CH394619A - Mélange salin pour l'introduction de phosphore élémentaire dans un alliage hypereutectique fondu d'aluminium et de silicium, et utilisation dudit mélange - Google Patents

Description

  Mélange salin pour l'introduction de phosphore élémentaire dans un     alliage          hypereutectique    fondu d'aluminium et de     silicium,    et utilisation dudit mélange    La présente invention a pour objets un mélange  salin pour l'introduction de phosphore élémentaire       dans    un alliage     hypereutectique    fondu d'aluminium  et de silicium en contact avec ledit mélange, et une  utilisation dudit mélange en vue de     l'affinage    du  grain de tels alliages.  



       L'eutectique    des     alliages    aluminium-silicium ap  paraît pour 11,7 % environ de silicium. Les alliages  contenant de plus grandes quantités de silicium sont  appelés alliages     hypereutectiques.    Dans cette classe  d'alliages, ceux contenant au moins 20% de sili  cium, et     particulièrement    ceux contenant de 2.0 à  25 % de silicium, présentent une utilité particulière  pour constituer les blocs des moteurs à combustion  interne.

   Cependant, l'utilité de ces alliages est dimi  nuée par une fine dissémination de la phase riche  en silicium dans tout l'alliage, et ce phénomène est  compliqué par le fait que le silicium tend à former  de grands agglomérats dans les alliages quand     ceux-          ci    se solidifient après la fusion.    Le phosphore est un agent d'affinage du grain       efficace    pour la     phase    riche en     silicium    de ces     alliages          hypereutectiques    aluminium-silicium, généralement  dans une proportion comprise entre quelques centiè  mes et quelques     dixièmes    pour cent.

   Le phosphore  est fréquemment ajouté sous forme de cuivre phos  phoreux, mais le cuivre     ainsi    introduit dans l'alliage  est toléré seulement parce qu'il constitue un moyen       d'obtenir    le résultat     recherché.    Afin d'éviter la con  tamination par le cuivre, on peut ajouter le phos  phore sous forme élémentaire à l'alliage fondu, mais  le danger que présente le maniement et l'usage de  phosphore élémentaire ne peut être évité de manière  satisfaisante, même par l'emploi ultérieur d'un sel de  support, comme le     fluotitanate    de potassium, dans le    but de couvrir le phosphore et d'empêcher sa     vola-          tilisation.     



  On a trouvé maintenant que le phosphore peut  être introduit dans les alliages     hypereutectiques    fon  dus d'aluminium et de silicium sans contamination  des alliages par d'autres éléments et sans     l'inconvé-          nient        inhérent    au     phosphore        élémentaire,    en     amenant     en contact intime avec     l'alliage    un sel complexe qui  est un     fluophosphate    d'un métal     alcalin.    Ce sel peut  être facilement obtenu par fusion, soit in situ sur la  surface de l'alliage fondu soit avant l'addition à l'al  liage,

   d'un mélange physique intime composé essen  tiellement d'un composé phosphoré oxydé d'un métal  alcalin et d'un     bifluorure    d'un métal alcalin. Comme  on le verra plus loin, d'autres sels de dilution et  d'autres sels d'affinage du grain de la phase alumi  nium peuvent être incorporés aussi au mélange sans  diminuer la capacité     d'affinage    de la phase riche en  silicium du     fluophosphate    complexe.  



  Des composés phosphorés oxydés de métaux al  calins     efficaces    dans le cas envisagé comprennent les  sels suivants ou leurs combinaisons :     pyrophosphate,     phosphate     monobasique,    phosphate     dibasique,    phos  phate     tribasique,        métaphosphate    et phosphite de so  dium, de potassium et de lithium, de même que les  composés ammonium     correspondants.    Les composés  sodiques sont généralement moins coûteux que les  composés d'autres métaux alcalins, mais les compo  sés potassiques sont généralement moins volatils que  les composés sodiques.

   Les composés du lithium sont  aussi moins volatils que les composés sodiques, mais  plus coûteux, tandis que les composés d'ammonium  sont économiques mais plutôt volatils. Il s'ensuit que  les composés potassiques sont actuellement préférés  comme source de phosphore dans le     fluophosphate     complexe.      La composante fluor du     fluophosphate    complexe  est fournie principalement par un     bifluorure    d'un mé  tal alcalin, soit un     bifluorure    de sodium, de potas  sium, de lithium ou d'ammonium, ou un mélange de  ces sels.

