Die vorliegende Erfindung betrifft ein schneilösliches Zusatzmittel für Metallschmelzen zur Einführung von Legierungselementen in Metallen.

Bei der Herstellung von Metallegierungen werden in der Praxis die Legierungselemente meist in fester Form dem flüssigen Metallbad zugesetzt. Aluminium legiert man z. B. mit Magnesium, um bessere Festigkeiten zu erzielen, mit Siliciüm, um die Vergießbarkeit und die Festigkeit zu verbessern, mit Mangan und Chrom, um die Festigkeit und di Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Darüber hinaus sind eine ganze Reihe weiterer Legierungselemente zur gezielten Beeinflussung der Legierungseigenschaften bekannt . Zur Einführung von Legierungselementen wurden bisher vor allem die im Verhältnis zum Grundmeta l höher schmelzenden Legierungsmetalle in Form von Vorlegierungen zugegeben, um ein rasches Auflösen zu erreichen. Der Nachteil dieser Vorlegierungen ist ihr begrenzter Gehalt an Legierungsmeta So enthalten zum Beispiel die Standardvorlegierungen zur Aluminiumlegierung neben Aluminium nur maximal 20 % Siliciüm, bis zu 20 % Chrom oder bis zu 50 % Mn. Somit müssen dem Legierungselement bis zur 4fachen Menge Alumini zugesetzt werden, was zu erhöhten Kosten bei Transport, Lagerhaltung, Energieverbrauch usw. führt. Um diese Nachteile zumindest teilweise zu vermeiden, ist es gemäß d US-PS 35 92 637 bekannt, Mischungen aus Aluminium- oder Siliciumpulver mit Pulvern von Legierungsmetallen oder

Legierungsmetallegierungen in brikettierter Form einzusetzen. So werden bspw. Legierungsbriketts mit 25 % Aluminium und 75 % der Metalle Chrom, Mangan und Eisen auf dem Markt angeboten. Der Nachteil dieser Legierungsmittel ist der auf 75 % begrenzte Anteil an Legierungselement und

die geringe Auflösegeschwindigkei . Auch die GB-PS 21 12 020 beschreibt ähnliche Mischungen, in denen ein Teil des Aluminiums durch Chlorid- oder Fluorid-Salze ersetzt wird. Die kommerziell erhältlichen Chrom, Mangan und Eisen enthaltenden Tabletten besitzen ebenfalls nur eine begrenzte Auflösegeschwindigkei .

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Zusatzmittel für Metallschmelzen zu entwickeln, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern auch bei höherer Konzentration an Legierungsmetall eine vollständige und rasche Auflösung im flüssigen Grundmetall ermöglicht.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Zusatzmittel aus 2 bis 50 Gew.-% einer Komponente A - bestehend aus Alkali-Aluminium-Fluorid und/oder einem Alkali-Aluminiumfluorid enthaltenden Salz un"d 50 bis 98 Gew.-% einer Komponente B bestehend aus einem oder mehreren Legierungsmetall(en) enthält und daß die Komponenten A und B innig vermischt vorliegen. Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Zusatzmittel auch bei höheren Gehalten a Legierungsmetall als es dem Stande der Technik entspricht eine unerwartet hohe Auflösegeschwindigkeit bei gleichzeitig vollständigem Ausbringen des Legierungsmetall besitzen.

Das schneilösliche Zusatzmittel für Metallschmelzen entsprechend der vorliegenden Erfindung besteht aus 2 bis 50 Gev . -% der Komponente A und 50 - 98 Gew.-% der Komponente B.

Als Komponente A kann Alkali-Aluminiumfluorid und/oder ein Alkali-Aluminiumfluorid enthaltendes Salz verwendet werden, soweit dadurch beim Einsatz des erfindungsgemäßen Zusatzmittels nicht unakzeptable Mengen an Verunreinigung in das Grundmetall eingebracht werden. Außerdem soll der Schmelzpunkt des Salzes oder der Salzmischung nicht über demjenigen des Grundmetalls liegen. Anstelle von Alkali-Aluminiumfluorid kann auch eine Mischung aus Alkali- und Aluminiumfluorid eingesetzt werden. Als Alkali-Aluminiumfluorid enhaltende Salze sind solche Mischungen aus Alkali-Aluminiumfluorid und anderen Salzen insbesondere Fluorid- und/oder Chloridsalzen zu verstehen, bei denen der Anteil an Alkali-Aluminiumfluorid mindesten 50 Gew.-% beträgt. Bezüglich der Alkaliverbindungen sind grundsätzlich alle Alkalisalze des Aluminiumfluorids einsetzbar, doch sind die Natrium- und/oder Kaliumsalze a bevorzugt anzusehen.

