Verfahren zur Herstellung von Metallstücken aus Metallpulver. Die Eignung des @Ieta,l.lpulvers für die Herstellung von Metall in Stücken unter Ver meidung der Schmelzung. zum Beispiel durch Druck- oder Wärmebehandlung ist insbeson dere von der Grösse, Form und Oberfläche seiner einzelnen Teilchen abhängig. Aus die sem Grunde ist meist eine umständliche und das Verfahren verteuernde Herstellungsweise des Metallpulvers, die oft beträchtliche tech nische Schwierigkeiten bereitet, erforderlich.
Es wurde nun gefunden, da.ss die bei der Zersetzung von Metallcarbonylen unmittelbar in fein verteiltem Zu @stan,d, erhaltenen Metalle zur Herstellung von Stücken aus Metall her vorragend geeignet sind.
Diese Metallpulver lassen sich durch Pressen oder Erhitzen, zum Beispiel in reduzierender Atmosphäre, oder durch Anwendung beider Massnahmen gleich zeitig oder nacheinander, bedeutend rascher und leichter zu festen Stücken verarbeiten als auf anderem Wege hergestellte Metalll- pulver, zum Beispiel selche, die. in üblicher Weise aus ihren pulverförmigen Oxyden durch Reduktion erhalten wurden.
Es lassen sich je nach den angewandten Arbeitsbedingungen sowohl poröse wie nicht poröse feste iStücke aus den genannten Me tallpulvern herstellen. Die Erzeugung der Stücke durch Erhitzen erfolgt am besten im Wasserstoffstrom, gegebenenfalls auch in inerter Atmosphäre. Das Anheizen auf die Sinterungstemperatur geschieht zweckmässig langsam, um die Bildung von Rissen in der Masse zu vermeiden.
Stellt mann die Metall stücke durch Pressen her, so unterwirft man das, Metallpulver zweckmässig einer thermi schen Vorbehandlung in, reduzierender Atmo sphäre, zum Beispiel im Wasserstoffstrom. Soll eine poröse Masse mit besonders hohem Porenvolumen, beispielsweise von über 60 erhalten werden, ,so hält man die Tempe ratur unterhalb<B>650'</B> C. Besonders fein po röse und kompakte, nicht poröse Stücke wer den erhalten, wenn man einen sehr hohen Pressdrzck oder (ine sehr hohe Temperatur wählt.
Man kann auch gleichzeitig pressen und erhitzen oder zuerst pressen, dann erhit zen und wieder pressen.
Das Metallpulver kann zu grossen porösen oder nicht porösen Metallblöcken verarbeitet werden, die :sich leicht, zum Beispiel durch Sägen, Stanzen oder Feilen, zu,den gewünsch ten Formstücken weiter verarbeiten lassen; man kann indessen auch unmittelbar die ge wünschten Formstücke, zum Beispiel Platten, Röhren, Stangen usw., erzeugen, indem man das Metallpulver in geeigneten Formen dem Sinterungsprozess und beziehungsweise oder der Druckbehandlung unterwirft.
Zweckmä ssig werden die einzelnen Metallteilchen vor her durch Schütteln, Klopfen oder Stampfen des Pulvers in der Form in innige Berührung miteinander gebracht.
Am geeignetsten für,die Herstellung d.#-r Metallstücke sind, wie erwähnt, feinverteilte Metalle, ,die unmittelbar als Pulver aus ihren Carbonylverbindun.gen in bekannter Weise gewonnen sind. Jedoch lässt sich für die Her stellung poröser Metallstücke auch ein Pulver verwenden, das durch Zerkleinern von kom pakten, aus Carbonyl gewonnenen Metall stücken oder Flittern, am zweckmässigsten durch Vermahlen in @d.er Kugelmühle, herge stellt wurde.
Ferner kann man als Ausgangs material auch Gemische von aus Carbonyl hergestellten Metallpulvern, zum Beispiel Eisen- und' Nickelpulver und Zusätze von auf anderem Weg hergestellten, feinverteilten Me tallen, zum Beispiel Kupfer oder Chrom, oder auch andern feinverteilten Stoffen, wie Sili zium oder 3Zeta.lloxy d'en, verwenden.
Die wie beschrieben hergestellten hoch porösen Körper eignen sich besonders gut als Filter oder Dia.phrabamen oder für Kontakt zwecke und dergleichen.
