DE102007054665B4 - Metal powder and process for producing the metal powder - Google Patents
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Abstract
Metallpulver erhältlich nach einem Verfahren zur Herstellung eines Metallpulvers nach einem der Ansprüche 10 bis 14 bestehend aus 3 Gew.-% bis 15 Gew.-% Rhenium und ad 100 Gew.-% Wolfram, welches weniger als 200 ppm metallische Verunreinigungen aufweist, eine homogene Verteilung von Rhenium und Wolfram aufweist und aus nicht-sphärischen Partikeln mit spratziger, plättchenförmiger, nadelförmiger oder flockenförmiger Form besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngrößenverteilung D10 kleiner als 25 μm ist, D50 kleiner als 40 μm und D90 kleiner als 55 μm ist, und in welchem die Legierungsbestandteile Rhenium und Wolfram homogen miteinander gemischt sind, somit keine diskreten, röntgenographisch detektierbaren Phasen, wie σ-ReW, χ-Re8W3 oder reine Re-Phasen bilden und das Rhenium in Form eines WRe-Mischkristalls mit Wolframstruktur vorliegt.Metal powder obtainable by a process for producing a metal powder according to any one of claims 10 to 14 consisting of 3 wt .-% to 15 wt .-% rhenium and ad 100 wt .-% tungsten, which has less than 200 ppm metallic impurities, a homogeneous Distribution of rhenium and tungsten and consists of non-spherical particles having a frippery, platelike, needle-shaped or flake-shaped form, characterized in that the mean particle size distribution D10 is less than 25 μm, D50 is less than 40 μm and D90 is less than 55 μm, and in which the alloy constituents rhenium and tungsten are homogeneously mixed with one another, thus do not form discrete, X-ray detectable phases such as σ-ReW, χ-Re8W3 or pure Re phases and the rhenium is in the form of a WRe mixed crystal with tungsten structure.
Description
Rhenium ist ein Refraktärmetall, welches einen hohen Schmelzpunkt von 3180°C und einen hohen Elastizitätsmodul aufweist. Bauteile aus Rhenium können wiederholte Aufheiz- und Abkühlungszyklen durchlaufen, ohne dass eine signifikante mechanische Schädigung auftritt. Aus diesen und anderen Gründen wird Rhenium oft in Raketendüsen und anderen thermisch hoch belastbaren Teilen eingesetzt. Üblicherweise werden komplexe Bauteile aus Rhenium durch mechanische Bearbeitung hergestellt, welches aufwendig und kostspielig ist, weshalb ein Bedürfnis an endformnah gesinterten Bauteilen aus Rhenium und seinen Legierungen besteht, welche beispielsweise durch Plasmaspritzen aufgebracht werden können. Zur Herstellung von Röntgendrehanodentellern sind beispielsweise Legierungen mit geringem Rheniumgehalt und hohem Gehalt Wolframmetall vorteilhaft.
Die erhaltene zweite Pulvermischung wird anschließend in einer Hydraulikpresse mit einer Haltezeit von 1 bis 60 Sekunden, insbesondere 3 bis 10 Sekunden, und einem Pressdruck von 40 bis 80 Tonnen, vorteilhaft 50 bis 60 Tonnen, zu Formkörpern gepresst. Diese Formkörper werden anschließend in einer Wasserstoffatmosphäre gleichzeitig gesintert und reduziert. Dieser Schritt wird bei einer Temperatur von 700°C bis 2000°C durchgeführt, vorteilhaft bei 1100°C bis 2000°C, insbesondere bei 1300°C bis 1900°C. Dieser Verfahrensschritt wird bei Normaldruck bei einem Wasserstoffstrom von etwa 1 bis 4 m3/Stunde, vorteilhaft bei 1,5 bis 2 m3/h durchgeführt, so dass bei der Reduktion entstehender Wasserdampf durch den Wasserstoffstrom abgeführt wird. Die Haltezeit bei der angegebenen Temperatur beträgt 3 bis 8 Stunden, vorteilhaft 5 bis 6 Stunden. Vorteilhaft ist ein stufenweises Aufheizen, wobei zunächst innerhalb von 60 bis 120 Minuten, insbesondere 80 oder 90 bis 100 Minuten auf 600°C bis 800°C, insbesondere 680°C bis 720°C erhitzt und etwa 30 bis 90 Minuten, insbesondere 50 bis 70 Minuten bei dieser Temperatur gehalten wird. Anschließend wird vorteilhaft innerhalb von 60 bis 120 Minuten, insbesondere 80 oder 90 bis 100 Minuten auf 1100°C bis weniger als 1300°C, insbesondere 1170°C bis 1220°C erhitzt und etwa 60 bis 180 Minuten, insbesondere 100 bis 140 Minuten bei dieser Temperaturgehalten. Anschließend kann dann innerhalb von 120 bis 240 Minuten, insbesondere 160 bis 200 Minuten, auf die oben angegebene Endtemperatur von 700°C bis 2000°C, vorteilhaft eine Endtemperatur von 1300°C bis 2000°C, insbesondere 1600°C bis 1950°C aufgeheizt werden, wobei die erreichte Endtemperatur wie oben beschrieben etwa 3 bis 8 Stunden unter den oben angegebenen Bedingungen gehalten wird. An die Abkühlrate werden keine besonderen Anforderungen gestellt, im einfachsten Fall wird die Abkühlung nach Abschalten des Ofens gestattet, wobei dieser Schritt vorteilhaft ebenfalls im Wasserstoffstrom stattfindet oder aber einem Inertgas wie z. B. Helium, Neon oder Stickstoff oder einem beliebigen anderen Gas, um eine mögliche Oxidation oder andere Reaktion wie Gasaufnahme während des Abkühlens zu verhindern.The resulting second powder mixture is then pressed in a hydraulic press