Verfahren zur Herstellung von mit mindestens einem Hohlraum versehenen Sintermetallkörpern. Die vorliegende Erfindung bezieht. sich auf ein Verfahren zur Herstellung von reit mindestens einem Hohlraum versebenen Sin- termetallkörpern. Das Verfahren ist z. B. an wendbar für die Herstellung von Gastur- binenschaufeln.
Es besteht hinsichtlich der Gasturhinen- schaufeln das Bedürfnis, diese Schaufeln zu kühlen, indem matt in ihnen innere Kanäle anbringt, durch die ein Kühlmittel zirkulieren kann. Für eitle wirksame Kühlung ist. es aber wichtig, dass der mittlere hydraulische Durch- inesser eines Kanals (definiert derart, dass er (las Vierfache der Querschnittsfläche des Ka nals dividiert durch den Querschnittsumfang beträgt) klein sein soll im Vergleich zu seiner Länge, z.
B. mindestens ein Zwanzigstel, vor zugsweise aber von der Grössenordnung eines Hundertstels oder eines Hundertundfünfzig- stels. Die Herstellung eines solchen Kanals mittels Bohrmaschinen oder durch andere gebräuchliche maschinelle Arbeitsverfahren stösst aber auf Schwierigkeiten. In diesem Fall bietet nun die Metallpulvertechnik einen Ausweg, da bei der anfänglichen Formopera tion bereits Vorkehrungen für die Herstellung der Kanäle getroffen werden können.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, in Metallkörpern mit. Hilfe der Metallpulvertech- nik Löcher, Öffnungen, Hohlräume und Aus- nehmungen herzustellen. So wird z. B. vorge schlagen, solche Höhlungen durch Anwen dung eines Kernes aus Borax oder einem an- Bern nielitinetallisehen l1aterial herzustellen, (las während des Sinterprozesses, das heisst. während der Verfestigungsoperat.ion, sich leicht. zersetzt oder verdampft.
Ferner ist, ein Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Rohrs aus feuerfestem Metall beschrieben wor den, gemäss welchem das Rohr um einen Nle- tallkern herum geformt wird, der bei einer Hitzebehandlung schmilzt und aus einem spe ziell vorgesehenen Loch heraustropft oder ab destilliert.
Ungeachtet der Tatsache, dass also die Verstellung voll Aushöhlungen mittels der Metallpulvertechnik bereits vorgeschlagen wurde, ist. doch niemand bis jetzt auf den Ge danken gekommen, dass man durch geeignete Wahl des Kernmaterials und der Verdichtung des herzustellenden Körpers sehr feine Kanäle von gewünschten Abmessungen in Gastur binenschaufeln herstellen kann.
Die vorlie gende Erfindung ist aber nicht beschränkt; auf die Verstellung von Kanälen dieser Art, denn Hohlräume bestimmter Form werden auch für andere Zwecke verlangt, und die Er findung beschränkt sich daher nicht auf das Spezialgebiet der Turbinenschaufeln.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Her stellung von mit mindestens einem Hohlraum versehenen Sinterinetallkörpern ist, dadurch gekennzeichnet, dass man in das zu sinternde Metallpulver mindestens einen Kern einführt, der entsprechend dem herzustellenden Hohl raum geformt ist und aus einem Metall be- steht, das unterhalb der maximalen Sinter temperatur schmilzt, und dass man den mit dem Kern versehenen Körper aus Metallpul ver einer Hitzebehandlung unterwirft, beider das Kernmaterial eine Schmelze bildet, die in den Metallkörper eindringt.
Das genannte Kernmaterial kann durch die genannte Hitzebehandlung oder durch eine auf diese folgende weitere Hitzebehandluung, z. B. durch die endgültige Sinterbehandlung, wieder praktisch vollständig aus dem Metall körper entfernt werden. Es kann aber auch im Metallkörper verbleiben.
Wie ersichtlich, können also gewisse Kern materialien durch Absorption in die Poren zwischen den Metallkörnern des Körpers oder in die Metallkörner selbst oder in die Poren und in die Körner diffundieren.