Eine zweckmässige Arbeitsweise für die Herstellung von nichtporösen, festen Form. stücken besteht darin, dass man die Metall pulver in inerter oder besser reduzierter At mosphäre, gegebenenfalls nach vorherigem Pressen und beziehungsweise oder einer eni:
- kohlenden Behandlung, zum Beispiel mit Wasserstoff, einer Wärmebehandlung unter wirft und in noch heissem Zustand unter- Druck weiter behandelt, das heisst sie zum Beispiel durch Schmieden, Pressen, Walzen und adergleichen in :die feste, nichtporöse Farm überführt.
Man kann jedoch auch lediglich durch Erhitzen oder durch Anwendung sehr hoher Pressdrucke unter Benützung von mög lichst frisch reduziertem Metallpulver ein nichtporöses Metall erhalten, dessen Dichte sich von jener eines auf dem Schmelzwege hergestellten Metalles nicht unterscheidet.
Da die aus Carbonyl gewonnenen Metall pulver je nach der Herstellungstemperatur immer mehr oder weniger Kohlenstoff ent halten, kann man, falls dieser durch eine ent- kohlende Behandlung nicht vorher ganz ent fernt wird, auch Kohlenstofflegierungen der betreffenden Metalle, zum Beispiel kohlen stoffhaltige Stähle, herstellen. Da. ferner ebenso wie der Kohlenstoff viele andere Stoffe, zum Beispiel Metalle, wie Eisen.
Nickel, Kobalt, Chrom, Kupfer usw., oder Metalloide, wie Silizium, die Eigenschaft haben, in fester Phase beim Erhitzen inein ander zu diffundieren, kann man durch die Anwendung eines Gemisches von aus Car- bonylen hergestellten Metallpulvern mitein ander oder mit andern derartig diffundieren den Stoffen homogene Legierungen erhalten. Aueb. feste Gemische beliebiger Zusammen setzung -lassen sich auf diese Weise herstellen.
Will man Eisenstücke von besonderer Reinheit herstellen, so kann man dies in sehr zweckmässiger Weise da:
durch bewirken, dass man aus Eisencarbonyl gewonnenes Eisen, das gegenüber @Saüerstoff überschüssigen Kohlenstoff enthält, in Mischung mit. eben falls aus Eisencarbonyl gewonnenem Eisen, das ,gegenüber Kohlenstoff überschüssigen Sauerstoff enthält, sintiert, und zwar in einem solchen Mischungsverhältnis, da.ss Koh lenstoff und,
Sauemstoff unter Bildung flüch tiger Verbindungen vollständig a.us dem Eisen entfernt werden. An Stelle .des einen Über- schuss an Sauerstoff enthaltenden Eisens kann man dabei auch durch Verbrennen von Eisencarbonyl gewonnenes Eisenoxyd zur Reinigung des aus Carbonyl hergestellten, zuviel Kohlenstoff enthaltenden Eisens ver wenden.
Diese Arbeitsweise hat den grossen Vorteil, dass Verunreinigungen, :die sonst durch die bei der Eisenbereitung üblichen, zum Beispiel Schwefel oder Phosphor ent haltenden Raffinatnonsmittel, hervorgerufen werden, vermieden werden. <I>Beispiel 1:</I> Durch Zersetzung von Eisencarbonyl im auf<B>250'</B> C erhitzten freien Raum erhaltenes Eisenpulver wird, in eine rechteckige Form aus Eisenblech eingefüllt, die vorher mit einer wässerigen Aufschlämmung von Tonerde aus gestrichen wurde.
Die mit dem Pulver ange füllte Form wird solange durch Klopfen er schüttert, bis kein weiteres Zusammensetzen der Teilchen mehr erfolgt, dann in einem CTlühofen im Wasserstoffstrom langsam auf 500 C erwärmt und bei idieser Temperatur etwa. 24 .Stunden gehalten. Nach dem Ab kühlen in der Wasserstoffatmosphäre lässt sich :der gesinterte Block, der ein Porenvolu men von 64 % aufweist, leicht aus der Form nehmen und durch Sägen und Feilen für den gewünschten Zweck weiterverarbeiten.
<I>Beispiel 2:</I> Feinverteiltes, aus Nickelcarbonyl gewon nenes Nickelpulver wird im Wasserstoff strom 24 Stunden auf<B>500'</B> C erhitzt und dann mit einem Druck von 40 kg/cm' in eine zylindrische Form gepresst. Das erhaltene Formstück besitzt ein Porenvolumen von 30 %, es lasen sieh davon Platten absägen, die sich zum Beispiel als Filter für stark alkalische Flüssigkeiten verwenden lassen.