with a holding time of 1 to 60 seconds, in particular 3 to 10 seconds, and a compression pressure of 40 to 80 tons, preferably 50 to 60 tons, to form bodies. These shaped bodies are then sintered and reduced simultaneously in a hydrogen atmosphere. This step is carried out at a temperature of 700 ° C to 2000 ° C, advantageously at 1100 ° C to 2000 ° C, especially at 1300 ° C to 1900 ° C. This process step is carried out at atmospheric pressure at a hydrogen flow of about 1 to 4 m 3 / hour, advantageously at 1.5 to 2 m 3 / h, so that water vapor arising during the reduction is removed by the hydrogen stream. The holding time at the specified temperature is 3 to 8 hours, advantageously 5 to 6 hours. Advantageously, a stepwise heating, wherein first heated within 60 to 120 minutes, in particular 80 or 90 to 100 minutes at 600 ° C to 800 ° C, in particular 680 ° C to 720 ° C and about 30 to 90 minutes, in particular 50 to 70 minutes at this temperature is maintained. It is then advantageously heated within 60 to 120 minutes, in particular 80 or 90 to 100 minutes at 1100 ° C to less than 1300 ° C, in particular 1170 ° C to 1220 ° C and about 60 to 180 minutes, in particular 100 to 140 minutes these temperature levels. Then can then within 120 to 240 minutes, in particular 160 to 200 minutes, to the above final temperature of 700 ° C to 2000 ° C, advantageously a final temperature of 1300 ° C to 2000 ° C, especially 1600 ° C to 1950 ° C. be heated, wherein the final temperature reached is maintained as described above for about 3 to 8 hours under the above conditions. At the cooling rate, no special requirements, in the simplest case, the cooling is allowed after switching off the furnace, this step advantageously also takes place in a stream of hydrogen or an inert gas such. Helium, neon or nitrogen or any other gas to prevent possible oxidation or other reaction such as gas uptake during cooling.
Nach dem Abkühlen werden die erhaltenen Sinterlinge gebrochen, beispielsweise in einem Backenbrecher, so dass vorteilhaft Stücke mit einer Größe von weniger als 3 mm erhalten werden. Dies kann durch Absieben mit einem Sieb einer Maschenweite von etwa 3 mm und erneutes Brechen der Grobfraktion erfolgen. Anschließend werden die erhaltenen Bruchstücke gemahlen, vorzugsweise in einer Siebkugelmühle unter Verwendung von kugel- oder zylinderförmigen Stahl- oder vorteilhaft Wolframmahlkörpern. Die Maschenweite der verwendeten Siebbespannungen wird nach der gewünschten Teilchengrößenverteilung ausgewählt. Um die Mahlzeit zu verringern, kann vor einem folgenden Mahlschritt das feine Pulver zunächst abgesiebt werden, so dass nur die Teilchen erneut gemahlen werden, welche größer als die im folgenden Mahlschritt verwendete Siebbespannung sind. Das heißt, bei einer vorteilhaften stufenweisen Mahlung mit Siebbespannungen von 1,6 mm, 1 mm, 0,315 mm und 0,1 mm wird nach der Mahlung auf 1,6 mm über 1 mm abgesiebt und die Grobfraktion mit einer Siebbespannung von 1 mm weiter gemahlen, während die Feinfraktion entweder weiter durch entsprechende Siebe der Folgeschritte abgesiebt und in Pulverfraktionen aufgeteilt werden kann, um diese nur den erforderlichen weiteren Mahlschritten zuzuführen. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann die Feinfraktion nach der Mahlung mit der gemahlenen Grobfraktion wieder vereint und erneut über das nächste feinere Sieb abgesiebt (in diesem Beispiel 0,315 mm) werden, wobei dann erneut die Grobfraktion gemahlen wird.After cooling, the resulting sintered pieces are crushed, for example in a jaw crusher, so that advantageously pieces with a size of less than 3 mm are obtained. This can be done by screening with a sieve of mesh size of about 3 mm and breaking the coarse fraction again. Subsequently, the resulting fragments are ground, preferably in a screen ball mill using spherical or cylindrical steel or, advantageously, tungsten steel bodies. The mesh size of the screen coverings used is selected according to the desired particle size distribution. In order to reduce the meal, the fine powder can first be sieved off before a subsequent grinding step, so that only the particles which are larger than the sieve covering used in the subsequent grinding step are reground. That is, in an advantageous stepwise grinding with Siebbespannungen of 1.6 mm, 1 mm, 0.315 mm and 0.1 mm is screened after grinding to 1.6 mm over 1 mm and further milled the coarse fraction with a Siebbespannung of 1 mm while the fine fraction can either be screened off further by appropriate sieves of the subsequent steps and divided into powder fractions in order to supply them only to the required further grinding steps. In another embodiment of the invention, the fine fraction can be reunited after grinding with the milled coarse fraction and sieved again on the next finer sieve (in this example, 0.315 mm), in which case the coarse fraction is again ground.
