsmittel aus Anteilen an Salzen auf Basis von Zirkon und/oder Lithium und/oder Kalium und/oder Natrium und/oder Bismut und/oder Bor und Wasser gebildet ist. In Bezug auf die zu verbessernden Verfahren wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, dass bei herkömmlichen Verfahren das verbesserte Flussmittel unmittelbar auf die Werkstücke aufgebracht und/oder das Flussmittel unmittelbar auf die Oberfläche der Aluminiumschmelze aufgetragen wird. Durch die erfindungsgemäße Zusammensetzung des Flussmittels, ist nun die Möglichkeit geschaffen, die sich bildende Oxidschicht vollständig oder nahezu vollständig zu entfernen und für einen dauerhaften Schutz zur Bildung neuer Oxidschichten zu sorgen. In Bezug auf die Gießverfahren, und den Einsatz des Flussmittels auf der Oberfläche des flüssigen Gießmetalls ist nun die Möglichkeit geschaffen, auf das mechanische Entfernen der Oxidschicht vollständig verzichten zu können. So entfallen insbesondere das manuelle Abziehen der Krätze vom Spiegel des Flüssigmetalls und das Austragen des abgezogenen Gekrätzes aus der Kokille in einen Abfallkübel durch den Gießer.
In Bezug auf das Mittel wird ein Flussmittel bereitgestellt, das zusätzlich Gelatine enthält. In einer vorteilhaften Weiterführung der Erfindung enthält das Flussmittel zusätzlich Anteile an Zirkonfluorid und/oder Lithiumfluorid, Natrium-Siliziumfluorid und/oder Kaliumkryolith und/oder Kalium-Aluminiumfluorid (KaAIF4) und Anteilen an Salzen auf Basis von Zirkon und/oder Lithium und/oder Kalium und/oder Natrium und/oder Bismut und/oder Bor und/oder Titan und Wasser gebildet ist. Das im flüssigen oder Granulatzustand vorliegende Gemisch aus Flussmittel, das insbesondere ein Flussmittel auf Fluorbasis ist, Reaktionsmittel, wie zum Beispiel Zirkon und Bismut oder Lithium und Bismut oder Zirkon, Titan und Bismut, sowie der Gelatine wird hierbei insbesondere zur Reduktion von Aluminiumoxiden, wie beispielsweise AI2O3, eingesetzt. Als Flussmittel auf Fluorbasis ist das unter dem Markennamen „NOCOLOK" bekannte Flussmittel einsetzbar, das Flussmittel NOCOLOK wird von der Firma Solvay hergestellt und vertrieben. Ein besonderer Vorteil ergibt sich dann, wenn dem Flussmittel Gelatine hinzugefügt wird. Hierbei wird insbesondere auf die Gelatine, die unter dem Markennamen „Gelita" der Gelatinegruppe, vertrieben wird, Bezug genommen. Der Einsatz dieser Gelatine in Kombination mit dem Flussmittel und dem Reaktionsmittel ermöglicht es, insbesondere aber nicht ausschließlich Oxidschichten auf Leichtmetall-Legierungenen, vorzugsweise Aluminium zu reduzieren. Das Reaktionsmittel im Flussmittel wird aus Anteilen an Zirkonfluorid und/oder Lithiumfluorid und Anteilen an Salzen auf Basis von Zirkon und/oder Lithium und/oder Kalium und/oder Natrium und/oder Bismut und/oder Bor und/oder Titan und Wasser gebildet. Dabei liegt der Anteil an Zirkon zwischen 5 Gew.-% bis 20 Gew.-%, der Anteil an Lithium zwischen 8 Gew.-% und 25 Gew.-% und der Anteil an Kalium zwischen 2 Gew.-% und 10 Gew.-% und der Anteil an Natrium zwischen 1 Gew.-% und 8 Gew.-% und der Anteil an Bismut zwischen 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.- % und der Anteil an Bor zwischen 2 Gew.-% bis 10 Gew.-%. Die dem Flussmittel zusätzlich zugesetzte Gelatine wird vornehmlich aus Kalzium und/oder Magnesium und organischen und anorganischen Bestandteilen gebildet, die zum Potentialausgleich beim Dispergieren und zur Reaktionsbeschleunigung einen abgestimmten Beitrag leisten. Der Gelatinenanteil liegt zwischen 0,5 Gew.-% und 5 Gew.-% im Flussmittel vor. Die Hauptbestandteile der Gelatine sind Kalzium mit Anteilen 3.950 mg pro kg und Magnesium 1.500 mg pro kg.