Beispiel <I>3:</I> Das in Beispiel 1 benutzte Eisenpulver erhitzt man unter Imftabschluss in einer zy lindrischen Form auf<B>900'</B> C und erhält äo ein gesinteres, noch poröses Stück, das sich auf dem Ambos leicht zu kompaktem, nicht porösem Eisen auzsehmieden lässt.
<I>Beispiel</I> Das in Beispiel 1 benutzte Eisenpulver wird mit 16 % Chrompulver gemischt und im Wasserstoffstrom auf<B>1100'</B> C erhitzt. Das hierbei erhaltene gesinterte Stück wird ge schmiedet und anschliessend ohne Zwischen- glühung zu einem Blech von 1 mm Stärke ausgewalzt.
Beispiel <I>5:</I> Aus Eisencarbonyl hergestelltes Eisen pulver wird in einer eisernen Form im Was serstoffstrom auf<B>1000'</B> C erhitzt. Der noch glühende gesinterte Block wird ohne weitere Zwischenbearbeitung zu einem Blech von 0,2 mm Dicke ausgewalzt.
<I>Beispiel 6</I> 21,5 Teile Eisenpulver aus Eisen- carbonyl werden mit 78,5 Teilen Nickelpul ver aus Nickelcarbonyl in der Kugelmühle, gut vermischt und wie in Beispiel 5 weiter behandet.
Beispiel <I>7</I> Feinverteiltes Eisenpulver, das durch Er hitzung von Eisencarbonyl im freien Raum erhalten wurde, wird mit 6 % Eisenoxyd, das durch Verbrennen von Eisencarbonyl gewon nen wurde, gemischt und in beliebig hoher Söhicht auf Blechen amsgebreitet im Wasser stoffstrom 2:
4Stunden auf 500-600' C er hitzt. Mail erhält so Sinterstücke, die ein Porenvolumen von 8,1 % und mehr aufweisen und eine hohe mechanische Festigkeit be sitzen.
Method of making metal pieces from metal powder. The suitability of @ Ieta, oil powder for the production of metal in pieces while avoiding melting. for example through pressure or heat treatment depends in particular on the size, shape and surface of its individual particles. For this reason, a cumbersome and the process expensive production of the metal powder, which often causes considerable technical difficulties, is usually required.
It has now been found that the metals obtained directly in finely divided form in the decomposition of metal carbonyls are eminently suitable for the production of pieces of metal.
These metal powders can be processed into solid pieces by pressing or heating, for example in a reducing atmosphere, or by using both measures at the same time or one after the other, significantly more quickly and easily than metal powders produced in other ways, for example selche. conventionally obtained from their pulverulent oxides by reduction.
Depending on the working conditions used, both porous and non-porous solid pieces can be produced from the aforementioned metal powders. The production of the pieces by heating is best done in a hydrogen stream, possibly also in an inert atmosphere. The heating to the sintering temperature is expediently done slowly in order to avoid the formation of cracks in the mass.
If the metal pieces are produced by pressing, the metal powder is expediently subjected to a thermal pretreatment in a reducing atmosphere, for example in a hydrogen stream. If a porous mass with a particularly high pore volume, for example above 60, is to be obtained, the temperature is kept below <B> 650 '</B> C. Particularly finely porous and compact, non-porous pieces are obtained if a very high pressure or a very high temperature is selected.
You can also press and heat at the same time or press first, then heat and press again.
The metal powder can be processed into large porous or non-porous metal blocks which: can easily be further processed, for example by sawing, punching or filing, into the desired shaped pieces; however, the desired shaped pieces, for example plates, tubes, rods, etc., can also be produced directly by subjecting the metal powder to the sintering process and / or pressure treatment in suitable forms.
The individual metal particles are expediently brought into intimate contact with one another by shaking, knocking or tamping the powder in the mold.
Most suitable for the production of metal pieces are, as mentioned, finely divided metals, which are obtained directly as a powder from their carbonyl compounds in a known manner. However, for the production of porous metal pieces, a powder can also be used that has been produced by grinding compact, carbonyl-derived metal pieces or flakes, most conveniently by grinding in a ball mill.