Bei einer weiteren Mahlung über Siebe mit Maschenweiten von beispielsweise 0,063 mm und 0,04 mm kann ebenfalls nach einer dieser Vorgehensweisen verfahren werden, wobei hier vorteilhaft Wolframmahlkörper eingesetzt werden. Es ist vorteilhaft, wenn das Pulver vollständig aus Teilchen mit einer Größe von weniger als 0,045 mm besteht.In a further grinding on sieves with mesh sizes of, for example, 0.063 mm and 0.04 mm can also be proceeded by one of these procedures, here advantageously tungsten billets are used. It is advantageous if the powder consists entirely of particles with a size of less than 0.045 mm.
Nach dieser Mahlung kann das erhaltene Pulver erneut in einer Gegenstrahlmühle, beispielsweise einer Fliessbettgegenstrahlmühle, gemahlen werden, um noch feinere Pulver zu erhalten. Hierbei können dann Teilchengrößen von weniger als 15 μm erreicht werden.After this grinding, the powder obtained can be ground again in a counter-jet mill, for example a fluidized bed counter-jet mill, to obtain even finer powders. In this case, particle sizes of less than 15 microns can be achieved.
Nach der Mahlung/Siebung, unabhängig davon bei welcher Teilchengröße und welchem Schritt der Mahlung das Material entnommen wird, weist das Pulver durch den Abrieb aus den Mühlen nun eisenhaltige Verunreinigungen auf. Diese können in einem gesonderten Schritt entfernt werden. Hierzu wird das erhaltene Wolfram-Rhenium-Pulver in einem ersten Reinigungsschritt, vorzugsweise in einem Kunststoff-Keramik- oder Glasbehälter, in konz. Salzsäure gegeben und gerührt. Die Temperatur der Salzsäure beträgt 30°C bis 80°C, vorteilhaft 40°C bis 70°C, insbesondere 50°C bis 60°C, wobei die Zugabe so erfolgt, dass die Gasentwicklung nicht zu stark wird. Die Temperatur darf hierbei nicht zu hoch gewählt werden, da die Löslichkeit des Chlorwasserstoffs dann abnimmt und die Konzentration der Säure sinkt. Bei zu niedriger Temperatur ist dagegen die Reaktionsgeschwindigkeit zu niedrig, um eine Auflösung der Eisenhaltigen Verunreinigungen in kurzer Zeit zu erreichen. Nach Rühren in einem Zeitraum von 30 bis 120 Minuten wird dem Pulver bei der gewählten Temperatur für 4 bis 30 Stunden, vorteilhaft 6 bis 24 Stunden, insbesondere 8 bis 18 Stunden die Sedimentierung gestattet und die Salzsäure anschließend abdekantiert. In einem zweiten Reinigungsschritt wird dann ebenfalls auf 30°C bis 80°C erwärmte Salzsäure zugegeben und erneut 30 bis 120 Minuten gerührt. Nach Sedimentieren für etwa 1 bis 4 Stunden, insbesondere 2 bis 3 Stunden, wird die Salzsäure abfiltriert und der Filterrückstand mit destilliertem Wasser säurefrei gewaschen, d. h. es wird solange gewaschen, bis keine Salzsäure mehr im Filtrat nachweisbar ist. Anschließend wird der Rückstand der Filtration (ebenfalls in einem Glas- oder Keramikgefäß) getrocknet, vorteilhaft bei weniger als 70°C, insbesondere bei 30 bis 50°C, wobei optional unter verrrigertem Druck und/oder in einem Gasstrom gearbeitet werden kann. Anschließend können durch eine weitere Siebung möglicherweise gebildete Klumpen aufgelöst werden.After grinding / sieving, irrespective of the size of the particle and the grinding step, the powder is removed from the mills by iron Impurities on. These can be removed in a separate step. For this purpose, the obtained tungsten-rhenium powder in a first cleaning step, preferably in a plastic-ceramic or glass container, in conc. Hydrochloric acid and stirred. The temperature of the hydrochloric acid is 30 ° C to 80 ° C, preferably 40 ° C to 70 ° C, in particular 50 ° C to 60 ° C, wherein the addition takes place so that the gas evolution is not too strong. The temperature must not be too high, since the solubility of the hydrogen chloride then decreases and the concentration of the acid decreases. At too low a temperature, on the other hand, the reaction rate is too low to achieve dissolution of the iron-containing impurities in a short time. After stirring in a period of 30 to 120 minutes, the powder is allowed to sediment at the selected temperature for 4 to 30 hours, advantageously 6 to 24 hours, in particular 8 to 18 hours, and the hydrochloric