DE2017278B2 - Verfahren zur entphosphorung von aluminiumlegierungen - Google Patents

Verfahren zur entphosphorung von aluminiumlegierungen

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DE2017278B2
DE2017278B2 DE19702017278 DE2017278A DE2017278B2 DE 2017278 B2 DE2017278 B2 DE 2017278B2 DE 19702017278 DE19702017278 DE 19702017278 DE 2017278 A DE2017278 A DE 2017278A DE 2017278 B2 DE2017278 B2 DE 2017278B2
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Pierre Grenoble Be»thon Olivier Seyssinet Jacquet Michel Coub levie Desre, (Frankreich)
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C21/00Alloys based on aluminium
    • C22C21/02Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00Obtaining aluminium
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entphosphorung von Aluminiumlegierungen, insbesondere Aluminium-Silizium-Legierungen.
Das industrielle Interesse an der Entphosphorung ist besonders im FaIJ von Aluminium-Silizium-Legierungen ausgeprägt, deren S'liziumgehalt nahe der eutektischen Zusammensetzung liegt.
Solche Legierungen haben im nicht raffinierten
so Zustand ein körniges Gefüge mit groben Siliziumkristallen, einen störenden Abrieb bei Bearbeitungswerkzeugen und mittelmäßige mechanische Eigenschaften.
In der industriellen Praxis verbessert man die Eigenschäften und Bearbeitbarkeit erheblich durch eine »Modifikationso-Behandlung mit Natrium oder Natriumsalzen. Das Feingefüge wird so »modifiziert«, und die mechanischen Eigenschaften werden erheblich verbessert; z. B. hat man im Fall von Al-Legierung mit 11 bis 13,5% Si und 0,7% Fe folgende Ergebnisse ermittelt:
Sandgußproben
Festig- '
keit Dehnung
kg/mm1
Kokillengußproben
Festig
keit Dehnung
kg/mm*
Mikrogefüge
Unraffiniert I
13 ; 3
19 11
I
16 j 4
20 ! 12
körnig
gut veredelt
Nach doppelter Raffination
Indessen hat die übliche Veredelungsbehandlung den Nachteil, nur von vorübergehender Wirksamkeit zu sein, da das Natrium fortlaufend aus der flüssigen Legierungsschmelze verschwindet. Während des Gusses großer Serien von Kokillenteilen muß man die Veredelungsbehandlung etwa alle halbe Stunden wiederholen.
In den Handelslegierungen ist die für die Mittelmäßigkeit der mechanischen Eigenschaften verantwortliche Verunreinigung der Phosphor, der normalerweise in Mengen von 5 bis 20 ppm vorhanden ist. Er wirkt in der Form von Aluminiumphosphid als Keim zur Kristallisation des Siliziums und macht das Gefüge körnig.
Um eine dauerhaft wirkende Raffination ohne die Erfordernis einer erneuten Raffination beim erneuten Schmelzen, d. h. ein lamellares Geftige mit guten mechanischen Eigenschaften zu erzielen, ist es erfof· derlich, den Phosphor au» der Legierung zu entfernen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes Verfahren für die Entfernung des Phosphor» aus Aluffliniumlegierungen, insbesondere Aluminium-Silizium-Legierungen, anzugeben. 6$
Dirse Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man mit der geschmolzenen Legierung Cadmium im geschmolzenen Zustand und/oder im Dampfzustand reagieren läßt, um den in der Legierung enthaltenen Phosphor in Cadmiumphosphid umzusetzen, und anschließend das Cadmium rait dem darin gelösten Cadmiumphosphid durch Dekantieren oder Verdampfen von der Aluminiumlegierung abgetrennt wird.
Zur Durchführung dieses Verfahrens kann man zwei Varianten anwenden: Die einfachste ist vor allem auf Legierungen anwendbar, deren Schmelzpunkt merklich unter dem Siedepunkt des Cadmiums bei Atmosphärendruck, d. h, 7670C, liegt. Sie besteht darin, daß man die zu behandelnde Legierung und das Cadmium in inerter Atmosphäre schmilzt und dann die Reaktion des Phosphors mit dem Cadmium durch gemäßigtes Umrühren fördert. Nachher läßt man die Mischung lange ruhig stehen, um das Cadmium mit dem darin gelösten Cadmiumphosphid im unteren Teil der Vorrichtung zu sammeln, und gewinnt dann die behandelte Legierung durch Dekantieren oder durch mechanische Aufteilung des Blocks, nachdem man die Gesamtmenge des flüssigen Metalls hat erstarren lassen.
