CH169095A

CH169095A - Reinigungsmittel für Metalle und Legierungen.

Info

Publication number: CH169095A
Authority: CH
Inventors: Hans Dr Osborg
Original assignee: Hans Dr Osborg
Priority date: 1930-07-08
Filing date: 1931-07-06
Publication date: 1934-05-15

Description

Reinigungsmittel für Metalle und Legierungen. Gegenstand der Erfindung ist ein Reini gungsmittel für Metalle und Legierungen, welches, dadurch gel@ennzeichnet ist, dass es eine Legierung von Lithium mit. Silizium enthält, welche einen harten, dichten und spröden Körper bildet, der an der Luft nicht zerfliesst und sich bei Erhitzung im Vakuum oder in inerter Atmosphäre auf 6()0' über steigende Temperaturen nicht zersetzt.

Die Rei nigungswirkung dieses Mittels erstreckt sich auch auf eine vorteilhafte Beeinflussung der physikalischen und chemischen Eigenschaf ten der behandelten Produkte und aus den selben hergestellter Fertigprodukte. Ein Pro dukt aus Lithium und Silizium ist an sich bekannt, und zwar das Lithiumsilizid LieSi-. Gegenüber dieser ausschliesslich bekannten Verbindung, das heisst einer Kombination der Komponenten in.

stöchiometrischeln Ver hältnis zeichnet sich die Legierung des Li- thiums mit Silizium, welche das Reinigungs mittel gemäss Erfindung enthält und bei spielsweise den wesentlichen Anteil desselben bildet, ,durch ihre relative Beständigkeit, leichte Handhabungsmöglichkeit und damit weite Anwendungsmöglichkeit aus, was für ,den vorliegenden Anwendungszweck von grösster Bedeutung ist.

Für die Reinigung und Veredlung voll Metallen und Legierungen sind bereits zahl reiche Vorschläge bekannt und die verschie densten Verfahren im Gebrauch. Es ist z. B. bekannt, Mangan, Silizium, Zink, Alumi nium, Magnesium, Phosphide, Calciumsili- zide, Magnesiumsilizide, metallisches Li- thium, metallisches Calcium, für diese Zwecke zu verwenden.

Mit Stoffen, wie Man gan, Silizium, Phosphorkupfer und der gleichen hat man dabei betriebstechnisch und wirtschaftlich verhältnismässig befriedigende Erfahrungen gemacht, so dass darauf auf gebaute Verfahren wohl grössere Bedeutung besitzen, dabei aber anderseits beträchtliche Nachteile mit sich bringen. So lassen z. B. Mangan und Silizium meist schädliche Ein schlüsse im Stahl zurück.

Ferner erzeugt man mit Phosphorkupferzusätzen wohl ein Kupfer von .genügenden mechanischen Quali täten, zu gleicher Zeit ist jedoch die elek trische Leitfähigkeit um ein beträchtliches gesunken. Diese und andere schwerwiegende Nachteile haben :die Fachwelt angeregt, sich dauernd mit,dem Problem der Verbesserung der Metallreinigungsverfahren zu beschäf tigen, wie die umfangreiche Fach- und Pa tentliteratur dieses Gebietes zeigt. Man hat in diesem Bestreben auch Stoffe, wie z. B.

metallisches Lithium und metallisches Ca.l- cium besonders für derartige Versuche heran gezogen. Die Ergebnisse dieser Versuche liessen, soweit sie noch nicht praktisch er probt -waren, eine Verbesserung .der bekann ten Methoden erwarten, haben aber nicht zu technischer Verwendbarkeit unter grösseren Erfolgen geführt.

Insbesondere hat es sich "gezeigt, dass mit derartigen Stoffen uner wünschte Nebenerscheinungen, wie das Auf treten neuer Verunreinigungen, Beeinträchti gung der erforderlichen Dichte vergossenen Materials un.d :dergleichen verknüpft sind, so dass zumeist mehr nachteilige Wirkungen als nützliche oder gewünschte erzielt werden. Nicht zuletzt hat auch der verhältnismässig hohe Preis der Metalle als solcher in gedie gener Form einer weiteren Verwendbarkeit von Lithium oder z.

B. von Calcium wesent lich im Wege gestanden.

Es hat sich nun überraschenderweise her ausgestellt, dass Legierungen des Lithiums mit Silizium, gegebenenfalls mit einem Ge halt an Lithiumsilizid, eventuell im Gemisch mit Siliziden von Komponenten des zu be handelnden Schmelzgutes oder dergleichen mehr bei der Reinigung geschmolzener Me talle und Legierungen zu gänzlich neuen Er gebnissen führen. Die Anwendung selbst kann in verschie- ,denster Weise geschehen.