acid is then decanted off. In a second purification step, hydrochloric acid heated to 30 ° C. to 80 ° C. is then added and stirred again for 30 to 120 minutes. After sedimentation for about 1 to 4 hours, in particular 2 to 3 hours, the hydrochloric acid is filtered off and the filter residue is washed acid-free with distilled water, ie it is washed until no more hydrochloric acid is detectable in the filtrate. The residue of the filtration is then dried (likewise in a glass or ceramic vessel), advantageously at less than 70 ° C., in particular at 30 to 50 ° C., it being possible optionally to operate under reduced pressure and / or in a gas stream. Subsequently, lumps possibly formed can be dissolved by further screening.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Filtrat des zweiten Reinigungsschrittes im ersten Reinigungsschritt erneut verwendet werden, wobei aber darauf zu achten ist, dass zumindest die im zweiten Reinigungsschritt verwendete Salzsäure eine höherer Reinheit aufweist. In der Regel genügt handelsübliche, mit der Reinheit „p. A.” verkaufte Salzsäure den Ansprüchen dieses Verfahrens. Eine mehr als dreimalige Verwendung der Salzsäure im ersten Reinigungsschritt führt nicht mehr zum gewünschten Reinigungseffekt. Es ist darauf hinzuweisen, dass beide Reinigungsschritte vorteilhaft nicht in Metallgefäßen stattfinden oder mit anderen Metallen (z. B. als Rührwerke) in Berührung kommen sollen, um die gewünschte Reinheit zu erreichen. Das Mengenverhältnis (bezogen auf das Gewicht) von Wolfram-Rhenium-Pulver zu Salzsäure beträgt etwa 6 bis 9 zu 1, insbesondere 8 bis 8,5 zu 1 im ersten Reinigungsschritt, im zweiten Reinigungsschritt kann die gleiche oder eine etwas niedrigere Zugabe an Salzsäure erfolgen, wie etwa 10 bis 10,5 zu 1.In an advantageous embodiment of the present invention, the filtrate of the second purification step can be reused in the first purification step, but care must be taken that at least the hydrochloric acid used in the second purification step has a higher purity. As a rule, it suffices to use commercially available, with the purity "p. A. "sold hydrochloric acid the claims of this method. A use of the hydrochloric acid more than three times in the first cleaning step no longer leads to the desired cleaning effect. It should be pointed out that both purification steps advantageously do not take place in metal vessels or should come into contact with other metals (eg as stirrers) in order to achieve the desired purity. The quantitative ratio (by weight) of tungsten-rhenium powder to hydrochloric acid is about 6 to 9 to 1, in particular 8 to 8.5 to 1 in the first purification step, in the second purification step may be the same or a slightly lower addition of hydrochloric acid such as 10 to 10.5 to 1.
Zur Reduktion des Sauerstoffgehaltes kann ein weiterer Verfahrensschritt durchgeführt werden, unabhängig davon auf welche Weise das Wolfram-Rhenium-Pulver gemahlen oder nachgereinigt wurde. Diese Verringerung des Sauerstoffgehaltes ist durch eine Wärmebehandlung des erhaltenen Pulvers unter verringertem Druck möglich. Hierzu wird das Wolfram-Rhenium-Pulver auf eine Temperatur von 1000°C bis 1200°C, vorteilhaft 1050°C bis 1150°C erhitzt, wobei der Druck weniger als 100 mbar, vorteilhaft weniger als 50 mbar, insbesondere weniger als 15 mbar oder weniger als 10 oder 5 mbar beträgt. Bei diesen Bedingungen wird das Pulver für 3 bis 8 Stunden, insbesondere 4 bis 6 Stunden unter reduziertem Druck wärmebehandelt.To reduce the oxygen content, a further process step can be carried out, regardless of how the tungsten-rhenium powder was ground or post-purified. This reduction of the oxygen content is possible by a heat treatment of the obtained powder under reduced pressure. For this purpose, the tungsten-rhenium powder is heated to a temperature of 1000 ° C to 1200 ° C, preferably 1050 ° C to 1150 ° C, the pressure less than 100 mbar, preferably less than 50 mbar, in particular less than 15 mbar or less than 10 or 5 mbar. Under these conditions, the powder is heat-treated for 3 to 8 hours, especially 4 to 6 hours under reduced pressure.