Der Gewichtsanteil der Komponente A im Zusatzmittel soll s niedrig wie möglich bei gleichzeitig guten Auflöseeigenschaften der Legierungskomponente(n) sein. Je nach Dichte des Legierungsmetalls sind bereits 2 Gew.-% de Komponente A ausreichend. Im Bereich von 5 bis 25 Gew.-% der Komponente A wird die beste Kombination aus optimaler Auflösegeschwindigkeit und maximaler Konzentration der Legierungskomponente im Zusatzmittel erreicht.

Die Komponente B, die zu einem Anteil von 50 bis 98 Gew.-% insbesondere 75 bis 95 Gew.-%, im Zusatzmittel enthalten ist, besteht aus einem oder mehreren Legierungsmetalleen) . Hierbei können im Prinzip alle Legierungselemente eingesetzt werden, wobei aufgrund der technischen Bedeutun vor allem Chrom, Mangan und Eisen bevorzugt sind. Es könne

aber auch andere Legierungselemente wie Ni, Co, Cu, Ag , Ti, Zr , Hf, V, Nb , Ta , Mo und W im Zusatzmittel enthalten sein. Das Legierungsmetall muß nicht in reiner Form vorliegen, sondern es können auch Legierungen oder Mischungen mehrerer Metalle verwendet werden, soweit dadurch keine unerwünschten Verunreinigungen im Grundmetal hervorgerufen werden.

Es ist erfindungswesentlich, daß sowohl die Komponente A als auch die Komponente B in innig vermischter Form vorliegen, welche durch Mischen der Pulver hergestellt wurden. Das Zusatzmittel kann in Form von Briketts-, Tabletten oder Pellets o. ä. eingesetzt werden, wobei die Größe dieser Körner in weiten Grenzen variiert werden kann Wesentlich ist nur, daß die Körper einerseits im betreffenden Metallbad eine ausreichend große Sinkgeschwindigkeit besitzen und daß sie andererseits kein zu große Dicke aufweisen, um für eine akzeptable Auflösegeschwindigkeit zu sorgen. Als maximale Dicke der Körper kann 50 mm angenommen werden, während der bevorzugt Bereich zwischen 5 und 25 mm liegt.

Als Alternative kann das Zusatzmittel auch in Form eines gefüllten Drahtes vorliegen, wobei das Mittel von einem geeigneten Material umhüllt wird. Bei der Auswahl des entsprechenden Materials ist darauf zu achten, daß es sich rasch in der Schmelze auflöst, um das Zusatzmittel freizusetzen und daß es keine unerwünschten Verunreinigungen in das zu legierende Metallbad einbringt. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das jeweilige Grundmetall zu verwenden.

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Die Herstellung des Zusatzmit els erfolgt durch inniges

Vermischen der pulverförmigen Komponenten A und B und ggf durch Verpressen mit den üblichen technischen Vorrichtung wie z. B. Tabletten- oder Brikettpresse oder durch

Einbringen in den Fülldraht. Die Teilchengröße der

Komponente A sollte < 1 mm vorzugsweise < 150 μ und die der Komponente B sollte ebenfalls < 1 mm vorzugsweise

< 150 μm betragen, um nach dem anschlie enden Verpressen oder Ko paktieren dem Formkörper eine entsprechend große innere Oberfläche zu verleihen, die wiederum für die

Auflösegeschwindigkeit von wesentlicher Bedeutung ist.

Da die meisten Metalle bei der Herstellung nach den technisch gebräuchlichen Verfahren nicht in Pulverform anfallen, ist eine vorhergehende Zerkleinerung notwendig, welche gegebenenfalls nach dem Brechen noch in einem Mahlvorgang in den üblichen Mühlen wie Kugel-, Schwing¬ oder Prallmühlen besteht .

Das erfindungsgemäße Zusatzmittel wird in einer Menge von 0,01 bis 25 Gew.-% dem flüssigen Grundmetall zum Legieren zugesetzt , .wobei es sich vollständig und ohne Rückstandsbildung in diesem auflöst und eine homogene Legierung bildet.

Als -Grundmetall können prinzipiell alle Metalle oder Legierungen verwendet werden, in denen die durch das erfindungsgemäße Zusatzmittel eingebrachten Elemente tolerierbar sind. Als besonders geeignet haben sich hierbe Leichtmetall-Legierungen wie reines Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen sowie reines Magnesium bzw. Magnesiumlegierungen erwiesen, bei denen sich die Vorteile wie hohe Auflösungsgeschwindigkeit und hohe Konzentration an Legierungsbestandteil besonders deutlich zeigten.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sich jedoch darauf zu beschränken.