Vorzugsweise ge schieht,die Einführung in Form fester Kör per oder Formstücke, wobei beispielsweise die Lithium-Siliziumlegierungen in Schmelz gutanteile, welche zu diesem Zwecke der Schmelze vorher entnommen sind, eingebettet oder damit verdünnt werden und durch Rüh ren oder andere Massnahmen im untern Teil der Schmelze verteilt werden.

Gegenüber .dem bisher bekannten Lithiumsilizid Li,Si--, welches nach Moissan unter Anwendung eines Überschusses an Lithium durch mehr stündiges Erhitzen auf 400' und vorsichtiges Abdestillieren des Lithiumüberschusses zwi schen 400 bis500' C im Vakuum unter ausdrücklicher Vermeidung einer Überschrei tung dieser Temperatur erhalten wird, sind ,die Lithium-Siliziumlegierungen bei Tempe raturen oberhalb 500 und darüber hinaus nicht zersetzlich,

sondern sogar oberhalb 700' beständig. Im übriger, sind die Li- thium-Siliziumlegierungen hart, dicht, spröde und zerfliessen nicht an der Luft, was die be reits erwähnte leichte Handhabungsmöglich keit, z. B. Aufbewahrung für verhältnis mässig lange Zeit, und Eignung für die ver schiedensten praktischen Zwecke mit sieh bringt.

Durch ihre hohe chemische Aktivität sind sie insbesondere vorzüglich geeignet für die Reinigung von Metallen und Legierun- gen. Des weiteren sind sie ,durch ihr verhält nismässig hohes spezifisches Gewicht und .die verhältnismässig hoch liegenden Erstarrungs- pünkte besonders gegenüber der bekannten Verbindung gekennzeichnet.

Für nach stehende Legierungen sind beispielsweise fol gende spezifische Gewichte und Erstarrungs- punkte ermittelt worden:
EMI0002.0056

Zusammensetzung <SEP> Spez. <SEP> Gewicht
<tb> ungefähr <SEP> 40-% <SEP> Si, <SEP> ungefähr <SEP> -60% <SEP> Li <SEP> ungefähr <SEP> 1
<tb> 33 <SEP> 50% <SEP> " <SEP> ,> <SEP> 50% <SEP> " <SEP> 1,14 <SEP> bis <SEP> 1,18
<tb> 60,% <SEP> " <SEP> " <SEP> 40% <SEP> " <SEP> " <SEP> 1,3 <SEP> bis <SEP> 1,5
<tb> 75% <SEP> " <SEP> ,> <SEP> 25 <SEP> % <SEP> " <SEP> 1,7 <SEP> bis <SEP> 1,75
EMI0003.0001

Zusammensetzung <SEP> \1 <SEP> Erstarrnngspnnkt
<tb> i_-
<tb> ungefähr <SEP> 40 <SEP> % <SEP> Si,

<SEP> ungefähr <SEP> 60 <SEP> % <SEP> Li <SEP> ungefähr <SEP> 500 <SEP> bis <SEP> 550' <SEP> C
<tb> 5U% <SEP> " <SEP> 50% <SEP> " <SEP> 625 <SEP> <SEP> 13 <SEP> C
<tb> 60% <SEP> " <SEP> 40% <SEP> " <SEP> 51 <SEP> 680 <SEP> bis <SEP> 700' <SEP> C
<tb> "
<tb> 75% <SEP> " <SEP> ,> <SEP> 25% <SEP> " <SEP> " <SEP> 700 <SEP> bis <SEP> 750 <SEP> <SEP> C Die im vorstehenden gegebene Aufstel lung der spei.

Gewichte, die bekanntlich zu den typischen Eigenschaften gehören, zeigt gegenüber der bekannten Verbindung LisSi. mit Einer ungefähren Zusammensetzung von 42/'0 Lithium und58% Silizium, welche ein spei. Gewicht von 1.,12 aufweist, in der Le gierung 40% Lithium und60% Silizium mit 1.,4 spei. Gewicht besonders deutlich den vorhandenen Unterschied.