Das Cadmium kann im reinen Zustand verwendet werden, doch benutzt man nach einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung eine Blei-Cadmium-Legierung, was sich in einer Erniedrigung des Dampf·
3 4
drucks des Cadmiums und einer Begünstigung des Legierung enthaltenem Cadmium zu erzielen, vorzu-
Dekantierens auswirkt, ziehen, den Arbeitsgang unter Schaffung eines teil-
Die Menge des verwendeten Cadmium? liegt zwischen weisen Vakuums über der flüssigen Aluminiumlegie-
0,5 und 50 Gewichtsprozent der Menge der zu be- rung mittels einer am Ausgang des Kondensators an-
handelnden Legierung und stellt damit einen erheb- 5 gebrachten Absaugvorrichtung zu beenden,
liehen Überschuß im Verhältnis zur Menge des zu ent- Das Cadmiumphosphid ist in der Gasphase aus-
fernenden Phosphors dar. reichend instabil, so daß es sich nicht im kondensierten
Unter diesen Bedingungen läuft die Reaktion schnell Cadmium ansammelt, sondern im Gasabsaugstrom
und vollkommen ab, und der Restgehalt an Phosphor entwickelt, und letzteres in den Wiederumlauf geführt
in der Legierung liegt zwischen 0 und 2 ppm. io werden kann, wodurch eine kontinuierliche Ent-
Nach der Reaktion enthält die Cadmium- oder Blei- phosphorung ermöglicht wird.
Cadmium-Phase praktisch die gesamte Phosphor- Das Verfahren gemäb der Erfindung ist nicht nur
menge, die aus der Leichtmetallegierungsphase ent- auf Legierungen von Aluminium und Silizium, sondern,
fernt wurde. auch auf alle anderen Aluminiumlegierungen anwend-
Eine andere Variente des Verfahrens zur Entphos- 15 bar, die Phosphor enthalten können,
phorung besteht darin, daß man Cadmiumdampf mit Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung ver-
der zu entphosphorenden Legierung reagieren läßt. schiedener Ausführungsarten der Erfindung.
Diese Variante bietet sich besonders für industrielle . 11
Anwendungen bei Aluminiumlegierungen an. Tat- Beispiel
sächlich werden diese üblicherweise in Halteöfen bei 20 In einem offenen, durch einen Argonstrom von der
Temperaturen in der Größenordnung von 800° C, d. h. Luft abgeschirmten Behälter erhitzt man eine Mischung
über dem Siedepunkt des Cadmiums bei Atmosphären- aus 1 Gewichtsteil Cadmium, 1 Gewichtsteil Blei und
druck aufbewahrt. 2 Gewichtsteilen einer Aluminiumlegierung mit 12°/„
Ebenso ist diese Verfahrensart die einzige, die sich Silizium, deren Anfaugsgehalt an Phosphor 12 ppm ist,
verwirklichen läßt, um Legierungen mit hohem SiIi- 25 auf 6500C.
ziumgehalt zu behandeln, deren Schmelzpunkt bereits Die geschmolzene Mischung wird während 3 Stun-
iiber 767' C liegt. den sanft gerührt, um eine gute gegenseitige Durch-
Das Verfahren i-f um so wirkungsvoller, je besser mischung der Metalle zu erreichen, und dann wird das
die Cadmiumdampfblasen unterteilt und in der zu Bad während 16 Stunden bei der gleichen Temperatur
behandelnden Legierungsschmelze verteilt sind. 30 abstehen gelassen, um eine gute Schweretrennung zu
Die einfachste Ausführungsart d:eses Verfahrens sichern.
