用于减少金属表面上的氧化层的助熔剂和方法.pdf

本发明涉及用于施加在金属固体或熔融表面上且减少该表面上的氧化层的助熔剂，该助熔剂至少由氟化钾和一定比例的水构成。该助熔剂由如下的试剂形成：该试剂包含一定比例的氟化锆和/或氟化锂和/或氟硅酸钠和/或钾冰晶石和/或氟化铝钾(KaAlF4)，以及一定比例的基于锆和/或锂和/或钾和/或钠和/或铋和/或硼和/或钛的盐。本发明还涉及铸造基础铝合金的方法，以及所公开的助熔剂用于减少熔融基础铝合金上的氧化层的应用。

1.  用于施加在金属表面上并且用于减少该金属表面上的氧化层的助熔剂，该助熔剂至少包含氟化钾、氟化钠和剩余的水部分，其特征在于该助熔剂包含明胶。

2.  权利要求1的助熔剂，其特征在于该助熔剂包含由以下构成的试剂：一定比例的氟化锆和/或氟化锂、氟硅酸钠和/或钾冰晶石和/或氟化铝钾(KaAlF₄)，和一定比例的基于锆和/或锂和/或钾和/或钠和/或铋和/或硼和/或钛的盐。

3.  权利要求1或2的助熔剂，其特征在于所述明胶由钙和/或镁以及有机与无机组分构成，并且所述明胶在助熔剂中以0.5重量％至5重量％的比例存在。

4.  权利要求1至3之一的助熔剂，其特征在于该助熔剂由以下构成：5重量％-20重量％锆和/或0.1重量％-5重量％钛和/或8重量％-25重量％锂和/或2重量％-10重量％钾和/或1重量％-8重量％钠和/或0.5重量％-5重量％铋和/或2重量％-10重量％硼。

5.  权利要求1至4之一的助熔剂，其特征在于该助熔剂含有明胶。

5.  用于由至少两种不同材料制造金属零件的铸造方法，所述材料之一是铁基合金，且另一种是铝基合金，该方法包括步骤：在铁基合金构件(1、5)上施加金属层(2、6)，该金属层(2、6)是铝基合金，并且通过浸入到铝熔体内实施所述施加，将涂覆构件(1、5)放入铸模中并且使用铝基合金镶铸涂覆构件(1、5)，其特征在于，在将铁基合金的构件(1、5)浸入铝熔体之前，将根据权利要求1至4之一的助熔剂施加到铝熔体的表面上，从而致使在该铝熔体上形成的氧化皮减少或溶解，并且在铁基合金构件浸入到铝熔体内时该金属层建立与该构件的冶金接合。

6.  权利要求5的铸造方法，其特征在于将助熔剂以液体或粒状状态施加到铝熔体上。

7.  权利要求5和6之一的铸造方法，其特征在于，在将构件放置到所述铸模中之前，在具有所述金属层的铁基合金构件上施加根据权利要求1至4之一的助熔剂。

8.  制造铸造构件的方法，其中从敞开压铸型中舀取液体轻金属合金并填充到铸模中，其特征在于，在舀取轻金属合金之前，将根据权利要求1至4之一的助熔剂施加到该轻金属合金的表面上，从而使在轻金属合金上形成的氧化层减少或溶解。

