CH492790A - Verfahren zur Erzeugung einer Legierung in einem Tiegel - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Erzeugung einer Legierung in einem Tiegel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Legierung in einem Tiegel, die eine erste und eine zweite Metallkomponente enthält, die gegenüber dem Tiegelmaterial reaktionsfreudig bzw. reaktionsträge sind.



   Zur Erzeugung von Legierungen mit einem reaktionsfreudigen Metall sind eine Vielzahl von Techniken und Verfahren versucht worden. Sie waren aber unbefriedigend. Versuche zur Erzeugung von Legierungen des reaktionsfreudigen Metalls Titan durch Schmelztechniken waren beispielsweise wegen der Reaktionsfähigkeit des geschmolzenen Titans mit den im Tiegelmaterial vorhandenen Elementen Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenstoff nicht sehr erfolgreich. Die Verwendung der bekannten Keramiktiegel, beispielsweise aus   SiO-,    Al   O > "    usw. bei der Erzeugung von Titanlegierungen führte zu einer starken Verunreinigung aufgrund der Reaktion des Titans mit dem Sauerstoff des Tiegelmaterials.

  Die Verwendung von Tiegeln aus hochreinem dichten Graphit war nicht viel erfolgreicher, da sich Karbidverunreinigungen aus der Reaktion des Titans mit dem Kohlenstoff des Tiegels ergaben. Das Induktionsschmelzen zur Verringerung der Graphitberührung und damit zur Herabsetzung der Karbidbildung war zwar etwas günstiger, ist aber umständlich und zudem kostspielig.



   Da geeignete Legierverfahren bisher fehlten, wurden die Legierungen mit reaktionsfreudigen Metallen im allgemeinen im Lichtbogenschmelzverfahren gewonnen.



  Auf diese Weise wurden beispielsweise Nickel-Titanlegierungen, sowohl mit sich selbstverzehrenden als auch mit Dauerelektroden unter Verwendung eines wassergekühlten Kupfertiegels erzeugt. Diese Gewinnungsart weist aber folgende Nachteile auf:
1. Die Kontrolle der Zusammensetzung ist mangels einer Möglichkeit zum Rühren der Schmelze schwierig.



   2. Zum Schmelzreinigen der Legierung besteht nur wenig oder überhaupt keine Möglichkeit.



   3. Um homogene Gussblöcke zu erzielen, muss das kostspielige Lichtbogenschmelzen mehrmals wiederholt werden.



   4. Es können nur begrenzte Gussformen erzeugt werden.



   Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, zur Erzeugung von Legierungen mit einem reaktionsfreudigen Metall und einem reaktionsträgen Metall ein einfaches Verfahren anzugeben, das zugleich chemische Homogenität der Legierung gewährleistet und deren Schmelzreinigung gestattet.



   Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man zuerst die reaktionsträge Komponente unter inerter Atmosphäre in einem Tiegel aus gegenüber den Legierungskomponenten im wesentlichen beständigem Material erschmilzt und dann der Schmelze die reaktionsfreudige Komponente zusetzt.



   Unter Tiegeln aus gegenüber den Legierungskomponenten im wesentlichen beständigem Material werden nicht nur Tiegel verstanden, die völlig aus einem solchen Material bestehen, sondern auch Tiegel, die aus anderen Werkstoffen betehen, aber einen Innenüberzug aus solchem Material aufweisen. Das beständige Tiegelmaterial hat im allgemeinen eine Reinheit von wenigstens 97%, wobei die Reinheit von etwa 99% zu bevorzugen ist, um die Möglichkeit der Sauerstoffverunreinigungen zu verringern, die aus der Reaktion das reaktionsfreudige Metall mit den Oxydverunreinigungen herrühren, die im allgemeinen in solchen Tiegelmaterialien vorhanden sind.



   Die reaktionsträge Komponente wird deswegen im Tiegel zuerst geschmolzen, weil man festgestellt hat, dass ihre Schmelze einen mässigenden Einfluss auf die reaktionsfreudige Metallkomponente ausübt, wodurch die Metall/Tiegel-Reaktion verringert wird. Da der mässigende Einfluss beträchtlich verringert wird, wenn das Atomverhältnis der reaktionsfreudigen Komponente zur reaktionsträgen Komponente etwa   2:1    übersteigt, eignet sich das erfindungsgemässe Verfahren vor allem für Legierungen, die innerhalb dieses Verhältnisses liegen.



