187102. lajstromszámú szabadalom • Eljárás gallium tartalmú ötvözetek előállítására
1 187 102 2 A találmány tárgya eljárás gallium tartalmú ötvözet előállítására, amelynek segítségével a gallium kellő biztonsággal, mennyiségileg reprodukálhatóan ötvözhető. A közelmúlt fejlesztési törekvéseinek eredményeképpen korróziónak, hőkorróziónak, kopásnak kitett alkatrészek és egyéb termékek gyártásához olyan közepes és erősen ötvözött ötvözeteket dolgoztak ki, amelyek galliumot tartalmaznak. Ezeknek az ötvözeteknek a tulajdonságait a gallium előnyösen változtatja meg. Javítja a korrózióval, erózióval szembeni ellenállásukat, a polírozhatóságot. Különösen jelentős a galliumötvözésnek - már mikroötvözőként is - az ötvözetek formatöltő képességét növelő hatása. Folyékony fém felületén levő gallium-oxid jól nedvesíti a nem fémes, kerámia jellegű anyagokat. Már kis gallium tartalom esetén is képződik annyi gallium-oxid öntéskor a folyékony fém felszínén, amelynek hatására ezek az ötvözetek is jobban nedvesítik az öntőforma falát, jelentősen javítja az ötvözet formatöltő képességét. A különben - a legkedvezőbb esetben is - csak közepesen önthető ötvözetek jól önthetővé válnak. Kisebb hőmérsékletű folyékony ötvözettel tölthető meg ugyanaz az öntőforma, mint galliumötvözés nélkül, így csökkenthető az ötvözet túlzott túlhevítéséből adódó selejt-gázosság; porozitás; makromikro szívódások; zárványosság stb. - Galliumötvözés esetén - ugyancsak a formatöltőképesség javulása miatt - kisebb forgácsolási ráhagyással, méretpontosabb, vékonyabb falú, tehát kisebb súlyú tömörebb öntvények készíthetők, egyidejűleg csökkentve a hidegfolyásos, gyúródott, csonka öntvények arányát is. A gallium élő szervezetet nem károsít, így az ismertetett kedvező hatásai különösen jelentősek a betegellátáshoz készülő ötvözetek - pl. fogtechnikai ötvözetek és eszközök gyártása esetén. Gondot jelent azonban a különböző ötvözetek gyártásakor a gallium előírt mennyiségű ötvözése. A közepesen és erősen ötvözött ötvözetek nagy hőmérsékleten olvadnak. Atmoszférikus olvasztás esetén számottevő az oxigéntartalmuk. A gallium a nagy oxigénaffinitású elemek közé tartozik, így ötvözéskor jelentős, oxidálódásból adódó veszteséggel - leégéssel - kell számolni. A folyékony ötvözetek oxigéntartalma még azonos összetétel esetén is szór, így a leégésből adódó galliumveszteség is változik. Azt, hogy az ötvözetek a megkívánt mennyiségű galliumot kellő biztonsággal tartalmazzák a gyakorlatban a szükséges mennyiséget jelentősen meghaladó - esetenként 100%-kal - gallium ötvözésével érik el. Ez az eljárás azonban nem mindig alkalmazható. Azon túlmenően, hogy a gallium magas ára miatt igen jelentős költségtöbbletet jelent, az esetek jelentős többségében a galliumtartalmat előírt alsó és felső határértékek közt kell tartani. A nagymértékben változó leégés miatt viszont előfordulhat, hogy az előírt alsó határnál kevesebbet tartalmaz az ötvözet a gyártási folyamat végén - így az ötvözés hatástalan lesz - vagy túlötvözésből adódóan a gallium tartalma előnytelen tulajdonságváltozásokat eredményez. A jelen találmánnyal ezért célunk olyan eljárás kialakítása, amellyel a gallium kellő biztonsággal, előírt mennyiségben ötvözhető. A kitűzött feladatot úgy oldottuk meg, hogy az eljárás során, amikor az alapfémet és a kívánt alkotókat kemencében megolvasztjuk, dezoxidáljuk és végül formába öntjük, a találmány szerint a galliumot az alapfém és a többi alkotó megolvasztása és dezoxidálása után, közvetlenül a csapolás előtt, utolsó műveletként ötvözzük 0,02-0,5 súlyszázalék kálcium és 0,02-0,5 súlyszázalék cérium, valamint adott esetben 0,02-0,5 súlyszázalék niobium és/vagy 0,05-0,1 súlyszázalék magnézium és/vagy 0,05-0,2 súlyszázalék alumínium kísérőelemekkel együtt. Az eljárás szerint végzett galliumötvözés biztonságát tovább fokozhatjuk, ha a kísérőelemeket és a galliumot segédötvözet formájában adagoljuk a folyékony ötvözetbe. Kedvező, ha a kísérőelemek és gallium aránya a segédötvözetben 15 súly% Ga; 15 súly°/0 Ce; 24 súly% Ca; 45 súly% Sí; 1 súly% Al. Adott esetben előnyös lehet, ha a segédötvözet 55 súly% Ni-t; 10 súly% Ti-t; 5 súly% Ce-ot; 5 súly% Ga-ot; 8 súly% Ca-ot; 15 súly% Si-t; 2 súly% Al-ot tartalmaz. Galliumot, valamint kálciumot és cériumot, illetve ritkaföldfémeket együttesen tartalmazó ötvözetek már korábban is ismertek voltak (ld. például a 180 626. sz. magyar szabadalmat, illetve a T/29 364. sz. magyar közzétételi iratot). Ezek az elemek azonban a hivatkozott esetekben ötvözőelemek, az ötvözetek felhasználási tulajdonságait javító adalékok, amelyek jelenléte a késztermékben szükséges. A jelen találmánnyal azonban magának a galliumnak a beötvözési technológiájára kívántunk a korábbiaknál jobb megoldást adni. A találmány alapját képező felismerésünk a következő. Gallium tartalmú ötvözetek gyártásakor a galliumötvözés biztonságának meghatározó változója az alapötvözetolvadék aktív oxigéntartalma. A különböző típusú vas, nikkel, vagy kobalt alapú ötvözetolvadékok reakcióképes oxigéntartalma a kiinduló betétalkotó, az olvasztási mód -, az ötvözet jellegétől függően különösen, de még az adott ötvözet, technológia és berendezés esetén is alkalmanként változó. Az ötvözetolvadékok oxigén-, illetve oxidtartalmát az ötvözetre vonatkozó előírások szerinti mértékben csökkenteni kell, illetve stabil nem reakcióképes oxidokká kell átalakítani. A gallium nagy oxigénaffinitású elem. Amennyiben dezoxidáláskor - hasonló oxigénaffinitású -, dezoxidátoralkotókkal együtt kerül a fémolvadékba, a gallium egy része is részt vesz a folyamatok-5 10' 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