   Le     bifluorure    alcalin se combine avec le  composé phosphoré oxydé précédemment mentionné  de manière à     former    un     fluophosphate    complexe dans  lequel le phosphore est présent sous une forme qui  lui permet d'être facilement transféré dans l'alliage       hypereutectique    aluminium-silicium.  



  D'autres fluorures simples ou complexes sont  compatibles avec ces     bifluorures    dans les composi  tions envisagées, mais ne sont pas capables par     eux-          mêmes    de former les     fluophosphates    complexes et ne  peuvent pas être substitués par conséquent aux     bi-          fluorures.    Ils augmentent cependant la teneur en  fluor du     biffuorure    qui entre d'ans le     fluophosphate     complexe.

   Par exemple, les     fluorures    alcalins et les  fluorures     alcalino-terreux,    y compris le fluorure de  magnésium, peuvent être utilisés pour compléter,  mais non pour remplacer le     composant        bifluorure.     En plus, d'autres fluorures complexes peuvent être  ajoutés s'ils sont relativement inertes par rapport au  mélange salin et à l'alliage, ou s'ils sont capables de       fournir    un de leurs composants. à la phase riche en  aluminium de l'alliage comme désoxydant et/ou com  me agent d'affinage du grain.

   Ainsi, le     silicofluorure     de sodium ou de potassium peut être ajouté à la  composition saline comme composant relativement       inerte,    et le     fluotitanate,    le     fluozirconate    ou le     fluo-          borate    de sodium ou de potassium peuvent être ajou  tés dans le but de fournir du titane, du zirconium et  du bore, ou un mélange de ces corps, à la phase ri  che en aluminium de l'alliage     hypereutectique    pour  compléter l'affinage du grain de la phase riche en si  licium assuré par le     fluophosphate    complexe.  



  Ce dernier peut être dilué avec un ou plusieurs  halogénures     alcalins    ou alcalino-terreux, notamment  les halogénures d'ammonium et de magnésium. Tout  halogénure peut être utilisé, et si on utilise un     fluor-          ure,    il complète, comme mentionné précédemment,  la source de fluor disponible pour le     fluophosphate     complexe. Ces sels de dilution, bien qu'ils tendent à  retarder quelque peu l'efficacité d'affinage des     fluo-          phosphates,    jouent     néanmoins    un rôle utile en di  minuant les pertes par volatilisation du mélange sa  lin ou du     fluophosphate    complexe résultant.

   Une  autre contribution au contrôle de la volatilisation  peut être assurée par -l'emploi de sels anhydres dans  tout le domaine possible des variations de composi  tion.  



  Les proportions du composé phosphoré oxydé et  du     bifluorure    qui permettent la formation du     fluo-          phosphate    complexe sont comprises entre 25 et 75 %  en poids du composé     phosphoré,    le solde étant cons  titué par le     bifluorure.    En outre, on .

   peut utiliser une  quantité d'un autre fluorure ou d'un autre sel de  dilution jusqu'à une valeur pratiquement égale en  poids à la quantité totale du composé phosphoré et  du     bifluorure.    _    Le mélange résultant du composé phosphoré  oxydé et du     bifluorure,    avec ou sans fluorure ou sel  de dilution supplémentaire, peut être utilisé directe  ment par adjonction de ce mélange à la surface d'une  masse fondue de l'alliage     hypereutectique        d'alum-          nium    et de silicium.

   On a trouvé cependant que la  volatilisation des divers composants du mélange, et  notamment la volatilisation du composant phosphoré  du     fluophosphate    complexe ultime, peut être sensi  blement abaissée en fondant le mélange à une tem  pérature juste assez élevée pour effectuer cette fusion.  Le produit résultant est un     fluophosphate    complexe  d'un métal alcalin d'une composition jusqu'ici in  connue, et ce complexe peut être chauffé subséquem  ment à la température de l'alliage aluminium-silicium  fondu (température considérablement plus élevée que  celle nécessaire pour former le     fluophosphate        com-          plexe    homogène fondu), sans pertes sérieuses dues à  la volatilisation.