Im Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Flussmittels in einem gießtechnischen Verfahren, bei dem Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet werden. Ein Problem bei derartigen Verfahren ist es, dass die unterschiedlichen Werkstoffe unterschiedliche spezifische Eigenschaften besitzen, die sich nachteilig auf das gießtechnische Verfahren auswirken. Wird beispielsweise ein aus einer Eisenbasis-Legierung bestehender Körper mit einer Leichmetall- Legierung, wie beispielsweise Aluminium, umgössen, so kommt es beim Umgießen, auf Grund der unterschiedlichen Schmelztemperaturen, zu Bereichen, zwischen den unterschiedlichen Werkstoffen, die nicht metallurgisch verbunden sind, vielmehr wird der Körper von der Leichmetall-Legierung umgössen und dort lediglich mechanisch in seiner Position gehalten. Ein Verfahren zur besseren metallurgischen Anbindung des auf Eisenbasis gebildeten Körpers an die ihn umgebende Aluminiumschmelze, ist das bekannte Alfinverfahren. Zur besseren Anbindung des Umgusses an den Körper, wird der Körper in eine Aluminiumschmelze eingetaucht und unmittelbar darauf in die Gießform eingelegt. Die Erfindung wird in Bezug auf die Verwendung des Flussmittels in einem gießtechnischen Verfahren, nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt:
Figur 1 Zwei mit einer Aluminumschicht beschichtete Ringträger für einen
Kolben.
Ein im Alfinverfahren beschichteter Ringträger als Bestandteil eines Kolbens ist in der Figur 1 dargestellt. Die Figur 1 zeigt auf der linken Seite einen Ringträger 1 , der aus einer Eisenbasis-Legierung gebildet ist, und der mit einer Aluminiumschicht 2 mittels des Alfinverfahrens beschichtet wurde. Der Ringträger besitzt zusätzlich, zur mechanischen Verklammerung im Umgussmaterial, umlaufende Rillen 3, die den Ringträger 1 zusätzlich im Umgusswerkstoff fixieren.
Der in der Figur 1 dargestellte Ringträger 1 wurde in eine Aluminiumschmelze eingetaucht, deren Oberfläche mit einem herkömmlichen Flussmittel, in diesem Falle NOCOLOC, versehen war. Ziel dieses Versuches war es, die Oxide auf der Oberfläche der Aluminiumschmelze zu reduzieren, so dass der Ringträger umfänglich und vollflächig beschichtet werden konnte. Das Aufbringen des Mittels mit dem Mar- kennamen NOCOLOC und der Gelatine reduzierte die sich auf der Aluminiumschmelze bildende Krätze deutlich, so dass lediglich in wenigen Bereichen 4 es zu verminderter Anhaftung der Aluminiumschicht 2 auf dem Ringträger 1 kam. Das Aufbringen des erfindungsgemäßen Flussmittels auf die Aluminiumschmelze reduziert die sich auf dem flüssigen Schmelzbad bildende Oxidschicht deutlich, so dass ein zum Stand der Technik deutlich verbessertes Ergebnis in Bezug auf die Alfin- schicht 2 auf dem Ringträger 1 ausbildbar ist.
Der Ringträger 5 auf der rechten Seite der Figur 1 wurde in einem Schmelzbad alfi- niert, das mit einem Flussmittel bestehend aus dem herkömmlichen Flussmittel NOCOLOC1 einem Reaktionsmittel und Gelatine beaufschlagt war. Durch das Aufbringen des erfindungsgemäßen Flussmittels nach Anspruch 4 konnte die Oxidschicht auf der Aluminiumschmelze nahezu vollständig und längerfristig reduziert werden, so dass der Ringträger 5 durch das Flussmittel auf der Oberfläche der Aluminiumschmelze unmittelbar in die Aluminiumschmelze des Schmelzbades einge- taucht werden konnte, ohne hierbei Oxide auf der Oberfläche des Ringträgers 5 abzulagern. Die alfinierte Oberfläche 6 des Ringträgers 5 zeigt eine durchgängig gleichmäßige Alfinschicht, beziehungsweise eine Aluminiumbeschichtung, die frei von Fehlstellen ist. Es ist somit erfindungsgemäß ein gießtechnisches Verfahren zur Herstellung von metallischen Bauteilen, aus zumindest zwei unterschiedlichen Werkstoffen bereitstellbar, bei dem eine optimale Anbindung einer metallischen Schicht 2, 6 auf einen Körper 1 , 5 abscheidbar ist.
