DE724119C

DE724119C - Process for the production of alloys

Info

Publication number: DE724119C
Application number: DEI60682D
Authority: DE
Inventors: Dr Helmut Von Zeppelin
Original assignee: IG Farbenindustrie AG
Current assignee: IG Farbenindustrie AG
Priority date: 1938-03-03
Filing date: 1938-03-03
Publication date: 1942-08-19

Description

'Verfahren zur Herstellung von Legierungen Bei der Herstellung von Legierungen wird vielfach die Erzeugung eines oder .mehrerer Legierungsmetalle durchReduktion aus deren Verbindungen mit der Legierungsbildung derart verbunden, daß die Reduktion der Verbindung @durch das Reduktionsmittel in Gegenwart der anderen Legierungskomponente erfolgt. Dabei kann sowohl .ein Gemisch, bestehend aus der zu reduzierenden Metallverbindung und dem Reduktionsmittel, einer Schmelze, bestehend aus dem anderen Legierungsmetall, zugesetzt werden, oder es kann die zu reduzierende Verbindung in eine Schmelze eingeführt werden, die aus einer Legierung des anderen Metalls mit dem Reduktionsmittel besteht. Bei der Verwendung von reduzierbaren Verbindungen, die bereits bei Temperaturen von einigen hundert Grad flüchtig sind, beispielsweise der Beryllium-oder Zirkonhalogenide, läßt sich bei der für die Herstellung hochschmelzender Legierungen (beispielsweise auf der Grundlage von Eisen, Kupfer, Nickel) erforderlichen konstanten, hohen Ofentemperatur aber eine weitgehende Verflüchtigung dieser Verbindungen während des Reduktionsprozesses nicht vermeiden.'' Process for the production of alloys In the production of Alloys is often the production of one or more alloy metals by reduction from their compounds connected with the alloy formation in such a way that the reduction the compound @ by the reducing agent in the presence of the other alloy component he follows. A mixture consisting of the metal compound to be reduced can be used and the reducing agent, a melt consisting of the other alloy metal, can be added, or the compound to be reduced can be introduced into a melt which consists of an alloy of the other metal with the reducing agent. When using reducible compounds that are already at temperatures of a few hundred degrees are volatile, for example beryllium or zirconium halides, can be used for the production of high-melting alloys (for example based on iron, copper, nickel) required constant, high furnace temperature but an extensive volatilization of these compounds during the reduction process do not avoid.

