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Verfahren zum Einbringen von Zirkon in Magnesium und Magnesiumlegierungen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Magnesiumlegierungen,
die Zirkon enthalten.
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Die Beimischung von Zirkon zu Magnesium oder zu Magnesiumlegierungen
erleichtert die Herstellung von Gußstücken und spanlos geformten Gegenständen aus
diesen Legierungen, die ein feinkörniges Kristallgefüge aufweisen und gute mechanische
Eigenschaften besitzen.
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Beträchtliche Schwierigkeiten haben sich jedoch bei der Legierung
von Magnesium mit Zirkon ergeben, wenn der Legierung die besten mechanischen Eigenschaften
verliehen werden sollen. Untersuchungen haben gezeigt, daß Elemente, wie Aluminium,
Silicium Zinn, Mangan, Kobalt, Nickel und Antimon, die mit Zirkon Verbindungen mit
hohem Schmelzpunkt bilden und die als Zirkonlegierungsverhinderungselemente bezeichnet
werden mögen, von der Legierung ferngehalten werden müssen, während andere Elemente,
die zulässige Legierungselemente genannt sein mögen, wie Zink und Kadmium, der Legierung
beigegeben werden können.
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Um die Einführung des Zirkons in die Legierung zu ermöglichen, wurden
Versuche mit Beimischungen von Zirkonchlorid und verschiedenen anderen Verbindungen
und Mischungen unternommen, die aber alle von verschiedenen Nachteilen begleitet
waren.
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Es wurden unter anderem Versuche mit Verbindungen und Mischungen unternommen,
die aus Zirkonfluorid mit Kaliumfluorid und/oder Natriumfluorid bestehen. Es zeigte
sich jedoch, daß eine beträchtliche Verbrennung des Magnesiums stattfindet und nur
wenig Zirkon durch die Legierung aufgenommen wird. wenn diese Stoffe in Form von
Pulvern verwendet
werden. Werden@andererseits-diese Stoffe dem Magnesium
in geschmolzener Form oder in vorgeschmolzenen Stücken zugegeben, so findet eine
noch heftigere Reaktion statt, die sogar oft zu gefährlichen Explosionen führen
kann.
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Es wurde auch gefunden, daß solche Mischungen oder Verbindungen dem
geschmolzenen Magnesium ohne heftige Reaktion beigegeben werden können, wenn sie
mit gewissen Chloriden vermischt sind. Das gilt auch für den Fall, daß das verwendete
Chlorid ein Chlorid desselben Alkahmetalls ist, welches das Fluorid enthält, das
der Legierungsmischung zugesetzt worden ist, d. h. Kaliumchlorid wird eine heftige
Reaktion in Gegenwart von Kaliumfluorid verhindern, und in ähnlicher Weise wird
Natriumchlorid eine heftige Reaktion in Gegenwart von Natriumfluorid unterbinden.
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Von dieser Feststellung, nach welcher das Salzgemisch, das zum Legieren
von Magnesium mit Zirkon dient, aus einer Mischung eines oder mehrerer Chloride
der Alkali- und der Erdalkalimetalle, einschließlich des Magnesiums, mit den vorerwähnten
Verbindungen oder Mischungen aus Zirkonfluorid mit Kalium- oder Natriumfluorid besteht,
geht die vorliegende Erfindung aus.
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Da nahezu alle chemischen Reaktionen viel leichter verlaufen, wenn
die Bestandteile nicht in fester Form, sondern in flüssigem oder gelöstem Zustand
vorliegen, und da die Einführung von. Kaliumfluorid und/oder Natriumfluorid die
Auflösung des Zirkonfluorids zur Folge hat, wurde angenommen, daß die Gegenwart
eines Alkahfluorids für die zufriedenstellende Einführung des Zirkons in Magnesium
bei Verfahren, die Zirkonfluorid verwenden, wesentlich ist.
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Es wurde jedoch erfindungsgemäß festgestellt, daß auch zufriedenstellende
Legierungsverhältnisse erzielt werden, ohne daß eine heftige Reaktion eintritt,
wenn Kalium- und Natriumfluoride, die zur Einführung von Zirkon in das Magnesium
oder in die Magnesiumlegierung dienen, aus der Salzmischung weggelassen werden.
Es ist aber dann Voraussetzung, daß wenigstens eines der Erdalkalichloride (einschließlich
des Magnesiumchlorids) dem Zirkonfluorid zugegeben wird. Weiterhin ist gefunden
worden, daß gewisse Arten der Zirkonfluoride (einschließlich Oxyfluoride) sehr heftige
Reaktionen ergeben, wenn sie allein für Legierungszwecke oder in Mischung mit anderen
Fluoriden verwendet werden; diese Arten von Fluoriden aber ergeben eine ruhige Reaktion,
wenn sie in Verbindung mit Chloriden der Erdalkalimetalle Verwendung finden.