Zur Reduzierung von auf dem Körper 1 , 5 vorhandenen Oxiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, auf den mit der metallischen Schicht 2, 6 versehenen Körper 1 , 5 vor dem Einlegen in die Gießform mit einem Flussmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufzutragen. Hierdurch können die sich auf der metallischen Schicht 2, 6 bildenden Oxide ebenfalls wieder reduziert werden, so dass es zu einer metallurgischen Bindung zwischen der metallischen Schicht 2, 6 und dem Umgusswerkstoff kommt. Als Umgusswerkstoff werden üblicherweise Aluminumlegierungen und vorzugsweise Aluminiumsiliziumlegierungen verwendet. Es versteht sich, dass dies lediglich ein Ausführungsbeispiel ist, das gießtechnische Verfahren ist selbstverständlich auch auf andere Bauteile, wie beispielsweise Zylinderlaufbuchsen, Kur- benwellenlager in Zylinderkurbelgehäusen anwendbar. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dort anwendbar, wo eine metallurgische Bindung zwischen unterschiedlichen Werkstoffen erzielt werden soll.
Das Flussmittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 wird hierzu im flüssigen oder im Granulatzustand auf die Aluminiumschmelze, z.B. AISi9, AISi12, AI 99,5, direkt aufgetragen und in einer Größenordnung von 10 bis 100 g auf einen Quadratzentimeter. Durch das Auftragen des Flussmittels auf die Aluminiumschmelze wird die Oxidschicht unmittelbar reduziert und es bildet eine dauerhafte oxidfreie Oberfläche auf der freien Oberfläche der Kokille des schmelzflüssigen Aluminiumlegierungswerkstoffs aus.
Ein weiteres Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Flussmittels ist die Verwendung in einem Verfahren zur Herstellung eines Gusskörpers, bei dem eine flüssige Leichmetall-Legierung aus einer offenen Kokille abgeschöpft und in eine Gießform eingefüllt wird. Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zeigen Lösun- gen auf, die ein manuelles oder automatisches Entfernen der Oxidschichten oder Krätze auf den flüssigen Oberflächen der Aluminiumlegierungen aufzeigen. Nachteilig an derartigen Verfahren ist es, dass zum einen die Aluminiumoxidschichten nie vollständig entfernt werden können und andererseits sich die Aluminiumoxidschichten innerhalb kürzester Zeit, das heißt innerhalb von Sekundenbruchteilen, erneut bilden.
Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Flussmittels in einem Verfahren zum Herstellen eines Gusskörpers, bei dem vor dem Abschöpfen der Leichmetall- Legierung auf die Oberfläche der Leichmetall-Legierung ein Flussmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufgetragen wird, kann auf eine Entfernung der Oxidschicht vollständig verzichtet werden. Das Flussmittel reduziert beziehungsweise löst die Oxidschicht auf der Leichtmetall-Legierung auf, so dass die Schöpfkelle in eine oxidfreie Oberfläche eintauchen und ebenfalls oxidfreies Aluminium beziehungsweise eine Aluminiumlegierung abschöpfen kann. Somit wird ein von Oxidschichten freies oder zumindest sehr stark reduziertes Gießen von Gusskörpern ermöglicht.
Das Flussmittel wird in einer Menge von 10 bis 100 g, vorzugsweise von 20 g pro Quadratzentimeter auf die offene Oberfläche der Kokille des flüssigen Schmelzmetalls unmittelbar aufgetragen, wobei die Oberfläche einen Durchmesser von etwa 40 cm aufweist. Hierdurch werden die Oxide auf der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls vollständig reduziert, so dass das flüssige Aluminiumlegierungsmetall ohne Oxidschichten zur Verarbeitung zur Verfügung steht.
Neben den gießtechnischen Verfahren ist das erfindungsgemäße Flussmittel bei Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden von metallischen Bauteilen einsetzbar. Bei stoffschlüssigen Verbindungen, wie beispielsweise einem Schweißen, sind Oxide auf den Oberflächen der Werkstoffe hinderlich, da die Oxide in das Schmelzbad oder die Fügefläche geraten können, und somit Fehler in der Schweißnaht verursachen. Die Verwendung eines Flussmittels gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 reduziert die Oxidschichten, auf Eisenbasislegierungen wie auf Aluminiumbasislegierungen, und zwar derart, dass die Fügeflächen nachhaltig deoxidiert werden. Darüber hinaus ist das Flussmittel zur Reduzierung von Oxidschichten auf metallischen, eisenhaltigen oder aus einer Alumiuminumbasis gebildeten aluminiumhalti- gen Oberflächen einsetzbar. Das erfindungsgemäße Flussmittel ist somit nicht nur auf schmelzflüssigen Aluminiumlegierungen verwendbar, sondern auch auf festen metallischen Oberflächen einsetzbar, die Oxidschichten an ihren Oberflächen ausbilden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H EFlussmittel und Verfahren zur Reduzierung von Oxidschichten auf metallischen Oberflächen
1. Flussmittel zum Auftragen auf und zur Reduzierung von Oxidschichten auf einer metallischen Oberfläche bestehend zumindest aus Kaliumfluorid, Na- triumfluorid und restlichen Anteilen an Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussmittel Gelatine enthält.