besteht darin, in die Legierung Cadmiumdampf mittels Nach der Abkühlung trennt man durch Zersägen
eines Rohres aus feuerfestem Material einzublasen, des Blockes eine Aluminium-Legierungsphase mit
das von einer großen Zahl kleiner Löcher durchbohrt 2 ppm Phosphor und eine Blei-Cadmium-Phase mit
ist. Es ist jedoch ziemlich schwierig, mit dieser Ver- 35 12 ppm Phosphor, die man alsbald für einen neuen
fahrensweise eine feine und gleichmäßige Verteilung Arbeitsgang veiwenden kan.i.
des Cadmiumdampf es in der ganzen Metallschmelze Die erhaltene Aluminiumlegierung enthält noch etwa
zu erzielen. 0,06 °'o Blei und 0,05 °'o Cadmium.
Vorzuziehen ist. die Behandlung der Legierung in
einem Ofen oder in einem Tiegel, dessen Boden mit 40 B e i s ρ i e 1 2
einer oder mehreren porösen Platten versehen ist,
durch welche man Cadmiumdampf hindurchtreten Dieses Beispiel bezieht sich auf die Verwendung von
läßt, der sich so in feiner Unterteilung und guter Ver- flüssigem Cadmium allein ohne Bleizusatz als Ent-
teilung in der Legierungsschmelze befindet. Solche phosphorungsmittel.
porösen Platten, die für geschmolzene Metallegierun- 45 Man arbeitet in einem geschlossenen und mit einem gen undurchlässig, füi Dämpfe jedoch durchlässig sind, Kondensator versehenen Behälter. Man erhitzt in sind an sich bekannt und wurden bereits zum Einblasen diesem Behälter eine Mischung aus einem Gewichtsteil verschiedener Gase in Metallschmelzen verwendet. Cadmium mit 40 Gewichtsteilen einer Aluminium-Falls die porösen Platten im Boden des Ofens oder legierung mit 12°/„ Silizium und 14 ppm Phosphor auf Tiegels angeordnet sind, wird der Cadmiumdampf in 50 700 bis 800° C.
einem äußeren Kessel erzeugt, der mit dei Unterseite Die Mischung wird 3 Stunden unter schwachem
der porösen Platten durch gut wärmeisolierte Lei- Durchrühren auf dieser Temperatur gehalten,
tungen verbunden ist. Zum Schluß des Vorgangs wird ein Teil des Cad-
Nach einer bevorzugten Ausführungsart dieser miums im Kondensator wiedergewonnen. Der Rest
Variante verwendet man einen Tiegel mit zwei durch 55 des Cadmiums wird unter Schaffung eines Teilvakuums
eine horizontale Wand getrennten Abteilen, in der aus dem Metall entfernt, wobei praktisch das ganze
man die porösen Platten befestigt. Der Tiegel wird Cadmium verdampft, das sich im Kondensator sam·
völlig mit der Legierung gefüllt, und man führt das melt. Die Legierung wird dann vergossen: ihr Gehalt
Cadmium im geschmolzenen Zustand in das untere an Pohsphor ist 2ppm; ihr Gehalt an restlichem Abteil ein. Es verflüchtigt sich und tritt im Dampf· 60 Cadmium liegt in der Größenordnung von 50 ppm.
zustand durch die porösen Platten und anschließend Das kondensierte Cadmium enthält ebenfalls 2 ppm
in das zu entphosphorende geschmolzene Metall im Phosphor, weil sich das Cadmiumphosphid in der
oberen Abteil ein. Gasphase zersetzt und im Gasabsaugstrom entweicht.