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Erfindungsgemäß besteht dieses Salzgemisch aus einem oder aus mehreren
Chloriden der Erdalkalimetalle, einschließlich des Magnesiums, und aus Zirkonfluorid,
wobei die Chloride zumindest in solcher Menge verwendet werden, daß das Magnesium
bzw. die Magnesiumlegierung und die Erdalkalichloride als Ganzes die Eigenschaft
hat, bei der Legierungstemperatur zu schmelzen, mit oder ohne Natriumchlorid, Kaliumchlorid
und/oder neutralen Substanzen.
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Es können auch Kalium- und /öder Natriumchloride dem Salzgemisch beigegeben
werden, welche den Verlust an Zirkonchlorid durch Verflüchtigung verringern, welches
bei der Reaktion gebildet wird.
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Die Zusammensetzung des Salzgemisches wird vorzugsweise so gewählt,
daß der aus Chloriden bestehende Anteil für sich bei einer Temperatur von
850' C oder weniger flüssig ist, um die Legierungsreaktion bei verhältnismäßig
niedrigen Temperaturen zu erleichtern.
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Die Chloride werden vorzugsweise zusammengeschmolzen, bevor das Zirkonfluorid
ihnen beigegeben wird: ]7ie Zusammensetzung eines Salzgemisches gemäß der Erfindung
besteht z. B. aus den folgenden Bestandteilen: Zirkonfluorid25°/0, Mg C12 27,5°/0,
Ba C12 i7,50/0, K Cl 30°/o.
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Wenn erwünscht, können auch Halogenide der iulässigen Legierungselemente
dem Salzgemisch beigegeben werden.
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Der Begriff Zirkonfluorid in dem hier gebrauchten Sinn umschließt
eine Gruppe von Verbindungen, deren genaue Zusammensetzung nicht leicht beschrieben
werden kann, die aber im wesentlichen aus einer Verbindung aus Zirkon und Fluor
besteht und auch Sauerstoff oder Sauerstoff und Wasserstoff enthalten kann, die
aber vorzugsweise frei von Verbindungen der Verhinderungselemente sein sollen.
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Die Chloride werden vorzugsweise einer Vorbehandlung unterzogen, um
den Wassergehalt zu verringern, bevor sie dem Zirkonfluorid beigegeben werden. Sie
können z. B. bis auf mindestens 8oo °C erhitzt und dann auf eine geeignete Temperatur,
z. B. 700' C, abgekühlt werden; um sie dann dem Zirkonfluorid beizumischen.
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Zirkonfluorid soll in genügender Menge zugesetzt werden, damit das
Salzgemisch zumindestens 4% Zirkon in der Form des Chlorids oder Fluorids enthält,
wobei eine gewisse Menge an Zirkonchlorid durch Reaktion des Zirkonfluorids mit
dem Chlorid gebildet werden kann.
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Das Salzgemisch enthält vorzugsweise auch mindestens io% Barium oder
mindestens z50/0 Strontium oder Barium und Strontium in einer Gesamtmenge, die mindestens
mit io0/0 Barium äquivalent ist, wobei 3% Strontium als äquivalent mit 2% Barium
der Rechnung zugrunde gelegt werden und das Barium und/oder Strontium als Chloride
oder in Form von Fluoriden vorhanden sind, die durch Reaktion mit dem Zirkonfluorid
entstanden sind.
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Die Legierungsbildung kann durch Hinzufügung des Magnesiums oder der
Magnesiumlegierung in festem oder geschmolzenem Zustand zu dem Salzgemisch vorgenommen
werden, das sich entwederin festem oder auch geschmolzenem Zustand befinden kann;
und wenn beide, das Metall und das Salzgemisch, geschmolzen sind, werden sie verrührt,
um die Auflösung des Zirkons in der Legierung zu bewirken. Das Salzgemisch kann
auch (z. B. in Form vorgeschmolzener Stücke) dem geschmolzenen Metall vor seiner
Durchmischung beigegeben werden. Diese Verfahren können auch für die Wiederherstellung
des Zirkongehaltes in wiederholt umgeschmolzenen, Zirkon enthaltenden Magnesiumlegierungen
angewendet werden. Das Salzgemisch enthält eine ausreichende Menge an Chloriden,
um ein Schmelzen des Salzgemisches als Ganzes wenigstens bis zur teigigen Konsistenz
während des Legierungsvorganges zu ermöglichen, auch wenn das Zirkonfluorid sich
noch immer in festem Zustand in Form einer Suspension in den .Chloriden befindet.
Die
beim Verfahren verwendeten Salzgemische können auch, gemäß der vorliegenden Erfindung,
neutrale Stoffe in gewisser Menge enthalten, d. h. Stoffe, die zufolge ihrer Eigenschaften
und/oder Menge nicht imstande sind, die Legierungsbildung des Magnesiums mit dem
Zirkon zu verhindern. Diese Stoffe sollen insgesamt 2o0/0 nicht übersteigen, und
sie können Verbindungen des Zirkons oder der zulässigen Elemente bilden oder Verbindungen
solcher Verhinderungselemente sein, die diese Verhinderungselemente im geschmolze-,nen
Magnesium nicht auftreten lassen.