BE1007034A3

BE1007034A3 - Bindersamenstelling voor poederspuitgieten.

Info

Publication number: BE1007034A3
Application number: BE9300427A
Authority: BE
Inventors: Armand Smolders; Herman Janssens
Original assignee: Vito
Priority date: 1993-04-28
Filing date: 1993-04-28
Publication date: 1995-02-21

Abstract

Bindersamenstelling voor poederspuitgieten, welke samenstelling ten minste een polymeer bevat, daardoor gekenmerkt dat ze 40-90 gew. % polymeer, bevat, 5-30 gew. % viskositeitsverlagende stof, 3-15 gew. % bevochtigingsmiddel en 3-15 gew. % smeermiddel, met een totaal van 100 gew. %.

Description

Bindersamenstelling voor poederspuitgieten.

De uitvinding heeft betrekking op een bindersamenstelling voor poederspuitgieten, welke samenstelling ten minste een polymeer bevat.

Door poederspuitgieten kunnen voorwerpen van zeer komplexe vorm op een prijsgunstige wijze in massa worden geproduceerd. Bij dit poederspuitgieten worden een of meer sinterbare poeders gemengd met een bindmiddel en na granulatie in een konventionele spuitgietmachine in de gewenste vorm gebracht. Daarna wordt het bindmiddel, meestal door verdampen en/of thermische ontbinding, verwijderd en wordt het overblijvende voorwerp bij nog hogere temperatuur gesinterd.

De kwaliteit van de binder is daarbij van wezenlijk belang.

Bij het gebruik van nieuwe, onbekende sinterbare poeders of bij wijziging in de poederkwaliteit is er met de gekende thermoplastische bindmiddelen dikwijls een aanpassing van de samenstelling van de binder nodig, hetgeen leidt tot kostbare aanloopperiodes.

De uitvinding heeft tot doel dit nadeel te verhelpen en een bindersamenstelling voor poederspuitgieten te verschaffen dat zonder enige aanpassing in samenstelling voor een zeer grote waaier van sinterbare poeders met goed resultaat kan worden gebruikt.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt doordat de bindersamenstelling 40-90 gew.% polymeer bevat, 5-30 gew.% viskositeitsverlagende stof, 3-15 gew.% bevochtigingsmiddel en 3-15 gew.% smeermiddel, met een totaal van 100 gew.%.

In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding is het bevochtigingsmiddel een alcohol, in het bijzonder stearylalcohol.

In een merkwaardige uitvoeringsvorm van de uitvinding is het smeermiddel stearinezuur.

Een bijzonder geschikt polymeer voor de binder is isotactisch polypropyleen.

Doelmatig is de viskositeitsverlagende stof in de binder ceresine of paraffine.

Een typische samenstelling van de binder bestaat uit 50 gew.% isotactisch polypropyleen, 36 gew.% ceresine, 7 gew.% stearinezuur en 7 gew.% stearylalcohol.

Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hier volgende beschrijving van een binder voor het poederspuitgieten, volgens de uitvinding. Deze beschrijving wordt enkel als voorbeeld gegeven en beperkt de uitvinding niet.

De binder voor het poederspuitgieten volgens de uitvinding bestaat uit vier komponenten, namelijk 40-90 gew.% polymeer dat de sterkte tijdens en na het spuitgieten verschaft, 5-30 gew.% viskositeitsverlagende stof, die toelaat het poedergehalte dat met de binder wordt gemengd te verhogen onder behoud van de spuitbaarheid, 3-15 gew.% bevochtigingsmiddel dat zorgt voor een snelle bevochtiging van het poeder door de binder en 3-15 gew.% smeermiddel dat het mengen en spuitgieten vergemakkelijkt en, na het spuitgieten, het loskomen van het verkregen voorwerp van de matrijswand vergemakkelijkt, op een totaal van 100 gew % binder.

Een samenstelling met bijzondere resultaten van het binder bestaat uit isotactisch polypropyleen als polymeer, ceresine of paraffine als viskositeitsverlagende stof, een alcohol, in het bijzonder stearylalcohol, als bevochtigingsmiddel en stearinezuur als smeermiddel.