9.  权利要求8的制造铸造构件的方法，其特征在于将助熔剂以10-100g每约0.3m²的量施加到敞开压铸型上。

10.  用于在材料上接合金属零件的方法，其特征在于将根据权利要求1至4之一的助熔剂施加到待接合的零件部分上，从而使金属零件上形成的氧化层减少或溶解。

11.  权利要求10的用于在材料上接合金属零件的方法，其特征在于该方法是焊接法。

12.  用于减少金属表面上氧化层的方法，其特征在于将根据权利要求1至4之一的助熔剂施加到所述金属表面上。

13.  权利要求12的用于减少金属表面上的氧化层的方法，其特征在于所述金属表面由铝基合金或铁基合金形成。

用于减少金属表面上的氧化层的助熔剂和方法
技术领域
本发明涉及用于施加在金属表面上并减少该金属表面上的氧化层的助熔剂，该助熔剂至少由氟化钾、氟化钠和一定比例的水构成。本发明还涉及用于铸造至少两种不同材料的金属部件的方法，其中一种材料是铁基合金，而另一种材料是铝基合金，该方法包括下面步骤：
-在铁基合金本体上施加金属层，该金属层是铝基合金，并且通过浸入到铝熔体内实施所述施加，
-将涂覆本体放入到铸模中，
-用铝基合金镶铸涂覆本体，本发明涉及这样的方法，其中从敞开压铸型中舀取轻金属的液体合金并填充到铸模中。本发明的另一部分是针对于将金属部件在材料上连接的方法，以及本发明最后涉及减少固体或液体金属表面上的氧化层的方法。
背景技术
绝大多数金属材料在大气特别是氧的作用下形成氧化层。这些氧化层在一些情形中是所需的，例如对于铝片材，但例如在其它情形中，所述氧化层对生产过程显示出不利作用。在使用液体铝合金时，正如铝活塞的低压铸造的情形，在压铸型内液体铝合金的表面上即刻形成氧化皮，其对铸造产品的铸造品质具有不利影响。
在过去已有用于去除熔融铝合金上的氧化层的各种手动和自动方法。
因此，例如，使用长柄勺从含有液体铝合金的坩埚手动舀取铝并且将其填充到铸模中来生产例如用于内燃机的活塞，这是通常的做法并且描述于DE 34 11 970中。当工人从坩埚舀取液体铝时，其同时还将舀起已在液体铝上形成的氧化皮。这通过工人用长柄勺手动舀去从而去除也称作浮渣的氧化皮而加以避免。特别对于铝和铝合金，事实上即刻形成新的氧化皮，使得实际上不可能完全消除所述皮。
对于这种手动操作的自动化，DE 34 11 970还描述了浮渣的自动化去除。描述了这样的方法，其中浸没的长柄勺与同样浸没在压铸型内熔融金属中的剥离器配合，所述剥离器通过致动器可朝向长柄勺移动将浮渣推到长柄勺上，且其中在另外的驱动装置的作用下，长柄勺还围绕旋转轴在竖直面内摆动，从而将浮渣从压铸型中抛出。由此，实现了引入到铸造构件中的氧化铝的最小化。
特别为了减少待镶铸工件上的氧化层的缺点，从DE 101 13 962 A1知晓了一种方法，该方法使用助熔剂来使工件上存在的氧化层脱氧。在待镶铸的工件具有另一金属层之前，将助熔剂施加在金属工件上，由此，在一方面减少工件上的氧化物，并在另一方面增强镶铸材料与待镶铸材料的冶金接合，这是因为氧化层破裂且因此消除扩散阻滞层。由这种冶金接合引起的一个问题是在待镶铸构件上的金属层之间形成氧化层。铝的氧化层具有约2000℃的极高熔点，而典型的铝合金具有大多远低于1000℃，特别低于800℃的熔点。因此，镶铸材料不能够使氧化层破裂，从而导致接合缺陷的增加。为减少或溶解这些高熔点氧化层，在镶铸前将助熔剂施加到本体上。
在DE 2 344 899中描述了由铝合金和形成内层的抗磨损材料制造铸造复合零件的方法。该方法的特征在于，就在镶铸前，将待涂覆的芯材浸入到铝熔体中以形成铝和抗磨损材料的扩散层。这种方法称作所谓的Alfin方法。对于铝熔体的接合，该文献还描述了助熔剂的使用。如所述，在用抗磨损材料覆盖芯材之前用脱模剂涂覆芯材，这适合于铸造后芯材的更好脱离。