In einem weiteren Schritt kann eine weitere Verringerung des Sauerstoffgehaltes erreicht werden. Hierzu wird im Anschluss an die Wärmebehandlung unter verringertem Druck das Wolfram-Rhenium-Pulver unter verringertem Druck unter Wasserstoffatmosphäre erneut erhitzt. Der Druck beträgt in diesem Schritt weniger als 10 mbar, vorteilhaft weniger als 5 mbar, insbesondere weniger als 3 mbar. Unter diesen Bedingungen wird auf eine Temperatur von 1000°C bis 1200°C, vorteilhaft 1050°C bis 1150°C erhitzt, und die erreichte Temperatur für 3 bis 8 Stunden, insbesondere 4 bis 6 Stunden gehalten. Nach dem Abkühlen können durch eine weitere Siebung möglicherweise gebildete Klumpen aufgelöst werden. Der Sauerstoffgehalt des Wolfram-Rhenium-Pulvers beträgt nach Durchführung beider Schritte zur Sauerstoffreduktion weniger als 400 ppm, vorteilhaft weniger als 250 ppm, insbesondere weniger als 100 ppm oder 80 ppm, insbesondere weniger als 50 ppm.In a further step, a further reduction of the oxygen content can be achieved. For this purpose, after the heat treatment under reduced pressure, the tungsten-rhenium powder is reheated under reduced pressure under a hydrogen atmosphere. The pressure in this step is less than 10 mbar, advantageously less than 5 mbar, in particular less than 3 mbar. Under these conditions, heated to a temperature of 1000 ° C to 1200 ° C, preferably 1050 ° C to 1150 ° C, and the temperature reached for 3 to 8 hours, especially 4 to 6 hours maintained. After cooling, any lumps that may be formed may be dissolved by further sieving. The oxygen content of the tungsten-rhenium powder after carrying out both oxygen reduction steps is less than 400 ppm, advantageously less than 250 ppm, in particular less than 100 ppm or 80 ppm, in particular less than 50 ppm.
Um die besonders hohen Reinheiten der Pulver zu gewährleisten sind die üblichen Bedingungen, unter denen Legierungspulver für pulvermetallurgische Zwecke hergestellt werden meist nicht ausreichend. Die hohe Reinheit der Pulver gemäß der Erfindung ist vorteilhaft durch das oben beschriebene Verfahren zu gewährleisten, wenn es unter Reinraumbedingungen durchgeführt wird. Hierzu wird die Raumluft mit einem Staubfilter F5 oder dergleichen gefiltert, so dass Staubpartikel mit einer Partikelgröße von mehr als 12 μm zu 100%, mit einer Größe von 10 μm zu 50% und mit einer Partikelgröße von 0,5 μm zu 15% zurückgehalten werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Raum mit einer Schleuse zum Betreten ausgestattet um Kontamination zu verhindern, und es werden nur Wolfram und Rhenium in diesem so ausgestatteten Raum verarbeitet.In order to ensure the particularly high purities of the powder, the usual conditions under which alloy powders are produced for powder metallurgy purposes are usually not sufficient. The high purity of the powders according to the invention is advantageous to ensure by the process described above, when it is carried out under clean room conditions. For this purpose, the room air is filtered with a dust filter F5 or the like, so that dust particles with a particle size of more than 12 microns are retained to 100%, with a size of 10 microns to 50% and with a particle size of 0.5 microns to 15% , In a further advantageous embodiment of the invention, the room is equipped with a lock to enter to prevent contamination, and only tungsten and rhenium are processed in this so-equipped room.
Das Metallpulver gemäß der Erfindung ist somit ein hochreines Wolfram-Rhenium-Pulver. Dieses Metallpulver bestehend aus 3 Gew.-% bis 15 Gew.-% Rhenium und ad 100 Gew.-% Wolfram, welches weniger als 200 ppm metallische Verunreinigungen aufweist, eine homogene Verteilung von Rhenium und Wolfram aufweist und aus nicht-sphärischen Partikeln mit spratziger, plättchenförmiger, nadelförmiger oder flockenförmiger Form besteht. Das Metallpulver gemäß der Erfindung weist eine einheitliche, gleichmäßige Verteilung des Rheniums und Wolframs auf, so dass die einzelnen Partikeln aus Rhenium und Wolfram bestehen, in welchen die Legierungsbestandteile homogen miteinander gemischt sind und somit keine diskreten, röntgenographisch detektierbaren Phasen, wie σ-ReW, χ-Re8W3 oder reine Re-Phasen bilden.The metal powder according to the invention is thus a high-purity tungsten-rhenium powder. This metal powder consisting of 3 wt .-% to 15 wt .-% rhenium and ad 100 wt .-% tungsten, which is less than 200 ppm of metallic impurities, has a homogeneous distribution of rhenium and tungsten and consists of non-spherical particles with speckled, platy, needle-shaped or flake-shaped. The metal powder according to the invention has a uniform, uniform distribution of the rhenium and tungsten, so that the individual particles of rhenium and tungsten, in which the alloying constituents are homogeneously mixed with each other and thus no discrete, X-ray detectable phases, such as σ-ReW, form χ-Re 8 W 3 or pure Re phases.