Bij voorkeur is de hoeveelheid polymeer nagenoeg gelijk aan de totale hoeveelheid van de overige wasachtige stoffen. Dit laat de hoogst mogelijke opwarmsnelheid toe bij het thermisch verwijderen van de binder en biedt de kleinste vervorming.

Een typische samenstelling is de volgende:

Met een dergelijke of een dicht daarbij gelegen samenstelling kan, bij het verwijderen van de binder, hetgeen gebeurt door opwarmen in een bij voorkeur niet-oxyderende atmosfeer tot ten minste 500[deg.]C, de temperatuur snel worden verhoogd zonder dat beschadiging optreedt door te hoge inwendige druk in het voorwerp. Hierdoor wordt de behandelingsduur ingekort. Vervormingen van het voorwerp tengevolge van de zwaartekracht worden vermeden doordat de samenstelling ongeveer 50 gew% wasachtige produkten bevat die op een lage temperatuur verdampen en 50 gew% polymeer dat op merkelijk hogere temperatuur ontbindt. Het koolstofresidu van de binder is zeer laag.

De uitvinding zal nader geïllustreerd worden aan de hand van volgende praktische voorbeelden van mengsels van een of meer sinterbare poeders en een binder volgens de uitvinding:

Voorbeeld 1.

Een spuitgietmengsel werd bereid met de volgende samenstelling :

poeders :

3,6 g B4C Herman C Starck F 1500

18,0 g C printex U

binder :

50,570 g isotactisch polypropyleen

36,540 g ceresine

7,105 g stearylalcohol

7,105 g stearinezuur

Het mengen werd uitgevoerd in een met olie verwarmde kneder Werner en Pfeiderer type ZS1-80 bij een temperatuur van
170[deg.]C. Tijdens de afkoeling werd het mengsel gegranuleerd in dezelfde menger. Met het mengsel werden op een spuitgietmachine Arburg 220-90-350 twee types van produkten gemaakt : breuktestbalkjes (produkt nr 1) met als afmetingen 5,3 x 4,12 x 59 mm en produkten met ingewikkelde

opwarming onder een N2 atmosfeer bij een temperatuurstijgsnelheid van respektievelijk 120[deg.]C per uur voor de balkjes en 150[deg.]C per uur voor produkt nr 2. Deze temperatuur werd 1 uur aangehouden waarna de lading werd afgekoeld naar kamertemperatuur. De sintering werd uitgevoerd in een grafietoven (Balzers) bij een temperatuur van 2150[deg.]C. De dichtheid van de beide komponenten bedroeg 3,09 g/cm <3> (96,1 % T.D.).

Voorbeeld 2.

Een mengsel met volgende samentstelling werd bereid :

poeders :

1094,3 g carbonylijzer (Pechiney 430TC)

95,7 g carbonylnikkel (Pechiney 77NM)

binder :

54,6 g isotactisch polypropyleen

36,4 g ceresine

6,5 g stearinezuur

6,5 g stearinealcohol

Het mengsel werd op een gelijkaardige wijze gemengd en door spuitgieten gevormd als dit van voorbeeld 1. Dezelfde produkten (nr 1 en 2) werden gevormd. Het uitbranden gebeurde onder N2 aan een temperatuurstijgsnelheid van
30[deg.]C en 150[deg.]C per uur voor respektievelij k produkt nr 1 en

2. Na 1 uur op 500[deg.]C werden de komponenten afgekoeld naar kamertemperatuur. De sintering gebeurde in een grafietoven
(Balzers). De temperatuurstijgsnelheid bedroeg 250[deg.]C per uur. Bij 1370[deg.]C werd de temperatuur 8 uren konstant gehouden. Argon met 5 % H2 werd als ovengas gebruikt. De dichtheid van de komponenten na sintering bedroeg 97,8 % van de theoretische dichtheid. Het residuele koolstofgehalte bedroeg 0,024

Voorbeeld 3

Voor produktie van keramische onderdelen van een kraan werd een spuitgietmengsel met volgende samenstelling gebruikt :

poeder :

605,5 g Al203 type CS-400/M Martinswerk

binder :

47,25 g isotactisch polypropyleen

34,02 g ceresine

6,62 g stearinezuur

6,62 g stearylalcohol

Na mengen en spuitgieten zoals in voorbeeld 1, werd de binder verwijderd door opwarming in een stikstofatmosfeer bij een temperatuurstijgsnelheid van 100[deg.]C per uur tot
500[deg.]C. Deze temperatuur werd 1 uur aangehouden waarna de oven op natuurlijke wijze afkoelde.