发明内容
本发明的目的是提供具有的化学组成有很大位差的制剂，该制剂允许以迄今未知的方式减少氧化层，并且还显著地改善铸造工件和镶铸材料之间的冶金接合。此外，本发明的目的是提供这样的方法，在该方法中，可省略在坩埚中去除氧化层。此外，本发明的又一目的是提供这样的方法，用该方法减少或完全去除液体或固体金属表面上的氧化皮。
本发明的目的通过如下方式得以实现：提供由一定比例的氟化锆和/或氟化锂形成的助熔剂、和一定比例的基于锆和/或锂和/或钾和/或钠和/或铋和/或硼的盐的试剂、以及水。关于就常规方法所要改进的方法，通过在工件上即刻施加改进的助熔剂和/或通过将助熔剂即刻施加到铝熔体的表面上，实现了本发明目的。因为根据本发明的助熔剂的组成，现在有可能全部或几乎全部去除形成的氧化层，并且提供长期保护以免形成新氧化层。关于铸造方法和在液体铸造金属的表面上使用助熔剂，现在有可能完全省去氧化层的机械去除。特别地，可以省略通过铸造工从液体金属表面机械地剥离浮渣和将剥离的浮渣从压铸型排放到废料容器中。
关于该制剂，提供另外含有明胶的助熔剂。在本发明的有利发展中，助熔剂另外含有一定比例的氟化锆和/或氟化锂、氟硅酸钠和/或钾冰晶石和/或氟化铝钾(KaAlF₄)，和一定比例的基于锆和/或锂、和/或钾和/或钠和/或铋和/或硼和/或钛的盐，以及水。特别使用如下物质的混合物(以液体或粒状形式存在)来减少铝氧化物如Al₂O₃：助熔剂(特别是基于氟的助熔剂)、试剂(例如锆和铋或者锂和铋或者锆、钛和铋)，以及明胶。作为氟基助熔剂，可以使用以商标名“NOCOLOK”而被知晓的助熔剂，该NOCOLOK助熔剂由Solvay制造并销售。如果向该助熔剂加入明胶则获得特殊的优点。在该方面，特别是指由Gelatinegruppe以商标名“Gelita”出售的明胶。这种明胶与助熔剂和试剂的接合使用特别允许减少轻金属合金(优选铝)上的氧化层，但不限于此。助熔剂中的试剂由以下形成：一定比例的氟化锆和/或氟化锂，和一定比例的基于锆和/或锂和/或钾和/或钠和/或铋和/或硼和/或钛的盐，以及水。在这里，锆的百分数为5重量％-20重量％，锂的百分数为8重量％-25重量％，钾的百分数为2重量％-10重量％，钠的百分数为1重量％-8重量％，铋的百分数为0.5重量％-5重量％，以及硼的百分数为2重量％-10重量％。加入到助熔剂中的明胶主要由钙和/或镁以及有机与无机组分制成，所述有机与无机组分明确地有助于分散期间的电位平衡和反应的加速。助熔剂中明胶的百分数为0.5重量％-5重量％。明胶的主要组分是3950mg/kg比例的钙和1500mg/kg比例的镁。
此外，本发明涉及助熔剂在铸造方法中的应用，其中形成不同材料的零件。伴随该方法的问题是不同的材料具有不同的具体性能，这些性能对铸造方法具有不利影响。例如，如果将由铁基合金制成的构件嵌入轻金属合金例如铝中，镶铸期间在不同材料间形成这样的区域，这些区域由于不同的熔化温度而未被冶金接合，而所述构件相反地被轻金属合金包封，该构件仅被机械地定位于此。改善铁基构件对周围铝熔体的冶金接合的一种方法是已知的Alfin方法。为了使镶铸材料更好地接合至构件，将该构件浸入到铝熔体中并然后立即放入到铸模中。
附图说明
在助熔剂用于铸造方法中的上下文中，参考本发明的实施方案，以下将详细解释本发明。在唯一的附图中：
图1说明了涂覆有铝层的用于活塞的两个环槽镶座。
具体实施方式