Dazu kommt als weiterer Nachteil derjenigen Verfahren, bei denen das Reduktionsmittel als Legierungsbestandteil in der verwendeten Metallschmelze bereits enthalten ist, der Umstand, @daß die reduzierende Wirkung dieses Reduktionsmittels :durch die u. U. erhebliche Verdünnung mit dem nicht reduzierend wirkenden Legierungsgrundmetall erheblich geschwächt wird. Dies hat zum mindesten eine Verlängerung .der Reduktionszeit und damit auch die Gefahr einer umfangreicheren Verflüchtigung der Metallverbindung zur Folge.In addition, there is a further disadvantage of those procedures in which the Reducing agent as an alloy component in the molten metal used included is the fact that the reducing effect of this reducing agent : due to the possibly considerable dilution with the non-reducing alloy base metal is weakened considerably. This has at least an extension of the reduction time and thus also the risk of extensive volatilization of the metal compound result.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren ist darin zu erblicken, daß bei der bei den in Frage kommenden Temperaturen vielfach äußerst lebhaft verlaufenden Reduktion auch der Tiegelwerkstoff (z. B. Eisen, Graphit) mit dem reagierenden Gemisch in Berührung tritt, wodurch ein nicht unerheblicher Angriff der Tiegelwandungen bzw. eine Aufnahme von Anteilen des Tiegelwerkstoffes (insbesondere Kohlenstoff) durch das sehr reaktionsfähige, aus dem Reduktions- nachteilig auf die Geschwindigkeit der Le -gierungsbildung aus.Another disadvantage of the known processes is that the crucible material (e.g. iron, graphite) comes into contact with the reacting mixture during the reduction, which is often extremely vigorous at the temperatures in question, causing a not inconsiderable attack of the crucible walls or a take-up of parts of the crucible material (especially carbon) through the very reactive, from the reduction detrimental to the rate of alloy formation.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Legierungen mit Hilfe von reduzierbaren flüchtigen Metallverbindungen, das die Nachteile der bekannten Verfahren nicht aufweist und dabei doch in .einfachster Weise auszuführen ist. Die Erfindung beruht auf der Erwägung, daß die Verflüchtigung der zu reduzierenden Metallverbindung dann am geringsten wird, wenn die Erhitzung des Einsatzgutes .bis zu der für die Bildung der gewünschten Legierung erforderlichen Temperatur so verlangsamt wird, daß .die Reduktion der flüchtigen Metallverbindung im wesentlichen bereits beim Durchlaufen eines niedrigeren Temperaturbereiches, in dem ihr Dampfdruck noch entsprechend niedrig ist, beendet wird. Soweit hiernach noch geringe Reste des Reduktionsgemisches uriumgesetzt bleiben, wird der bei weiterer Temperatursteigerung bis auf die zur Legierungsbildung erforderliche Temperatur dann zu erwartenden verstärkten Verdampfung durch die Gegenwart der bei der Umsetzung der Hauptmenge des Reduktionsgemisches bereits gebildeten Verbindungen entgegengewirkt.The invention relates to a method for producing alloys with the help of reducible volatile metal compounds, which eliminates the disadvantages of does not have known methods and yet to be carried out in .simple manner is. The invention is based on the consideration that the volatilization of the to be reduced Metal connection is lowest when the heating of the input material .bis so slowed down to the temperature required for the formation of the desired alloy that .the reduction of the volatile metal compound is essentially already when passing through a lower temperature range in which their vapor pressure is still is correspondingly low, is terminated. So far as there are still small residues of the reduction mixture If the temperature continues to rise, the will remain urium set up to the Alloy formation required temperature then increased evaporation to be expected by the presence of the majority of the reduction mixture in the implementation already formed connections counteracted.

Diese Verzögerung der Erhitzungsgeschwindigkeitdes Einsatzgutes wird nun erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Reduktionsgemisch in einem Gefäß aus einem weiteren, vorzugsweise dem den Grundbestandteil der herzustellenden Legierung bildenden Metall erhitzt wird. Zweckmäßig wird hierfür ein Gefäß, beispielsweise eine zylindrische Kapsel, verwendet und die Erhitzung vorzugsweise durch Einbringen des mit dem Reduktionsgemisch beschickten Gefäßes in eine Salzschmelze bewirkt, welch letztere in einem Tiegel auf die für .die Legierungsbildung erforderliche Temperatur angeheizt bzw. auf dieser gehalten wird. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß das Gefäß in einer das Grundmetall bildenden Schmelze erhitzt wird. Unter Aufnahme von Wärme aus der umgebenden Schmelze wird dabei das Gefäß und damit auch das Reduktionsgemisch zunächst auf die Reaktionstemperatur des letzteren erhitzt, worauf anschließend bei weiterer Erwärmung und unter Ausnutzung der frei gewordenen Reaktionswärme :das Gefäß zum Schmelzen kommt, so daß das aus dem Reduktionsgemisch reduzierte Metall unmittelbar im Anschluß an seine Erzeugung mit dem schmelzenden Legierungsmetall unter Legierungsbildung in Berührung tritt.This delay in the rate of heating of the feed becomes now achieved according to the invention in that the reduction mixture in a vessel from another, preferably the basic component of the alloy to be produced forming metal is heated. A vessel, for example a cylindrical capsule, and the heating preferably by introducing it of the vessel charged with the reduction mixture into a molten salt, which the latter in a crucible to the required for the alloy formation Temperature is heated up or kept at this. However, there is also the possibility that the vessel is heated in a melt forming the base metal. Under recording the vessel and thus also the reduction mixture are generated by heat from the surrounding melt first heated to the reaction temperature of the latter, whereupon subsequently with further heating and using the released heat of reaction: that Vessel comes to melt, so that the reduced metal from the reduction mixture immediately following its creation with the melting alloy metal comes into contact with formation of an alloy.