2. Flussmittel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Flussmittel ein Reaktionsmittel aus Anteilen an Zirkonfluorid und/oder Lithiumfluorid, Natrium-Siliziumfluorid und/oder Kaliumkryolith und/oder Kalium- Aluminiumfluorid (KaAIF4) und Anteilen an Salzen auf Basis von Zirkon und/oder Lithium und/oder Kalium und/oder Natrium und/oder Bismut und/oder Bor und/oder Titan gebildet ist.
3. Flussmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelatine aus Kalzium und/oder Magnesium und organischen und anorganischen Bestandteilen gebildet ist und in Anteilen von 0,5 Gew.-% und 5 Gew.- % im Flussmittel vorliegt.
4. Flussmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussmittel aus 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% Zirkon und/oder 0,1 bis 5 Gew.-% Titan und/oder 8 Gew.-% bis 25 Gew.-% Lithium und/oder 2 Gew.-% bis 10 Gew.-% Kalium und/oder 1 Gew.-% bis 8 Gew.-% Natrium und/oder 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% Bismut und/oder 2 Gew.-% bis 10 Gew.-% Bor zusammengesetzt ist.
5. Flussmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussmittel Gelatine enthält.
5. Gießtechnisches Verfahren zur Herstellung von metallischen Bauteilen aus zumindest zwei unterschiedlichen Werkstoffen, von denen der eine Werkstoff eine Legierung auf Eisenbasis und der andere eine Legierung auf Aluminiumbasis ist, mit den Verfahrensschritten Auftragen einer metallischen Schicht (2, 6) auf einen Körper (1 , 5) aus einer Eisenbasislegierung, wobei die metallische Schicht (2, 6) eine Legierung auf Aluminiumbasis ist und das Auftragen mittels eines Eintauchens in eine Aluminiumschmelze erfolgt, Einlegen des beschichteten Körpers (1 , 5) in eine Gießform und Umgießen des beschichteten Körpers (1 , 5) mit einer Legierung auf Aluminiumbasis, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Eintauchen des Körpers (1 , 5) aus einer Eisenbasislegierung in die Aluminiumschmelze auf die Oberfläche der Aluminiumschmelze ein Flussmittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 aufgetragen wird, so dass es zur Reduktion beziehungsweise zum Auflösen der sich auf der Aluminiumschmelze bildenden Oxidhaut kommt und die metallische Schicht beim Eintauchen in die Aluminiumschmelze eine metallurgische Bindung mit dem Körper aus Eisenbasislegierungen eingeht.
6. Gießtechnisches Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussmittel im flüssigen oder granulatförmigen Zustand auf die Aluminiumschmelze aufgetragen wird.
7. Gießtechnisches Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem mit der metallischen Schicht versehenen Körper aus einer Eisenbasis-Legierung vor dem Einlegen in die Gießform ein Flussmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufgetragen wird.
8. Verfahren zum Herstellen eines Gusskörpers, bei dem eine flüssige Leichtmetall-Legierung aus einer offenen Kokille abgeschöpft und in eine Gießform gefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einschöpfen der Leichtmetall-Legierung auf die Oberfläche der Leichtmetall-Legierung ein Flussmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufgetragen wird, so dass es zur Reduktion beziehungsweise zum Auflösen der sich auf der Leichtmetall- Legierung bildenden Oxidschicht kommt.
9. Verfahren zum Herstellen eines Gusskörpers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Flussmittel in einer Menge von 10 bis 100 g auf ca. 0,3 m2 auf die offene Kokille aufgetragen wird.
10. Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden von metallischen Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, dass auf die zu verbindenden Bereiche der Bauteile ein Flussmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufgetragen wird, so dass es zur Reduktion beziehungsweise zum Auflösen der sich auf dem metallischen Bauteil bildenden Oxidschicht kommt.
11. Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein Schweißverfahren ist.
12. Verfahren zum Reduzieren von Oxidschichten auf metallischen Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flussmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auf die metallische Oberfläche aufgetragen wird.
13. Verfahren zum Reduzieren von Oxidschichten nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Oberflächen aus einer Aluminiumbasis-Legierung oder einer Eisenbasis-Legierung gebildet ist.
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