Dies bedeutet, dass das Metallpulver gemäß der Erfindung somit ein hochreines Metallpulver bestehend aus 3 Gew.-% bis 15 Gew.-% Rhenium und ad 100 Gew.-% Wolfram ist, welches weniger als 200 ppm metallische Verunreinigungen aufweist und das Rhenium in Form eines WRe-Mischkristalls mit Wolframstruktur vorliegt. Insbesondere liegt in dem Metallpulver gemäß der Erfindung keine Pulvermischung aus Wolfram- und Rheniumpartikeln vor sondern vorteilhaft sind weniger als 0,1 Gew.-% reine Rhenium- oder Wolframpartikel. Nach Erzeugen einer Schicht mittels eines Plasmaspritzverfahrens unter Verwendung des Metallpulvers gemäß der Erfindung schwankt auf einer Fläche von 200 μm2 die Rhenium-Konzentration nicht um mehr als 15%, vorteilhaft nicht mehr als 5%. Das Metallpulver weist einen Sauerstoffgehalt von weniger als 400 ppm, vorteilhaft weniger als 250 ppm, insbesondere weniger als 100 ppm oder 80 ppm, insbesondere weniger als 50 ppm auf. Der Kohlenstoffgehalt des Metallpulvers ist kleiner als 50 ppm, insbesondere kleiner als 30 ppm. Der Eisengehalt ist kleiner als 50 ppm. Die Gehalte an Nickel, Kobalt, Kupfer, Mangan oder Calcium sind unabhängig voneinander und unabhängig vom Kohlenstoff- oder Sauerstoffgehalt kleiner als 50 ppm, vorteilhaft kleiner als 20 ppm, insbesondere kleiner als 10 ppm. Die Gehalte an Titan und Zirkon sind unabhängig voneinander kleiner als 40 ppm, vorteilhaft kleiner als 20 ppm, insbesondere kleiner als 10 ppm. Die mittlere Korngrößenverteilung des Metallpulvers ist gemäß der Erfindung D10 kleiner als 25 μm, D50 ist kleiner als 40 μm und D90 kleiner als 55 μm oder aber die mittlere Korngrößenverteilung D10 kleiner als 5 μm ist, D50 kleiner als 9 μm und D90 kleiner als 13 μm. Die Korngrößenverteilung ist vorteilhaft monomodal.This means that the metal powder according to the invention thus a high purity metal powder consisting of 3 wt .-% to 15 wt .-% rhenium and ad 100 wt .-% tungsten, which has less than 200 ppm of metallic impurities and the rhenium in the form a WRe mixed crystal with tungsten structure is present. In particular, no powder mixture of tungsten and rhenium particles is present in the metal powder according to the invention, but less than 0.1% by weight of pure rhenium or tungsten particles are advantageous. After forming a layer by means of a plasma spraying process using the metal powder according to the invention, the rhenium concentration on an area of 200 μm 2 does not vary by more than 15%, advantageously not more than 5%. The metal powder has an oxygen content of less than 400 ppm, advantageously less than 250 ppm, in particular less than 100 ppm or 80 ppm, in particular less than 50 ppm. The carbon content of the metal powder is less than 50 ppm, in particular less than 30 ppm. The iron content is less than 50 ppm. The contents of nickel, cobalt, copper, manganese or calcium are independently of one another and independently of the carbon or oxygen content less than 50 ppm, advantageously less than 20 ppm, in particular less than 10 ppm. The contents of titanium and zirconium are independently of one another less than 40 ppm, advantageously less than 20 ppm, in particular less than 10 ppm. The mean particle size distribution of the metal powder according to the invention D10 is less than 25 .mu.m, D50 is less than 40 .mu.m and D90 is less than 55 .mu.m or else the mean particle size distribution D10 is less than 5 .mu.m, D50 is less than 9 .mu.m and D90 is less than 13 .mu.m , The particle size distribution is advantageously monomodal.
Das erhaltene Wolfram-Rhenium-Pulver ist in hervorragender Weise für Beschichtungsverfahren durch Vakuumplasmaspritzen geeignet. Die geeigneten Schichten sind besonders belastbar bei Hochtemperaturanwendungen im Vakuum, wie beispielsweise als röntgenaktive Schicht auf Röntgen-Drehanodentellern. Ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen, wobei das oben beschriebene Metallpulver gemäß der Erfindung nach einem Plasmaspritzverfahren aufgebracht wird, insbesondere die Herstellung von Röntgendrehanodentellern, die erhältlichen Formteile sowie die Verwendung von Metallpulver gemäß der Erfindung zum Plasmaspritzen und zur Herstellung von Röntgendrehanodentellern werden hiermit auch offenbart.The obtained tungsten-rhenium powder is excellently suitable for vacuum plasma spray coating processes. The suitable layers are particularly durable in high temperature vacuum applications such as X-ray active layer on X-ray rotary anode plates. A method for producing molded parts, wherein the metal powder according to the invention described above is applied by a plasma spraying process, in particular the production of X-ray rotary anode plates, the moldings available as well as the use of metal powder according to the invention for plasma spraying and for the production of X-ray rotary anode plates are also disclosed.
