DE1091712B

DE1091712B - Verfahren zum Angiessen von Leichtmetall an Eisen oder Stahl

Info

Publication number: DE1091712B
Application number: DEM21829A
Authority: DE
Inventors: Dr Ulrich Zeicker
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1954-02-08
Filing date: 1954-02-08
Publication date: 1960-10-27

Description

DEUTSCHES

Die Haftung von Leichtmetallen, insbesondere Aluminium und seinen Legierungen, beim Angießen an Eisen und Stahl bereitet Schwierigkeiten, und es sind die verschiedensten Verfahren vorgeschlagen worden, um einen Verbundguß mit genügender Haftfestigkeit zu ermöglichen. So ist es bekannt, die gut gereinigte eiserne Oberfläche zunächst unter solchen Bedingungen in Aluminium oder Aluminiumlegierungen zu tauchen, daß eine Eisenaluminidschicht gebildet wird, um dann das Aluminium an das noch flüssige Aluminium der Eisenaluminidschicht zu gießen. Dieses Verfahren erfordert ein rasches Arbeiten, damit das von der Aufbringung der Eisenaluminidschicht anhaftende Aluminium nicht vor dem Angießen erstarrt, was insbesondere bei kleineren Teilen und bei komplizierten Gußstücken häufig schwierig durchzuführen ist.

Es ist auch schon der Vorschlag gemacht worden, zur Herstellung einer Eisenaluminiumverbindung auf dem Eisen einen Alkali- oder Erdalkaliüberzug aufzubringen. Dieser Vorschlag ist offenbar auf solche ao großen praktischen Schwierigkeiten gestoßen, daß er in der Praxis keinen Eingang gefunden hat.

Es ist auch bereits ein Verfahren bekannt, bei dem es nicht erforderlich ist, die Tauchschicht flüssig zu halten. Nach der Bildung der Eisenaluminidschicht wird ein Zinnüberzug aufgebracht, der erstarren kann und an den dann das Leichtmetall angegossen wird. Ebenso ist es bekannt, einen Eisenaluminiumverbundguß mit einer Zwischenschicht aus einer Zinklegierung herzustellen, die Zinn und Aluminium enthält. Auch Zinkaluminiumlegierungen sind als Zwischenschicht bekannt. Hierbei wurde jedoch keine einwandfreie Bindung zwischen dem eisernen Grundmetall und dem Aluminium erreicht, insbesondere keine verzahnende Bindung, die für eine gute Haftfestigkeit und einen guten Wärmeüberzug erwünscht ist.

Es wurde nun gefunden, daß man eine Zwischenschicht mit einer besonders guten Verzahnung und dadurch eine besonders gute Haftung zwischen Eisen oder Stahl und einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, erhält, wenn man die gereinigte, insbesondere gußhautfreie, eiserne Oberfläche zunächst in eine Schmelze einer Legierung aus Zinn und/oder Zink und/oder Kadmium, vorzugsweise Zinn und Zink taucht, die einen Zusatz von Lauthaniden, insbesondere Cermischmetall in Mengen von 0,01 bis 5 °/o, vorzugsweise 0,5 %, enthält, und an die dadurch aufgebrachte Zwischenschicht das Leichtmetall angießt. Es ist hierbei zweckmäßig, den eisernen Gegenstand in der Legierungsschmelze zu bewegen. Beim Angießen des Leichtmetalls kann das mit der Legierung überzogene Eisenteil bei Raumtemperatur eingesetzt werden. Um an der Oberfläche anhaftende Feuchtigkeit zu entfernen, werden Verfahren zum Angießen von Leichtmetall an Eisen oder Stahl

Anmelder:

Metallgesellschaft Aktiengesellschaft,
Frankfurt/M., Reuterweg 14

Dr. Ulrich Zeicker, Stierstadt (Taunus),
ist als Erfinder genannt worden

höhere Temperaturen, beispielsweise 100 bis 150° C, bevorzugt.

Die Lanthanide können durch Alkalien einschließlich Lithium und/oder Erdalkalien einschließlich Magnesium ersetzt oder es können Alkali- bzw. Erdalkalizusätze zusätzlich in der Legierung verwendet werden. Auch von diesen Bestandteilen soll etwa eine Menge in der Legierung enthalten sein, die derjenigen der Lanthanide entspricht. Es ist auch möglich, das Leichtmetall an die noch flüssige Zwischenschicht anzugießen. Ein solches Arbeiten ist jedoch nicht erforderlich.

Nach dem Aufbringen der Zwischenschicht muß das Leichtmetall nicht sofort angegossen werden. Vielmehr können die mit der Zwischenschicht versehenen Teile gelagert und zu einem späteren Zeitpunkt mit Leichtmetall umgössen werden. Mit Rücksicht auf den niedrigen Schmelzpunkt der Zwischenschicht kann es hierbei erwünscht sein, nach dem Eintauchen in die Schmelze abzuschrecken, beispielsweise durch Eintauchen in Wasser.