Furthermore, mixtures of metal powders made from carbonyl, for example iron and nickel powder and additions of finely divided metals made in another way, for example copper or chromium, or other finely divided substances such as silicon or 3Zeta can also be used as starting material Use .lloxy d'en.
The highly porous bodies produced as described are particularly suitable as filters or Dia.phrabamen or for contact purposes and the like.
A convenient way of working for the production of non-porous, solid form. pieces consists of the metal powder in an inert or better reduced atmosphere, if necessary after previous pressing and / or an eni:
- Carburizing treatment, for example with hydrogen, subject to a heat treatment and while still hot under pressure, further treated, i.e. it is converted into the solid, non-porous structure, for example by forging, pressing, rolling and similar veins.
However, it is also possible to obtain a non-porous metal, the density of which does not differ from that of a metal produced by melting, simply by heating or by applying very high pressures using as possible freshly reduced metal powder.
Since the metal powder obtained from carbonyl always contains more or less carbon, depending on the production temperature, carbon alloys of the metals concerned, for example carbon-containing steels, can also be produced if this is not completely removed beforehand by a decarburizing treatment . There. furthermore, like carbon, many other substances, for example metals such as iron.
Nickel, cobalt, chromium, copper, etc., or metalloids such as silicon, which have the property of diffusing into one another in the solid phase when heated, can be achieved by using a mixture of metal powders made from carbonyls with one another or with others diffuse the substances to obtain homogeneous alloys. Aueb. Solid mixtures of any composition can be produced in this way.
If you want to produce pieces of iron of particular purity, you can do this in a very practical way:
by causing iron obtained from iron carbonyl, which contains excess carbon compared to @ oxygen, in a mixture with. iron obtained from iron carbonyl, which contains excess oxygen compared to carbon, sinters in such a mixing ratio that carbon and,
Oxygen can be completely removed with the formation of volatile compounds. Instead of the iron containing an excess of oxygen, it is also possible to use iron oxide obtained by burning iron carbonyl to purify the iron which is produced from carbonyl and contains too much carbon.
This mode of operation has the great advantage that impurities, which are otherwise caused by the raffinating agents which are customary in iron preparation, for example sulfur or phosphorus, are avoided. <I> Example 1: </I> Iron powder obtained by decomposition of iron carbonyl in the free space heated to <B> 250 '</B> C is poured into a rectangular shape made of sheet iron, which was previously made with an aqueous slurry of alumina was deleted.
The form filled with the powder is shaken by tapping it until the particles are no longer assembled, then slowly heated to 500 ° C. in a stream of hydrogen in a C annealing furnace and at about this temperature. Held for 24 hours. After cooling in the hydrogen atmosphere, the sintered block, which has a pore volume of 64%, can be easily removed from the mold and processed for the desired purpose by sawing and filing.
<I> Example 2: </I> Finely divided nickel powder obtained from nickel carbonyl is heated to <B> 500 '</B> C for 24 hours in a stream of hydrogen and then into a cylindrical shape at a pressure of 40 kg / cm' pressed. The molded piece obtained has a pore volume of 30%, and plates can be sawed off from it and used, for example, as a filter for strongly alkaline liquids.
Example <I> 3: </I> The iron powder used in example 1 is heated in a cylindrical mold to <B> 900 '</B> C with a seed seal and a sintered, still porous piece is obtained that is on the Anvil can easily be reduced to compact, non-porous iron.
<I> Example </I> The iron powder used in example 1 is mixed with 16% chromium powder and heated to <B> 1100 '</B> C in a stream of hydrogen. The sintered piece obtained in this way is forged and then rolled into a sheet 1 mm thick without intermediate annealing.
Example <I> 5: </I> Iron powder made from iron carbonyl is heated to <B> 1000 '</B> C in an iron mold in a hydrogen stream. The still glowing sintered block is rolled into a sheet 0.2 mm thick without any further intermediate processing.
<I> Example 6 </I> 21.5 parts of iron powder made from iron carbonyl are mixed well with 78.5 parts of nickel powder made from nickel carbonyl in a ball mill and treated further as in Example 5.
Example <I> 7 </I> Finely divided iron powder, which was obtained by heating iron carbonyl in free space, is mixed with 6% iron oxide, which was obtained by burning iron carbonyl, and spread in water at any desired height on metal sheets material flow 2:
Heated to 500-600 ° C for 4 hours. Mail thus receives sintered pieces that have a pore volume of 8.1% and more and a high mechanical strength.