In allen Fällen wird der aus dem Bad der geschmol* Die mechanischen Eigenschaften einer Legierung zenen Legierung herauskommende Cadmiumdampf in 6s Al-Si 12, die man aus mehreren nach dem vorstehend
einem Kondensator abgekühlt. Es ist möglich, völlig beschriebenen Verfahren entphosphorten Chargen
bei Atmosphärendruck zu arbeiten, doch ist es, um erhielt, wurden gemessen. Es zeigten sich folgende
ettff völlige Entfernung der letzten Spuren von in der Ergebnisse:
Legierung
Mechanische Eigenschaften
Snndguß
Festigkeit
kg/mm3
Dehnung
la
Kokillenguü
Festigkeit
kg/mm"
Dehnung
Al-Si 12 entphosphort ,
Al-Si 12 entphosphort, wieder geschmolzen und 8 Stunden auf 8000C gehalten
15,3
14,9
4,9
5,0
18,1
17,5
10,8
10,4
Die Auswertung dieser Tabelle zeigt, daß die entphosphorten Legierungen, sogar nach einer längeren Erhitzung auf 800° C, nicht mehr das grobkörnige Gefügt: zeigen und daß es nicht nötig ist, sie mit Natrium zu raffinieren, was insbesondere für den Kokillenguß gilt.
Beispiel 3
Man schmolz 5 kg Aluminiumlegierung mit 22% Silizium und einem Phosphorgehalt von 25 ppm bei 850° C. Der Arbeitsgang wurde in einem geschlossenen Gehäuse in einem Tiegel mit einem porösen Stopfen an der Unterseite durchgeführt.
Man ließ einen Strom von reinem Cadmiumdampf bei 85O0C durch den porösen Stopfen derart durchtreten, daß das Gas fein verteilt wurde. Das Cadmium wurde nach dem Durchblasen durch die Schmelze in
>5 einem feuerfesten Kondensator wiedergewonnen, der am oberen Teil des Gehäuses angebracht war.
Der restliche Phosphorgehalt der Legierung ist 1 ppm. Derjenige des kondensierten Cadmiums liegt unter 2 ppm, was den Wieiicrumlauf des Cadmiums
ao zuläßt. Der Cadmiumgehalt dei Aluminiumlegierung mit 22% Silizium ist nach der Entphosphorung 200 ppm.
Man setzt dieser Legierung 4,2 kg Aluminium ohne Phosphor zu und erhält nach Schmelzen der Mischung
as 9,2 kg einer Legierung mit 12% Silizium, deren Eigenschaften praktisch die gleichen wie die der Legierung nach Beispiel 2 sind.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Entphosphorung von Aluminiumlegierungen, insbesondere Aluminium-Silizium-Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß mit der geschmolzenen Legierung Cadmium im geschmolzenen Zustand und/oder im Dampfzustand reagieren gelassen wird, um den in der Legierung enthaltenen Phosphor in Cadmiumphosphid umzusetzen, und anschließend das Cadmium mit dem darin gelösten Cadmiumphosphid durch Dekantieren oder Verdampfen von der Aluminiumlegierung abgetrennt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt der Legierung, jedoch unter dem Siedepunkt des Cadmiums gearbeitet wird und der Legierung außer Cadmium noch geschmolzenes Blei zwecks Herabsetzung des Dampfdrucks und Erleichterung des Dekantierens des Cadmiums zugesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur über dem Siedepunkt des Cadmiums gearbeitet wird, in die Legierungsschmelze Cadmiumdampf im feinverteilten Zustand eingeführt und der Dampf nach der Reaktion in einem am oberen Teil der Vorrichtung angeordneten Kondensator kondensiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Cadmiumdampf zwecks Feinverteilung und guter Durchmischung mit der Schmelze durch eine oder mehrere poröse Platten eingeführt wird.
5, Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die letzten Cadmiumspuren unter Druckverminderung in einer geschlossenen Vorrichtung entfernt.
DE19702017278 1969-04-11 1970-04-10 Verfahren zur Entphosphorung von Aluminiumlegierungen Expired DE2017278C (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR6911177A FR2040737A5 (en) 1969-04-11 1969-04-11 Dephosphorisation of aluminium alloys with cadmium
FR6911177 1969-04-11

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2017278A1 DE2017278A1 (de) 1971-01-14
DE2017278B2 true DE2017278B2 (de) 1972-06-22
DE2017278C DE2017278C (de) 1973-01-25

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Publication number Publication date
LU60692A1 (de) 1970-11-17
BE748791A (fr) 1970-10-12
DE2017278A1 (de) 1971-01-14
FR2040737A5 (en) 1971-01-22
NL7005170A (de) 1970-10-13

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