Zur Feststellung der Eestarrungspunkte wurden die Legierungen der erwähnten Zu sammensetzung erhitzt und hierauf noch zu verschiedenen Malen oberhalb 700 wieder erhitzt, nach Beendigung der Bestimmungen wurden keinerlei Veränderungen in der Zu sammensetzung festgestellt. Mit andern Worten, wie bereits erwähnt, lassen sich , -tun -enscheinlich keinerlei Zersetzun-en t' und keine Abdestillation von Komponenten fest stellen.

Diese Tatsache ist von besonderer Be deutung, da. hierin ein grundlegender Unter- schied gegeniiber der bekannten Verbindung liegt. welche sieh zersetzt.

Die erwähnten Eigenschaften der Li- thium-Siliziumlegierungen gestatten eine Pul verisierung bei gewöhnlicher Raumtempera tur oder in der Kälte durch langsame trockene Vermahlung. Bei weniger langsamer Vermahlung tritt Funkenbildung ein. In Stücken lä.sst sich das Produkt in verschlos senen Flaschen verhältnismässig lang auf heben.

Es ist nicht erforderlich, die Aufbewah rungsgefässe zu evakuieren, was bei der be kannten Verbindung LiESi, unerlässlich war. Die einzige Veränderung, die bei :den Li- thium-Siliziumlegierungen beobachtet wer den kann, ist die Bildung eines weissen Häut chens bei feuchter Luft, das augenscheinlich die feste Masse vor weiteren Angriffen schützt. Das Produkt ist. insbesondere sicher vor Zerfliesslichkeit und hat eine graue bis graublaue Farbe.

Die bekannte Lithium- siliziumverbindung dagegen ist zersetzlich und zerfällt an der Luft zu Pulver.

In chemischer und metallischer Hinsicht sind die Lithium-Siliziumlegierungen äusserst aktiv. Sie reagieren beispielsweise heftig mit Wasser unter explosionsartiger Bildung von Verbrennungsprodukten. Bei Einbringen in Lösungen kaustischer Alkalien oder in wässeriges Ammoniak wird' Wasserstoff in Freiheit gesetzt. Bei ihrer Verwendung zur Behandlung von Schmelzbit und Legierun gen nehmen sie schädlichen Verunreinigun gen ihren schädigenden Einfluss oder besei tigen dieselben und wirken im übrigen :dabei auch veredelnd durch die Verbesserung der physikalischen und mechanischen Eigen schaften.

Für die praktische Anwendung kommen insbesondere solche Legierungen in Frage, deren Lithiumgehalt vorzugsweise zwischen 25 bis 75 % liegt. Die Lithium-Silizium- legierungen können in mengenmässiger Hin sicht verschiedenster Zusammensetzung sein, als auch noch mit Metallsiliziden, wie z. B. Eisensilizium, z. B. Ferrosilizium, Nickel silizium oder Kupfersilizium, Lithium- "AlkaIi"-Legierungen legiert sein.

Die Herstellung der Lithium-Silizium- legierungen nach der Erfindung kann in jeder geeigneten Weise erfolgen, vorzugs weise jedoch derart, d-ass ein Gemisch von Lithium und Silizium bei zwischen etwa 400 bis 700 , vorzugsweise über600' liegenden Temperaturen in einer Kammer unter hohem oder praktisch absolutem Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre, Edelgasatmo- sphäre, z.

B. in Helium, oder beispielsweise in einer Lithiumatmosphäre oder .dergleichen der Erhitzung unterworfen wird. Das Li- thium kann dabei auch in Dampfform mit dem Silizium vermischt werden. Das Aus sehen der Legierungen ist, abhängig von der Menge des Lithium- und Siliziumgehaltes sehr verschieden; beispielsweise stellt es eine Vielheit von im wesentlichen gleichen, dun kelsilbergrauen Kristo llen dar oder besteht aus blauvioletten Massen schieferartiger Platten.

Weiterhin kann Silizium auch in Form einer Metallsiliziumlegierung, wie Ferrosili- zium, zur Einwirkung gebracht werden. Ge gebenenfalls kann auch ausserdem ein Metall silizid gewissermassen als Verdünnungsmittel zugesetzt werden, so,dass die erzeugte Lithium- Siliziumlegierung gewissermassen in ein sol ches Metallsilizid, z. B. Eisensilizid, Kupfer- silizid, Nickel.silizid oder dergleichen einge bettet ist.

Schliesslich kann an Stelle des Lithium- metalles auch eine Lithiumlegierung, insbe sondere mit Metallen der ErdalkaligTuppe und der Gruppe der seltenen Erden mit Sili zium vereint sein.