在图1中说明了以Alfin方法进行涂覆并形成活塞零件的环槽镶座。在左侧，图1显示了由铁基合金形成且根据Alfin方法涂覆有铝层2的环槽镶座1。除了在镶铸材料中的机械固定之外，该环槽镶座具有周向槽3，该槽将环槽镶座1进一步固定在镶铸材料中。
将图1中所说明的环槽镶座1浸入到铝熔体中，该铝熔体的表面具有常规助熔剂，在本情形中为NOCOLOC。该试验旨在减少铝熔体表面上的氧化物，使得可对环槽镶座在完全围绕其周边且完全遍及其表面进行涂覆。施加名为NOCOLOC的制剂和明胶显著减少在铝熔体上形成的浮渣，使得仅在少数区域4中发生铝层2对环槽镶座1的附着性降低。在铝合金熔体上施加根据本发明的助熔剂显著减少在液体熔体上形成的氧化层，使得对于环槽镶座1上的Alfin层2可以获得明显优于现有技术的结果。
图1中右侧的环槽镶座5在熔体中已经过alfin处理，已向该熔体添加由常规助熔剂NOCOLOC、试剂和明胶形成的助熔剂。通过施加如权利要求4中所限定的本发明的助熔剂，可几乎完全并且长期地减少铝熔体上的氧化层，使得可将环槽镶座5浸入到熔槽的铝熔体内，这是由于铝熔体表面上的助熔剂从而没有氧化物沉积在环槽镶座5的表面上。环槽镶座5的经alfin处理的表面6显示出连续均匀的Alfin层或铝涂层，而无缺陷。因此，本发明提供了由至少两种不同材料制造金属零件的铸造方法，其中可将金属层2、6以最佳接合沉积在构件1、5上。
为减少构件1、5上存在的氧化物，本发明主张，在将构件放置到铸模中之前，将根据权利要求1至4之一的助熔剂施加到具有金属层2、6的构件1、5上。因此还可以减少在金属层2、6上形成的氧化物，从而在金属层2、6和镶铸材料之间获得冶金接合。典型地，选择的镶铸材料是铝合金并且优选是铝硅合金。显然，这仅是一种实施方案，并且该铸造方法自然也可适用于其它零件例如气缸曲轴箱内的气缸套或曲轴轴承。在要获得不同材料间的冶金接合处，本发明的方法特别适用。
在铝熔体例如AlSi9、AlSi12、Al99.5上以每平方厘米10至100g的量级即刻施加液体或粒状状态的根据权利要求1至4之一的助熔剂。通过在铝熔体上施加助熔剂，氧化层立即减少并且在熔融铝合金材料的压铸型的自由表面上形成持久无氧化物的表面。
根据本发明的助熔剂的另一用途领域是在制造铸造构件的方法中的应用，其中从敞开压铸型中舀取液体轻金属合金并填充到铸模中。从现有技术知晓的该方法显示出的解决方案是，提供铝合金液体表面上氧化层或浮渣的手动或自动去除。这种方法的缺点一方面是绝不能完全除去氧化铝层，并且另一方面是即刻(即在几分之一秒内)再次形成氧化铝层。
在制造铸造构件的方法中使用本发明的助熔剂允许完全放弃氧化层的去除，其中在舀取轻金属合金前将根据权利要求1至4之一的助熔剂施加到轻金属合金的表面上。该助熔剂使轻金属合金上的氧化层减少或溶解，使得舀取长柄勺可伸入到无氧化物的表面并且还可舀取无氧化物的铝或铝合金。这允许铸造无氧化层或者其中氧化层至少极大程度减少的铸造构件。
在压铸型中于熔融金属的开放表面上以每平方厘米10-100g，优选20g的量即刻施加该助熔剂，所述表面具有约40cm的直径。这完全减少了熔融液体金属表面上的氧化物，使得液体铝合金金属可用于加工而无任何氧化层。
除了在铸造方法中的应用外，本发明的助熔剂还适用于材料上接合金属零件的方法。在材料接合例如焊接中，材料表面上的氧化物是不利的，因为氧化物可进入焊池或连接表面，从而在焊缝中产生缺陷。使用根据权利要求1至4之一的助熔剂减少铁基合金以及铝基合金上的氧化层，从而使连接表面持久地脱氧。
此外，该助熔剂适用于减少由铝基体形成的含铝表面、金属表面或含铁表面上的氧化层。因此本发明的助熔剂既可施加于熔融铝合金上，又可施加于其表面上形成氧化层的固体金属表面上。