      Le mélange salin ou le     fluophosphate    complexe  fondu, sous forme divisée, est simplement ajouté à  la surface de l'alliage fondu afin d'assurer l'affinage  du grain désiré. Après que le mélange salin ou le  complexe a été amené à l'état fondu sur la surface  de l'alliage fondu et a été mélangé avec cet alliage  pendant au moins une ou deux minutes, une quantité  suffisante de phosphore a été introduite dans l'alli  age pour produire l'affinage de la phase riche en sili  cium de l'alliage lors de sa solidification. Cependant,  si on dispose d'assez de temps, on peut réaliser une  économie par une meilleure utilisation du phosphore  disponible dans le     fluophosphate    complexe fondu en  maintenant un contact plus prolongé entre le com  plexe et l'alliage fondu.

   L'alliage traité peut être alors  coulé et l'affinage de la phase riche en silicium de  l'alliage solidifié est révélé par l'examen     métallogra-          phique    qui montre une distribution uniforme de la  phase riche en silicium sous forme finement divisée.  L'alliage dont le grain a été ainsi affiné peut être  facilement travaillé pour donner tout produit désiré  pour lequel ce type d'alliage est particulièrement ap  proprié.  



  On donne ci-après un exemple de la préparation  et de la composition du nouvel agent d'affinage et de  son utilisation.    On mélange soigneusement à l'état sec des poids  égaux de     pyrophosphate    de potassium anhydre       (K:,P4O;),    de     bifluorure    de potassium     (KHFs)    et de  chlorure de potassium     (KCl).    On chauffe le mélange  dans un creuset de graphite jusqu'à obtention d'une  masse fondue limpide, ce qui est possible en amenant  le bain de sels fondus à une température de     600     C  environ. La masse fondue est versée dans des moules  de graphite et on la laisse se solidifier.

   La masse ré  sultante du     fluophosphate    de potassium complexe,  dont le poids a été réduit de 10 % environ par suite  de la volatilisation au cours de la fusion, est broyée  pour passer à travers un tamis de 24 mailles/cm (ta  mis Tyler standard).      Le complexe broyé est alors ajouté à une masse  d'un alliage     hypereutectique    d'aluminium et de sili  cium fondu, à une température comprise entre 800 et  900  C. La quantité de sel ajoutée est d'environ  0,5 % en poids de l'alliage fondu. Le sel est brassé  vigoureusement dans l'alliage fondu pendant que ce  sel fond. Après que la réaction entre le sel et l'alli  age a cessé, l'alliage traité est coulé dans des moules.  Le métal coulé contient entre 0,01 et 0,02 % de  phosphore selon l'analyse chimique.

   L'inspection       photomicrographique    de l'alliage traité montre qu'il  présente un grain beaucoup plus fin que le même  alliage     hypereutectique    sans addition du     fluophos-          phate    complexe, l'alliage traité étant propre à l'usage  envisagé mentionné plus haut.

Claims (1)

1. REVENDICATION 1 Mélange salin pour l'introduction de phosphore élémentaire dans un alliage hypereutectique fondu d'aluminium et de silicium, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement un composé phosphoré oxydé d'un métal alcalin et un bifluorure d'un métal alcalin. SOUS-REVENDICATIONS 1. Mélange selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient en outre un halogénure d'un mé tal alcalin, un fluorure double d'un métal alcalin ou un fluorure d'un métal alcalino-terreux. 2.

   Mélange selon la revendication I, caractérisé en ce que le composé phosphoré est le pyrophosphate de potassium et le bifluorure est le bifluorure de po tassium. 3. Mélange selon la sous-revendication 1, carac térisé en ce que l'halogénure est le chlorure de potas sium, le fluorure double est un fluorure de titane, de zirconium, de silicium ou de bore, et le fluorure al calino-terreux est le fluorure de magnésium. 4. Mélange selon la revendication I, caractérisé en ce qu'il contient de 25 à 75 % en poids du com posé phosphoré.

   REVENDICATION II Utilisation du mélange selon la revendication I pour l'affinage de la phase riche en silicium d'un alliage hypereutectique d'aluminium et de silicium, caractérisée en ce qu'on ajoute à une masse fondue de l'alliage ledit mélange fondu ou non fondu. SOUS-REVENDICATIONS 5. Utilisation selon la revendication II, caracté risée en ce qu'on maintient en contact le mélange salin et l'alliage pendant que les deux corps sont à l'état fondu et pendant une période suffisante pour incorporer dans l'alliage au moins 0,01 % en poids de phosphore, et en ce qu'on coule l'alliage résultant. 6. Utilisation selon la revendication II, caracté risée en ce qu'on utilise ledit mélange à l'état fondu sous forme d'un fluophosphate complexe d'un métal alcalin.