Beispielsweise kann auch eine Legierung aus Lithium mit Silizium und mindestens einem Metall der Alkaligruppe, der Erdalkaligruppe oder der Gruppe der seltenen Erden Verwendung finden, wobei mindestens eines der Metalle. dessen Oxyd basischer, nicht amphoterer Natur ist und schwerlösliche Sulfide nicht zu bilden ver mag, als Silizid vorliegt. Gegebenenfalls kann auch in diesem Falle eine Lithiumsili- zid enthaltende Legierung vorliegen.

Legierungen der genannten Art, die noch Metallsilizide enthalten, beispielsweise, wie oben erwähnt, in solche eingebettet oder mit solchen verdünnt sind, sind besonders für metallurgische Zwecke zu bevorzugen.

Das Reinigungsmittel nach der Erfin dung kann gemäss folgenden Beispielen an gewendet werden: 1. Zu je 100 Teilen einer geschmolzenen Charge von. Eisen oder Stahl in einem ge eigneten Behälter, z. B. einer Giesspfanne, werden in geeigneter Weise etwa 2 Teile einer Legierung von Silizium, Calcium und Lithium, wobei Lithium und Calcium zusam men50% ausmachen, gegeben. Dieser Zu satz entspricht dem allgemein als besonders günstig in Frage kommenden Anteil. Er kann in gegebenen Fällen jedoch auch ge ringer sein.

Die Zugabe der aktiven Li- thium-Siliziumlegierung zum Schmelzgut er folgt dabei zweckmässig derart, dass die ge wünschte Menge z. B. mit Hilfe eines ge schlossenen Löffels mit seitlichen Öffnungen oder dergleichen in die Masse tief eingetaucht wird. Hierdurch lässt sich gleichzeitig durch Rühren eine innige Vermischung und Ver teilung in der besamten Masse erreichen und dadurch eine vorzügliche Reinigung des be handelten Schmelzgutes erzielen.

Bei Eisen, Stahl, Kupfer, Nickel oder Legierungen dieser lässt sich insbesondere eine wesent liche Erhöhung des Flüssigkeitsgrades der Schmelze und damit eine erleichterte Ver- giessung und schliesslich auch ein dichterer Guss feststellen. Des weiteren sind aber auch die physikalischen Eigenschaften wesentlich verbessert, und zwar beispielsweise Härte und dergleichen.

Auch ist die Korrosions beständigkeit grösser und das Material frei von Hohlräumen und Verunreinigungen. Bei Nickelchrom ist besonders bemerkbar, dass es einen höheren elektrischen Widerstand be sitzt und dass es ohne Vergüten weiterver arbeitet werden kann, z. B. durch Walzen. Ziehen etc.

. Zu etwa. 100 Gewichtsteilen einer 22 Schmelze von Stahl oder Stahllegierungen für Guss wird eine Lithium-Siliziumlegie- rung oder ein Gemisch aus einer solchen Legierung mit einer Lithiumlegierung, z. B. Lithium-Cerium, und zwar soviel, .dass die Lithiummenge 1 Gewichtsteil beträgt, als Zusatz gegeben. Der Zusatz erfolgt zweck mässigerweise in Form eines festen Briketts, das mit Hilfe eines Instrumentes der erwähn ten Art in die Schmelze eingeführt werden kann.

Diese Behandlung hat zunächst eine Er höhung des Flüssigkeitsgrades der Schmelze zur Folge; das, Lithium entfernt, bezw. bin det Gase und andere Verunreinigungen, wie Sauerstoff, Schwefel, Phosphor etc. und da' vergossene Metall ergibt ein Gussstück von grösserer Dichte - frei von Lunkern und Blasen - sowie von gleichmässigerer und verbesserter Kristallstruktur. Als besonders geeignet erweist sich für derartige Anwen- dungsfälle der Einschluss der Lithium-Sili- ziumlegierung in eine Hülle von z.

B. Eisen- silizid, wodurch die Handhabung wesentlich erleichtert wird. Gegebenenfalls können auch noch andere Silizide, z. B. Caloiumsili- zide oder dergleichen, ferner Brikette oder andere Formstücke aus oder mit einem Ge halt von Lithium-Siliziumlegierung zugesetzt werden.