Die Legierungsbildung ist nach kurzer,Zeit qWNachdem sich die erhaltene Legierung unter dem Schutz der Salzdecke am Boden des Schmelztiegels abgesetzt hat, wird sie durch Abgießen oder Abstechen aus dem letzteren entfernt, und es kann sofort eine weitere Legierung durch Einsatz eines neuen mit Reduktionsgemisch teilweise gefüllten Gefäßes in das Salzbad erschmolzen werden.Alloy formation takes place after a short time After the alloy obtained has settled on the bottom of the crucible under the protection of the salt cover, it is removed from the crucible by pouring or tapping, and another alloy can be melted into the salt bath immediately by inserting a new vessel partially filled with the reduction mixture.

Beim Arbeiten gemäß Erfindung ergeben sich u. a. folgende Vorteile: r. Es wird vermieden, daß eine plötzliche sprunghafte Temperaturerhöhung des Reduktionsgemisches und damit im Zusammenhang eine Verdampfung der zu reduzierenden Metallverbindung beim Einbringen in die Salzschmelze eintritt.When working according to the invention, inter alia. the following advantages: r. It is avoided that a sudden sudden increase in temperature of the reduction mixture and, in connection therewith, an evaporation of the metal compound to be reduced occurs when it is introduced into the molten salt.

2. Es gelingt, jegliche Reaktion des Reduktionsgemisches bzw. des durch Reduktion erhaltenen Metalles mit dem Tiegelwerkstoff zu verhindern, da nur die fertiggebildete Legierung mit dem letzteren kurze Zeit in Berührung tritt.2. It succeeds in any reaction of the reduction mixture or the to prevent metal obtained by reduction with the crucible material, since only the finished alloy comes into contact with the latter for a short time.

Es steht nichts im Wege, das Verfahren auch in Fällen anzuwenden, in denen es sich um die Herstellung einer Legierung des zu reduzierenden Metalls mit dem als Reduktionsmittel dienenden Metall selbst handelt. In diesem Falle besteht das Reduktionsgemisch aus einem innigen Gemenge der flüchtigen Metallverbindung mit der entsprechenden Menge des - hier nur als Reduktionsmittel wirkenden - anderen Metalls, während das das Reduktionsgemisch aufnehmende Gefäß aus dem bleichen Metall besteht. Das Gewichtsverhältnis zwischen dem das Gefäß bildenden Grundmetall und dein durch Reduktion gebildeten Legierungsmetall muß dem in der zu bildenden Legierung gewünschten Verhältnis entsprechen.Nothing stands in the way of using the procedure in cases which involve the manufacture of an alloy of the metal to be reduced acts with the metal serving as the reducing agent itself. In this case there is the reduction mixture from an intimate mixture of the volatile metal compound with the corresponding amount of the other - here only acting as a reducing agent Metal, while the vessel containing the reduction mixture is made of the bleached metal consists. The weight ratio between the base metal forming the vessel and The alloy metal formed by reduction must be that in the alloy to be formed correspond to the desired ratio.