De produkten werden gesinterd in een luchtatmosfeer. De temperatuurstijgsnelheid bedroeg 300[deg.]C per uur tot 1550[deg.]C. Deze temperatuur werd 1 uur aangehouden waarna de oven op natuurlijke wijze afkoelde.

De produkten waren na sintering onvervormd en vertoonden een dichtheid van 3,85 of 97,5 % van de theoretische dichtheid.

Voorbeeld 4

Voor de produktie van RVS sierprodukten werd uitgegaan van een mengsel met volgende samenstelling :

poeder :

1290,9 g RVS poeder 316 L P pacific Metals (PF20)

gemiddelde deeltjesgrootte : 12 mikrometer

binder :

54,5 g isotactisch polypropyleen

39,3 g ceresine 7,6 g stearinezuur

7,6 g stearylalcohol

Mengen en spuitgieten gebeurde zoals in voorbeeld 1.

De binderverwijdering gebeurde door thermische ontleding

bij 160[deg.]C gebracht en vervolgens werd een temperatuursstijging van 30[deg.]C/h aangehouden tot 500[deg.]C. Na 1 uur bij 500[deg.]C werd de lading afgekoeld.

De sintering gebeurde in een oven met wolfraam weerstand. Onder een vacuum van 10 &#65533;5 Torr werd de temperatuur

in de oven gestuurd en met dezelfde stijgsnelheid werd
1310[deg.]C bereikt. Deze temperatuur werd gedurende 2 uur aangehouden waarna de oven werd afgekoeld. De dichtheid na sintering bedroeg 97,2 % van de theoretische dichtheid. Gezien de toepassing van deze produkten werd de korrosievastheid en de hardheid bepaald.

Om de gevoeligheid voor intergrannulaire korrosie te beoordelen, werden de produkten onderworpen aan de ijzersulfaat-zwavelzuurtest, beschreven in ASTM Standard A262. Een korrosie snelheid van 132 mpy (mils per year) werd vastgesteld. Dit gunstige resultaat wijst er op dat het lage koolstofgehalte van het RVS poeder (316 L) niet verstoord is door koolstofresten afkomstig van de binder. De hardheid van de produkten bedroeg HV 114.

De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven uitvoeringsvormen, en binnnen het raam van de oktrooiaanvrage kunnen aan de beschreven uitvoeringsvormen vele veranderingen worden aangebracht.

Claims

Konklusies.

1.- Bindersamenstelling voor poederspuitgieten, welke samenstelling ten minste een polymeer bevat, daardoor gekenmerkt dat ze 40-90 gew.% polymeer, bevat, 5-30 gew.% viskositeitsverlagende stof, 3-15 gew.% bevochtigingsmiddel en 3-15 gew.% smeermiddel, met een totaal van 100 gew.%.

2.- Bindersamenstelling volgens vorige konklusie, daardoor gekenmerkt dat het bevochtigingsmiddel een alcohol is.

3.- Bindersamenstelling volgens vorige konklusie, daardoor gekenmerkt dat het bevochtigingsmiddel stearylalcohol is.

4.- Bindersamenstelling volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat het smeermiddel stearinezuur is.

5.- Bindersamenstelling volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat het polymeer isotactisch polypropyleen is.

6.- Bindersamenstelling volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat de viskositeitsverlagende stof ceresine of paraffine is.

7.- Bindersamenstelling volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat de gewichtsverhouding tussen de hoeveeheid polymeer en het totaal van de overige stoffen ongeveer 50/50 is.

8.- Bindersamenstelling volgens de konklusies 1 tot 7, daardoor gekenmerkt dat ze bestaat uit 50 gew.% isotactisch polypropyleen, 36 gew.% ceresine, 7 gew.% stearinezuur en 7 gew.% stearylalcohol.