3. Zur Erzielung eines verbesserten Le gierungsstahls., z. B. Nickelchromstahls, mit 28% Chrom und 10% Nickel, werden 700 Teile dieser Legierung mit etwa 0,15 Teilen einer Lithium - Calcium - Silizium -Legierung behandelt. Im allgemeinen zeigt sich eine Temperaturerhöhung im Schmelzgut, er höhte Flüssigkeit, besserer Guss, verfeinerte Kristallstruktur, erhöhter Korrosionswider stand und dergleichen. 4. Kupfer wird mit 0,48 Teilen einer Lithium-Strontium-Silizium-Legierung auf je 1200 Teile Kupfer versetzt. Die Leitfähig keit .des Kupfers zeigt sich wesentlich er höht.

Ausserdem wird im Gussstück eine ganz ungewöhnlich hohe Dichte, und zwar von etwa. 8,92 bis 8,95 erreicht. Der Bruch zeigt vorzügliche Kristallstruktur, und zwar bei langsamer Erstarrung die sogenannte "sunburst"-Struktur, die sich besonders für nahtlose Rohre als sehr vorteilhaft erweist, - und bei schneller Erstarrung die soge nannte "silky-Struktur", die sehr erwünscht ist, wenn das Kupfer gewalzt, und zu Draht gezogen werden soll.

Das Kupfer ist absolut frei von Sauerstoff, wie durch Prüfung unter Mikroskop bei sehr grossen Vergrösserungen und durch Festigkeitsprüfungen, Kerbschlag- probe etc. - nach Vornahme des Wasser- stofftestes bei800' - erwiesen worden ist. Zu vorstehenden Beispielen ist noch all gemein zu bemerken, da.ss der Zusatz an Lithium-Siliziumlegierungen im allgemeinen zwischen etwa. 0,01 bis 0,5 % liegen, aber auch geringer oder höher sein kann.

Er hängt im einzelnen hinsichtlich seiner Menge von verschiedensten Umständen ab, beispiels weise von der Höhe des Lithiumgehaltes im Zusatz, dem Grad der Verunreinigung oder dem Gasgehalt des Behandlungsgutes und der gleichen.

Der Zusatz kann in Stufen erfolgen, da bei können in. den einzelnen Stufen verschie den zusammengesetzte Legierungen verwen det werden oder auch die jeweils verwendeten Legierungen in Vereinigung mit den ver schiedensten Verdünnungsmitteln, Beimen gungen oder dergleichen der erwähnten Art Anwendung finden.

Die Behandlung metallischen Schmelz gutes mit Reinigungsmitteln gemäss Erfin dung führt zu Verbesserungen und Vered lungen, die nicht nur im Schmelzgut und Gussstücken hieraus, sondern auch in den Fertigprodukten, auch nach weiterer Ver arbeitung sich zeigen und denselben typische Eigenschaften verleihen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Reinigungsmittel für Metalle und Legie rungen, dadurch gekennzeichnet, dassdas- selbe eine Legierung von Lithium mit Silizium enthält, welche einen harten, dichten und spröden, an der Luft nicht zerfliesslichen Körper bildet, der sich bei Erhitzung im Vakuum oder in inerter Atmosphäre auf 600' übersteigende Temperaturen nicht zer setzt. UNTERANSPRüCHE 1. Reinigungsmittel nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Lithiumsilizid. 2.

Reinigungsmittel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es noch ein Schwermetallsilizid aufweist. 3. Reinigungsmittel nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass es noch Eisensilizid auf weist. , Reinigungsmittel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es Lithium in Legierung mit Silizium und mindestens einem Metall, dessen Oxyd basischer, nicht amphoterer Natur ist und schwer lösliche Sulfide nicht zu bilden vermag, enthält.

5: Reinigungsmittel nach Patentanspruch und Unteranspruch 4, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Lithiumsilizid. 6. Reinigungsmittel nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Li- thium in Legierung mit Silizium und mindestens einem Metall, dessen Oxyd basischer, nicht amphoterer Natur ist und schwerlösliche Sulfide nicht zu bil den vermag und von diesen Metallen mindestens eines als Silizid vorliegt, be steht. 7. Reinigungsmittel nach Patentanspruch und Unteranspruch 6, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Lithiumsilizid. B.

Reinigungsmittel nach Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass es geformt ist. 9. Reinigungsmittel nach Patentanspruch und Unteransprüchen 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem Schwermetallsilizid vermengt und ge- formt ist. 10. Reinigungsmittel nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch einen Lithium- gehalt von nicht mehr als 75 %.