BeispieleExamples
Beispiel 1example 1
Unter Reinraumbedingungen wurden 36 kg Wolframpulver und 5,762 kg Ammoniumperrhenat zur Herstellung eines Wolfram-Rhenium-Metallpulvers mit einem Rheniumanteil von 10% gemischt. Das Ammoniumperrhenat wurde vor dem Wiegen 4 Stunden bei 70°C getrocknet, portionsweise mit der doppelten Menge (bezogen auf das Gewicht) an Mahlkörpern aus Wolfram durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,04 mm passiert und erneut für 4 Stunden bei 70°C getrocknet. 60% des Wolframpulvers wurden abgewogen und mit der Gesamtmenge des Ammoniumperrhenates gemischt, portionsweise durch ein Stirlsieb mit einer Maschenweite von 0,063 mm passiert und in einem Intensivmischer für 10 Minuten bei 210 Umdrehungen pro Minute gemischt. Die restliche Wolframmenge wurde zugegeben and anschließend unter gleichen Bedingungen für 15 Minuten weiter gemischt. Die erhaltene Mischung aus Wolframpulver und Ammoniumperrhenat wurde in einer hydraulischen Presse bei 60 t Pressdruck zu Scheiben gepresst. Anschließend wurde bei einer Temperatur von 1950°C für 6 Stunden gesintert. Nach dem Abkühlen wurden die erhaltenen Sinterlinge in einem Backenbrecher gebrochen und in einer Siebkugelmühle stufenweise mit einer kleinsten Netzbespannung von 0,045 mm gemahlen. Das erhaltene Pulver besaß eine monomodale Teilchengrößenverteilung mit einem D10 von 20 μm, D50 von 38 μm und D90 von 53 μm. Die vollständige Prozedur fand unter Reinraumbedingungen statt.Under clean room conditions, 36 kg of tungsten powder and 5.762 kg of ammonium perrhenate were mixed to produce a tungsten-rhenium metal powder having a rhenium content of 10%. The ammonium perrhenate was dried at 70 ° C for 4 hours prior to weighing, passed through portions of 0.04 mm sieve with 0.04 mm mesh sieves, in portions twice the mass (by weight) of tungsten media, and again at 70 ° C for 4 hours dried. 60% of the tungsten powder was weighed and mixed with the total amount of ammonium perrhenate, passed portionwise through a 0.063 mm mesh sieve and mixed in an intensive mixer for 10 minutes at 210 rpm. The remaining amount of tungsten was added and then further mixed under the same conditions for 15 minutes. The obtained mixture of tungsten powder and ammonium perrhenate was pressed into disks in a hydraulic press at 60 t pressing pressure. It was then sintered at a temperature of 1950 ° C for 6 hours. After cooling, the resulting sintered pieces were crushed in a jaw crusher and ground in a screen ball mill stepwise with a minimum mesh tension of 0.045 mm. The obtained powder had a monomodal particle size distribution with a D10 of 20 μm, D50 of 38 μm and D90 of 53 μm. The complete procedure took place under clean room conditions.
Beispiel 2Example 2
Das in Beispiel 1 erhaltene Pulver wurde mit Wolfram Mahlkörpern in einer Siebkugelmühle mit einer Bespannung einer Maschenweite von 0,04 mm gemahlen und anschließend in einer Fließbettgegenstrahlmühle Alpine AFG 100 weiter gemahlen und gleichzeitig gesichtet. Von diesem Pulver wurden dann 35 kg der Fraktion 2–15 μm entnommen und in ein Becherglas (Portionen zu je 5 kg) mit KPG-Rührer, welches auf 55°C temperierte Salzsäure enthielt, portionsweise mit einem PVC-Löffel zugegeben und ca. 10 Minuten mit dem KPG-Rührer nachgerührt. Anschließend wurde über Nacht stehen gelassen, die Salzsäure abdekantiert und mit 400 ml Salzsäure einer Temperatur von 55°C portionsweise unter Rühren mit dem KPG-Rührer versetzt, 10 Minuten nachgerührt und anschließend 2 Stunden stehen gelassen, wobei alle 10 Minuten mit einem PVC-Löffel gerührt wurde. Anschließend wurde über eine Filternutsche filtriert und der Rückstand mit destilliertem Wasser säurefrei gewaschen. Anschließend wird der erhaltene Filterkuchen in einer Keramikschale 12 Stunden bei einer Temperatur von 45°C getrocknet. Anschließend wurde über ein Analysesieb mit einer Maschenweite von 0,025 mm gesiebt und in einer Hochvakuumanlage 4 Stunden bei 1100°C getrocknet unter Wasserstoffpartialdruck < 10 mbar. Abschließend wurde über ein Analysesieb mit einer Maschenweite von 0,025 mm gesiebt. Das erhaltene Pulver wies eine monomodale Teilchengrößenverteilung mit einem D10 von 5 μm, D50 von 7 μm und D90 von 15 μm auf. Die vollständige Prozedur fand unter Reinraumbedingungen statt. Die Pulver wiesen in der chemischen Analyse einen Wolframgehalt von 90 Gew.-% und einen Rheniumgehalt von 10 Gew.-% auf. Durch Röntgendiffraktometrie wurden lediglich Reflexe für Wolfram festgestellt, jedoch keine Reflexe die auf ein Rheniumgitter oder σ- oder χ-Phase hindeuten.The powder obtained in Example 1 was ground with tungsten grinding media in a perforated ball mill with a mesh of 0.04 mm mesh size and then further ground in a fluid bed countermeasure mill Alpine AFG 100 and simultaneously screened. From this powder then 35 kg of the fraction were removed 2-15 microns and in a beaker (portions of 5 kg) with KPG stirrer, which contained heated to 55 ° C hydrochloric acid, added portionwise with a PVC spoon and about 10 Stirred minutes with the KPG stirrer. It was then allowed to stand overnight, the hydrochloric acid decanted off and with 400 ml of hydrochloric acid at 55 ° C in portions with stirring with the KPG stirrer, stirred for 10 minutes and then allowed to stand for 2 hours, with stirring every 10 minutes with a PVC spoon. It was then filtered through a suction filter and the residue washed with distilled water acid-free. Subsequently, the resulting filter cake is dried in a ceramic bowl for 12 hours at a temperature of 45 ° C. The mixture was then sieved through an analytical sieve with a mesh size of 0.025 mm and dried in a high-vacuum system for 4 hours at 1100 ° C. under hydrogen partial pressure <10 mbar. Finally, sieves were sieved through an analytical sieve with a mesh size of 0.025 mm. The powder obtained had a monomodal particle size distribution with a D10 of 5 μm, D50 of 7 μm and D90 of 15 μm. The complete procedure took place under clean room conditions. The powders had a tungsten content of 90% by weight and a rhenium content of 10% by weight in the chemical analysis. By X-ray diffractometry only reflections for tungsten were found, but no reflections indicating a rhenium lattice or σ- or χ-phase.