Beispiele 1 bis 7

30 kg Aluminium (Grundmetall) wurden in einem Induktionstiegelofen auf 800° C erhitzt. Durch die Speicherwärme betrug der Temperaturverlust während des Versuchs maximal 30° C. Der Schmelze wurde Chrom (Legierungskomponente) in Form von verschiedenen Zusatzmitteln zugegeben, welche aus gepreßten Mischungen der angegebenen Komponenten mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Höhe von ca. 15 mm bestanden. Die Chromzugabe entsprach 0,5 % des Aluminiums. Während des Versuchs wurde keine elektrische Leistung in den Ofen eingespeist, so daß keine induktive Badbewegung auftrat. Direkt nach der Chromzugabe wurde die Schmelze zwei Sekunden lang gerührt. Anschließend wurde die erste Probe nach zwei Minuten entnommen. Nach der Probenahme wurde er eut zwei Sekunden gerührt und nach fünf Minuten die nächste Probe entnommen-. Dieser Zyklus wurde noch zweimal mit Probenahmen nach 10 und 15 Minuten wiederholt. Danach wurde die Schmelze eine Minute gerührt mit abschließender Probenahme nach 20 Minuten.

Für die Mischungspreßlinge wurden Chrompulver < 150 μm, Kalium-Aluminiumfluorid-Pulver (KAIF4) < 150 μm sowie Aluminiumpulver der Körnung 430 - 75 μm verwendet. Die innige Mischung wurde in einer Tablettenpresse auf ca. 70 - 80 % der theoretischen Dichte verdichtet. Außerdem wurden zwei Handelsprodukte entsprechend dem Stand der Technik eingesetzt. ^

Aus Tabelle 1 gehen die verwendeten Mischungen, die Dicht der Preßlinge und deren Löslichkeitsverhalten hervor. Die Versuche 1 bis 4, bei welchen die erfindungsgemäßen Zusatzmittel eingesetzt wurden, zeigen die Auflösegeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Kalium- Aluminiumfluorid-Gehalt der Mischungen. Wie die Versuche belegen, ist bei einem Kalium-Aluminiumfluorid-Anteil von 14,1 Gew.-% (vgl. Versuch 4) das Chrom bereits nach zwei Minuten vollständig in Lösung gegangen. Dagegen ist bei 9,1 Gew.-% Kalium-Aluminiumfluorid bereits nach zehn Minuten das Chrom vollständig im Grundmetall gelöst (vgl. Versuch 2 ) .

Die Versuche 5 und 6 wurden mit Handelsprodukten entsprechend dem Stand der Technik durchgeführt. Beide Produkte enthalten lediglich ca. 75 Gew.-% Chrom und ca. 25 Gew.-% Bindemittel. Trotz des hohen Bindemittelanteils werden nach zwei Minuten bei Versuch 5 ^' lediglich 9 % und bei Versuch 6 nur 60 % Chromausbringen verzeichnet. Auch nach 10 Minuten werden bei Versuch 5 erst 80 % und bei Versuch 6 erst 76 % Chrom ausgebracht. Erst nach 20 Minut mit der vorgeschalteten intensiven Rührphase werden bei Versuch 5 100 % und bei Versuch 7 88 % Ausbringen erreich Dagegen zeigt Versuch 4, daß trotz erheblich geringerem Bindemittelanteil das Chrom bereits nach zwei Minuten vollständig gelöst ist. In Versuch 7 wird ein Zusatzmitte verwendet, dessen Bindemittel aus Kalium-Aluminiumfluorid und Aluminium besteht. Diese Kombination entspricht dem Stand der Technik (GB-PS 21 12 020). Die Versuchsergebniss

zeigen, daß trotz des höheren Anteils an Bindemittel bei Versuch 7 im Vergleich zu Versuch 2 eine deutlich verringerte Auflösegeschwindigkeic beobachtet wird . Bei Versuch 7 hat sich das Chrom erst nach 20 Minuten vollständig aufgelöst.

Tabelle 1

Beispiel MischungsZusammensetzung Temperatur % der Chromausbringen in % nach Nr . (in Gew.-%) bereich theoret. einer Versuchszeit von

Cr KΛ1F KF Λ1F Λl (°C) Dichte 2 Min.U Min. I 10 Min] 15 MinJ 20 Min

95 770 800 68,6 28 42 72 86 90

90,9 9,1 770 800 71,4 73 84 98 98 99

88,4 11,6 780 - 800 71,2 85 96 100 100 100

85,9 14,1 780 - 800 73,5 98 100 100 100 100

75 25 780 - 800 39 80 95 100

75 6,5 6,5 770 - 800 75,4 60 74 76 78 88

85 ,9 9,1 770 800 73,5 58 74 84 84 100