Es ist angebracht, vor dem Aufbringen der Zwischenschicht die eiserne Oberfläche zu reinigen, insbesondere von Oxydhäuten, d. h. Schichten niedriger Eisenoxyde zu befreien, die das Aufbringen und Haften der Zwischenschicht erschweren können. Zu diesem Zweck kann eine wäßrige Salzlösung verwendet werden, die die niedrigen Eisenoxyde reduziert, z. B. eine wäßrige Lösung von Zinkchlorid. Die Lösung wird auf die Oberfläche aufgetragen und der eiserne Gegenstand dann in einem Ofen getrocknet. Bei Temperaturen von etwa 100° C werden die niedrigen Eisenoxyde reduziert. Die auf diese Weise behandelte Oberfläche kann ohne besondere Spülung in die Metallschmelze eingetaucht werden.

Für die Aufbringung der Zwischenschicht verwendet man vorzugsweise Legierungen aus Zinn und Zink,

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insbesondere solche mit Zinkgehalten unter 50 %>. Durch den Zusatz von Lanthaniden, beispielsweise Cermischmetall, erhält man zwischen dem Eisen und dem Leichtmetall eine zwar feine, aber gegenüber beiden Metallen gute Verzahnung, die zu einer wesentlieh besseren Haftung des Aluminiums führt als ohne einen derartigen Zusatz. Aus den Schliffbildern der Verbundgußteile ist dies gut zu ersehen. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbundgußteile zeigen auch eine Verzahnung der Zwischenschicht sowohl mit dem Eisen als auch mit dem Leichtmetall, während eine Eisenaluminidschicht nur eine Verzahnung gegenüber dem Eisen, nicht aber gegenüber dem angegossenen Aluminium aufweist.

Ähnliche Ergebnisse wie mit Zinn-Zink-Legierungen erhält man auch mit Zinn-Kadmium- oder Zink-Kadmium-Legierungen oder Legierungen, die alle drei Metalle enthalten, wenn man diesen Grundlegierungen Lanthanide und/oder Alkali- und/oder Erdalkalimetalle zusetzt. ao

Die Erfindung sei an Beispielen erläutert:

Beispiel 1

An einen Stahlbolzen soll ein Aluminiumteil angegossen werden. Zu diesem Zweck taucht man den Stahlbolzen zunächst in eine Legierung aus 74,5 % Zinn, 25 «/0 Zink, 0,5 %> Cermischmetall. Die Legierungsschmelze wird hierbei auf 400° C gehalten und der Stahlbolzen in diese Schmelze getaucht und darin bewegt. Teile, die nicht umgössen werden sollen und daher keine Bindungsschicht benötigen, wurden zuvor mit einer Kaolibschicht bedeckt.

Nach 3 Minuten Tauchzeit wurde der Bolzen aus der Schmelze herausgenommen, erkalten gelassen und bei Raumtemperatur in eine Kokille eingesetzt und mit Reinaluminium umgössen. Eine Untersuchung der Haftung des Verbundgußstückes ergab im Schlifrbild eine feine Verzahnung der Zwischenschicht gegenüber der Eisengrundmasse und eine sehr weitgehende Verzahnung gegenüber dem angegossenen Aluminium. Bei dem Versuch, den Bolzen aus dem Aluminium zu ziehen, erwies sich die Haftfestigkeit als so stark, daß an der Bindungsstelle kein Riß auftrat, vielmehr ist das Aluminium bei einer Belastung von 2,71 im Grundmaterial gerissen.

Beispiel 2

Ein Gußeisenkern soll mit einer Aluminium-Silizium-Legierung umgössen werden. Der Gußeisenkern wird zunächst mit einer wäßrigen, l°/oigen Zinkchloridlösung bestrichen und bei 110⁰C die Lösung aufgetrocknet. Das blanke, von Oxyden befreite Gußstück wurde 5 Minuten in eine Schmelze aus 69 °/o Zinn, 30 % Zink und 1 °/o Cermischmetall getaucht und darin bewegt. Die Schmelze hatte eine Temperatur von 400° C. Nach dem Herausnehmen wurde die überschüssige, anhaftende Schmelze abgeschleudert und das Gußstück in Wasser abgeschreckt. Zur Trocknung wurde das Gußstück vor dem Umgießen auf 120° C gebracht, in die Kokille eingesetzt und mit einer Aluminiumlegierung mit 12 % Silizium umgössen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Angießen von Leichtmetall an Eisen oder Stahl, bei dem die oxydfreie eiserne Oberfläche durch Tauchen in eine Schmelze aus einer Legierung aus Zinn und/oder Zink und/oder Kadmium, vorzugsweise Zinn oder Zink, mit einer dünnen Metallschicht überzogen und an diese das Leichtmetall angegossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmelze verwendet wird, die Lanthanide in Mengen von 0,01 bis 5 °/o, vorzugsweise 0,5 %, enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmelze verwendet wird, die Zinn und bis zu 50 %, vorzugsweise 20 bis 30 °/o, Zink und 0,01 bis 5 %, vorzugsweise 0,5 °/o, Mischmetall enthält.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmelze verwendet wird, die zusätzlich oder an Stelle von Lanthaniden Alkalimetalle einschließlich Lithium und/ oder Erdalkalimetalle einschließlich Magnesium enthält.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eiserne Oberfläche vor dem Eintauchen in die Schmelze mit einer wäßrigen Salzlösung, beispielsweise mit einer Zinkchloridlösung, vorbehandelt wird, die die niedrigen Eisenoxyde reduziert, und das Wasser entfernt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften A^Tr. 336 219, 481 363;
Auszüge deutscher Patentanmeldungen, Bd. 19 vom 4. Mai 1948, K 170 919VIa;

britische Patentschrift Nr. 651 996.

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