Beispiel 3Example 3
Es wurde wie in den Beispielen 1 und 2 verfahren, aber die Wolfram- und Rheniummengen so angepasst, dass der Rheniumgehalt 5% betrug. Die Pulver wiesen in der chemischen Analyse einen Wolframgehalt von 95 Gew.-% und einen Rheniumgehalt von 5 Gew.-% auf. Durch Röntgendiffraktometrie wurden lediglich Reflexe für Wolfram festgestellt, jedoch keine Reflexe die auf ein Rheniumgitter oder σ- oder χ-Phase hindeuten.The procedure was as in Examples 1 and 2, but adjusted the amounts of tungsten and rhenium so that the rhenium content was 5%. The powders had a tungsten content of 95% by weight and a rhenium content of 5% by weight in the chemical analysis. By X-ray diffractometry only reflections for tungsten were found, but no reflections indicating a rhenium lattice or σ- or χ-phase.
Vergleichsbeispiele 4 und 5Comparative Examples 4 and 5
Es wurden handelsübliche, sphärische Pulver, welche nach
Vergleichsbeispiele 6 und 7Comparative Examples 6 and 7
Es wurde wie unter Beispiel 3 verfahren und ein Wolfram-Rhenium-Pulver mit einem Rheniumgehalt von 5% erhalten. Es wurde nicht unter Reinraumbedingungen gearbeitet und in Räumlichkeiten, in welchen auch andere Metalle pulvermetallurgisch verarbeitet wurden.The procedure was as in Example 3 and a tungsten-rhenium powder with a rhenium content of 5% was obtained. It was not worked under clean room conditions and in premises in which other metals were processed powder metallurgy.
Analysenergebnisse:Analysis results:
Die Gehalte der Materialien an Verunreinigungen sind in ppm angegeben.The contents of impurities are given in ppm.
Herstellung von Röntgend rehanodentellernProduction of X-ray tube plates
Durch Vakuumplasmaspritzen (VPS) wurden auf Röntgendrehanodentellern röntgenaktive Schichten gespritzt. Die Ergebnisse und die verwendeten Pulver sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
Nach dem Einsatz von Drehanoden-Tellem mit VPS-Beschichtung in einer Röntgenröhre zeigten die Teller Aufplatzungen an der Oberfläche der Brennbahn. Diese Aufplatzungen waren ungewöhnlich und hatten als Ursache Ti- und Zr-Verunreinigungen. Die Verunreinigungen hatten Schmelzpunkte < 2000°C. Somit konnten sie im Brennfleck (> 3000°C) aufschmelzen und aufgrund des in der Röntgenröhre herrschenden Hochvakuums teilweise verdampfen und so die Aufplatzungen bewirken. In einem Fall kam es sogar zur Implosion der Röntgenröhre. Die Metallpulver gemäß der Erfindung dagegen zeigten dieses Verhalten nicht, wenn sie durch Vakuumplasmaspritzen auf Röntgendrehanodenteller aufgebracht wurden. Die Pulver gemäß der Erfindung wiesen außerdem keine Reflexe auf, die auf die Anwesenheit eines Rhenium-Metallgitters hindeuteten, obwohl Rhenium in den Pulverpartikeln nachweisbar war. Dies bedeutet, dass keine oder nur sehr wenige reine Rheniumpartikel vorhanden sind und das vorhandene Rhenium in Form eines Mischkristalls in Wolfram anwesend war.After use of rotary anode plates with VPS coating in an X-ray tube, the plates showed bursts on the surface of the focal track. These bursts were unusual and had Ti and Zr contamination as the cause. The impurities had melting points <2000 ° C. Thus, they could melt in the focal spot (> 3000 ° C) and partially evaporate due to the prevailing in the X-ray tube high vacuum and thus cause the Aufplatzungen. In one case, it even came to the implosion of the X-ray tube. The metal powders according to the invention, however, did not show this behavior when applied by vacuum plasma spraying on X-ray anode plates. The powders according to the invention also had no reflections indicating the presence of a rhenium metal lattice, although rhenium was detectable in the powder particles. This means that there are no or only very few pure rhenium particles present and that the existing rhenium in the form of a mixed crystal was present in tungsten.
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