Nach dem Verfahren gemäß Erfindung können beispielsweise Legierungen des Nikkels oder Eisens mit Beryllium erhalten werden, indem ein aus Bervlliuinfluorid und dem Reduktionsmittel bestehendes Gemisch zusammen mit einem aus dem Legierungsmetall bestehenden, das Gemisch enthaltenden Behältnis niedergeschnio,lzen wird. Auf ähnlichem Wege lassen sich z. B. mit Hilfe der leichtflüchtigen Halogenide der Metalle der und 6. Gruppe des periodischen Systems sowie des Cers Legierungen, insbesondere mit den niedrigschmelzenden Leichtmetallen, bei denen eine Reduktion der entsprechenden Oxyde in Verbindung mit der Legierungsbildung auf Schwierigkeiten stößt, erzeugen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, geschmolzenen Schwermetallen oder deren Legierungen Leichtmetalle, wie Aluminium, Magnesium, Natrium, zuzulegieren, indem, man ;das betreffende Leichtmetall in @eing-x_ Umhüllung, die zweckmäßig aus dem def, Schmelze entsprechenden Metall besteht, @de": Bade zuführt, wobei die Umhüllung erst nach völligem Untertauchen schmilzt, so daß eine Legierung des Leichtmetalls mit dem Badmetall gewährleistet ist, bevor :das erstere wieder an die Badoberfläche gelangt. Diesen Angaben ist jedoch das Verfahren gemäß Erfindung, nämlich Legierungen mit Hilfe von reduzierbaren flüchtigenVerbindungen, welch letztere im Gemisch mit Reduktionsmitteln in einem Metallgefäß in eine Salz- oder auch Metallschmelze eingeführt werden herzustellen, nicht zu entnehmen. Beispiele i. In eine zylindrische, 228 g schwere Büchse aus Kupferblech werden 325 g eines aus 2 40o Gewichtsteilen Berylliumchlorid (II,2,lo De), i5o Gewichtsteilen Natriumchlorid und 735 Gewichtsteilen M.agnesiumgrieß bestehenden Vorratsgemisches eingestampft und auf die Mischung noch o,5 g Magnesiumgrießgegeben. DiegefüllteBüchs.e wird langsam in eine auf i o5o° erhitzte, in einem Graphittiegel befindliche Chlornatriumschmelze eingeführt. Der hierbei zuerst mit der heißen Schmelze in Berührung kommende Teil der Büchse leitet die Wärme in .deren Inneres, worauf der Büchseninhalt alsbald (bei 400 bis 700°) reagiert. Unterstützt durch die Wärmeentwicklung setzt sich die Umsetzung rasch .durch das ganze Reaktionsgemisch unter gleichzeitiger Verflüssigung der Reaktionsmasse fort. Nach beendeter Reaktion beginnt auch das Kupferblech des Behältnisses zusammenzuschmelzen und geht sofort mit dem durch Reduktion ,gebildeten Beryllium die gewünschte Legierung ein. Die Umsetzung des Reduktionsgemisches in .der Kupferbüchse und die nachfolgende Legierungsbildung nehmen etwa 2 Minuten in Anspruch. Nach Beruhigung des Tiegelinhaltes und kurzem Umrühren trennt man die flüssige Legierung von der Salzschmelze durch Abgießen oder Abstechen, worauf sofort neues Ausgangsgut für .die Herstellung einer weiteren Legierung eingesetzt werden kann. Es werden 249,5:g einer Kupferberylliumlegi-erung mit 9,7 °/o Beryllium und 90,3 °% Kupfer erhalten. Es sind also gi °.(o des mit dem Beryl'liumchlorid eingesetztenBerylliums und 98,8 % des eingesetzten Kupfers in die Legierung eingetreten. 2. Eine Mischung von 38 Gewichtsteilen Zirkonchlorid (Zr C1,) , i8 Gewichtsteilen eines aus gleichen Anteilen bestehenden NatriumchloridfMagnesiumchlorid-Gemisches und @1_5 Gewichtsteilen Magnesium wird in eine gylindrische Kapsel aus reinem Magnesium -'mit einem Gewicht, das zur Bildung einer Magnesium/Zirkon-Legierung mit etwa i °/o Zirkon ausreicht, eingestampft. Die lose bedeckte Kapsel wird in eine auf 85o° erhitzte Salzschmelze eingesetzt. Nachdem sich im Innern der Kapsel das Reduktionsgemisch umgesetzt hat, ohne daß eine Verflüchtigung von Reduktionsgut aus der Kapsel zu bemerken ist, schmilzt nach etwa 2 Minuten auch die Kapsel - das erhaltene Reaktionsgemisch umhüllend - zusammen und legiert sich sofort mit dem entstandenen Zirkon. Zwecks gleichmäßiger Verteilung der Legierungsbestandteile wird noch kurz umgerührt, anschließend die flüssige Legierung aus dem Tiegel durch Abgießen oder Abstechen entfernt und sofort vergossen.According to the method according to the invention, for example, alloys of nickel or iron with beryllium can be obtained by cutting down a mixture consisting of non-ferrous fluoride and the