   Die Metallkomponeten werden vorzugsweise in Niederfrequenzinduktionsöfen erschmelzen, da hierbei eine gute Durchmischung erfolgt, die zu chemischer Homogenität führt. Wenn auch das Niederfrequenzinduktionsschmelzen bevorzugt wird, so können trotzdem auch andere Schmelzverfahren angewendet werden, sofern sie unter einer inerten Atmosphäre durchgeführt werden und  sofern die reaktionsträge Komponente zuerst erschmolzen wird.

  Wird das erfindungsgemässe Verfahren zur Erzeugung einer Nickel-Titan-Legierung durchgeführt, dann empfiehlt es sich, zunächst einen trockenen, sauberen Magnesia- oder Thoroxydtiegel mit dem gewünschten Gewichtsanteil des Nickels in einen Niederfrequenzin   duktionsofen.    mit inerter Atmosphäre zu bringen, dann das   Nichièl-    zu schmelzen und hierauf den notwendigen   Titananteil über    eine Beschickungsrutsche dem geschmolzenen Nickel beizugeben. Das geschmolzene Titan und das geschmolzene Nickel werden in dem Tiegel durch die Niederfrequenzheizung des Ofens innig miteinander vermischt, worauf die fertige Legierung sich in eine geeignete Form vergiessen lässt.



   Beispiele für reaktionsfreudige Metallkomponenten sind die Metalle der Gruppe IV des periodischen Systems, wie Hafnium, Zirkonium und Titan, sowie die Seltenen Erden, wie Cer. Beispiele für reaktionsträge Metallkomponenten sind Eisen, Kobalt, Kupfer, Indium, Aluminium, Nickel, Gold oder Blei.



   Das erfindungsgemässe Verfahren wird am folgenden Ausführungsbeispiel erläutert:
Beispiel:
Eine Nickel-Titan-Legierung aus 55 Gewichtsprozent Nickel und dem Rest Titan wird wie folgt behandelt:
2750g Nickel in Form von Nickelkarbonyl-Schrot (99,9% Reinheit) werden in einem Magnesiumoxydtiegel (99,9% Reinheit) gegeben. Der Tiegel wird in einen Induktionsofen verbracht, der eine Argon-Atmosphäre bei einem Druck von 1 atü aufweist. Der Ofen wird mit einer Frequenz von etwa 3000 Hertz betrieben. Das im Tiegel befindliche Nickel wird auf eine Temperatur, die wenig über 16000C liegt, erwärmt und erschmolzen.

 

  2250 g Titan (in loser Schwammform) werden der   Nickel    schmelze zugesetzt und die Temperatur wird etwas über   1500 C    gehalten, bis das Titan und das Nickel völlig vermischt sind, was gewöhnlich weniger als 5 Minuten dauert. Die geschmolzene Legierung wird sofort in eine geeignete Form vergossen und erstarren gelassen. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH

   Verfahren zur Erzeugung einer Legierung in einem Tiegel, die eine erste und eine zweite Metallkomponente enthält, die gegenüber dem Tiegelmaterial reaktionsfreudig bzw. reaktionsträge sind, dadurch gekennzeichnet, dass man zuerst die reaktionsträge Komponente unter inerter Atmosphäre im Tiegel erschmilzt und dann der Schmelze die reaktionsfreudige Komponente zu setzt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man zum Schmelzen einen Induktionsofen verwendet.

   2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Atomverhältnis der reaktionsfreudigen zur reaktionsträgen Komponente 2:1 nicht übersteigt.

   3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als inerte Atmosphäre ein Edelgas bei einem Druck von mindestens 1 Atm verwendet.

   4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als im wesentlichen beständiges Tiegelmaterial Magnesia oder Thoriumoxyd verwendet.

   5. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zu erzeugende Legierung eine Nickel Titan-Legierung mit 50 bis 70 Gewichtsprozent Nickel und deren Rest Titan ist.