reducing agent together with a container consisting of the alloy metal and containing the mixture. In a similar way, z. B. with the help of the volatile halides of the metals of the 6th and 6th group of the periodic table as well as cerium alloys, especially with the low-melting light metals, in which a reduction of the corresponding oxides in connection with the alloy formation encounters difficulties. It has already been proposed to add light metals, such as aluminum, magnesium, sodium, to molten heavy metals or their alloys by adding; @de " : The bath is supplied, the coating only melting after it is completely submerged, so that an alloy of the light metal with the bath metal is ensured before: the former comes back to the bath surface volatile compounds, which the latter are introduced into a molten salt or metal melt in a metal vessel in a mixture with reducing agents, cannot be found. Examples I. 325 g of a beryllium chloride (II , 2, lo De), 150 parts by weight of sodium chloride and 735 parts by weight of M.agnes iumgrieß pulverized existing storage mixture and added 0.5 g of magnesium semolina to the mixture. The filled canister is slowly introduced into a molten sodium chloride in a graphite crucible, heated to 1050 °. The part of the can which comes into contact first with the hot melt conducts the heat into its interior, whereupon the contents of the can react immediately (at 400 to 700 °). Supported by the development of heat, the reaction continues rapidly through the entire reaction mixture with simultaneous liquefaction of the reaction mass. After the reaction has ended, the copper sheet of the container also begins to melt together and immediately forms the desired alloy with the beryllium formed by reduction. The implementation of the reduction mixture in the copper can and the subsequent alloy formation take about 2 minutes. After the contents of the crucible have settled and stirred briefly, the liquid alloy is separated from the molten salt by pouring or tapping, whereupon new starting material can be used immediately for the production of another alloy. 249.5: g of a copper beryllium alloy with 9.7 % beryllium and 90.3 % copper are obtained. There are thus gi °. (O the occurred with the Beryl'liumchlorid eingesetztenBerylliums and 98.8% of the copper used in the alloy. 2. A mixture of 38 parts by weight of zirconium chloride (Zr C1,) i8 parts by weight of a mixture of equal proportions NatriumchloridfMagnesiumchlorid Mixture and @ 1_5 parts by weight of magnesium is crushed into a cylindrical capsule made of pure magnesium -'with a weight that is sufficient to form a magnesium / zirconium alloy with about 1 / o zirconium After the reduction mixture has reacted inside the capsule without any noticeable volatilization of the reduction material from the capsule, the capsule also melts after about 2 minutes - enveloping the reaction mixture obtained - and is immediately alloyed with the For an even distribution of the alloy components, stir briefly, then the liquid Ge alloy removed from the crucible by pouring or tapping and immediately cast.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the production of alloys with The help of reducible volatile compounds of one or more alloy components, characterized in that the volatile compounds together with a reducing agent in a suitably covered vessel made of a further component of the alloy forming metal by heating: the vessel is reacted, whereupon the vessel is further heated until it melts.

2. The method according to claim i, characterized in that the reducing agent is a component of the to be generated Alloy itself is.

3. The method according to claim i or 2, characterized in that that the vessel used to hold the reduction mixture is the basic component the alloy to be produced forms.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that: the heating of the compound to be reduced and the reducing agent-containing vessel in a melt of the base metal to be formed alloy takes place.

5. The method according to any one of claims i, 2, or 3, characterized in that the vessel is heated in a molten salt, which is located in an externally heated crucible.