Wir haben beispielsweise Drähte aus rei nem Zinn, die einen Durchmesser von 0,3 mm und eine Länge von 100 mm aufwiesen, in einer Form (100 mm auf 15,8 mm) unter einem Druck von 5512 kg/cm2 in Molybdän eingepresst und einen Stab von etwa 8 mm Dicke hergestellt. Durch eine darauffolgende Hitzebehandlung wurde der gepresste Stab in einer Wasserstoffatmosphäre über den Schmelzpunkt des Zinns erhitzt.
Wir haben auch Cadmiumdrähte von gleichem Durchmes ser und Länge in einen Stab aus einer Le gierung, die zur Hauptsache aus Chrom und Kobalt bestand, hineingepresst Lind den Press- körper dann in einer MTasserstoffatmosphäre mehrere Stunden lang auf dem Siedepunkt des Cadiniiuus gehalten, bevor er der Sinte- rung bei höherer Temperatur unterworfen wurde.
In beiden Fällen hat es sich gezeigt, dass im gesinterten Körper, da wo vorher die Drähte gewesen waren, sich Kanäle gebildet hatten. In diesen Fällen wiesen die Kanäle ovalen Querschnitt auf, und da sowohl Zinn als auch Cadmium relativ weiche Metalle sind, so wurde angenommen, dass der Querschnitt der Drähte während der Druckoperation ab geflacht wurde.
Bei dem Zinn-IVlolybdänversiicli wurde das Zinn beim Schmelzen von dem porösen Molyb- dän des Presskörpers aufgesaugt; im andern Falle diffundierte das gesehniolzene Cadmium in die Poren des Presskörpers, worauf es in der Wasserstoffatmosphäre verdampft und entfernt wurde.
Offenbar kann man die Metalle, aus denen die Kerne hergestellt werden, in zwei Klassen unterteilen. Zn der einen Klasse gehören die jenigen Metalle., die im Presskörper nach der Schlussbehandlung zurückgehalten werden; es kann dabei vorkommen, dass das Metall auf irgendeine Art während der Hitzebehandlung oder einer darauffolgenden Behandlung, z. B. der Sinterung, sich mit einem Metall des Presskörpers legiert. Man kann z. B. einen Nickelkern in ein ans Wolfram, Kobalt und Chrom bestehendes Metallpulv ergemisch ein führen.
Bei der Hitzebehandhing schmilzt das Nickel und diffundiert in das Metallpulver, wobei es sieh mit dem Wolfram legiert. Zur andern Klasse gehören z. B. solche Metalle, die bei der Erhitzung einen hohen Dampf druck aufweisen Lind daher durch Nachbe handlung, z. B. durch eine Hitzebehandlung, wenn möglich in einer Schutzatmosphäre oder im Vakuum, praktisch ganz aus dem Presskör- per entfernt werden können.
In der erstgenannten Klasse können den Abmessungen eines Kanals oder Hohlraums und der Zahl der Kanäle oder Hohlräume, falls mehrere derselben gewünscht werden, Grenzen gesetzt sein, da jedenfalls die Menge des Metalls, das vorn Presskörper aufgenom men. oder zuriiekg,ehalten wird, in gewisser Weise begrenzt: sein muss. Dies dürfte durch Versuche feststellbar sein;
bis zii einem ge wissen Grad ist eine solche Feststellung da möglich, wo der Presskörper zuerst unter Druck geformt wird, und zwar durch Rege lung des Pressdruekes und folglich der Porosi- tät. des gepressten Pulvers.
In der andern Klasse scheint mir die ineehanisclie Festigkeit des Presskörpers im un gesinterten Zustand die Grösse und Zahl der Kanäle un ct Hohlräume zu bestinnren.
Die Wahl des Metalls, aus dein der Kern bestehen soll, wird fast. auissehliesslieh bestimmt durch die Bedingungen, unter denen die Hitzebehandlung des Presskörpers durehge- führt werden soll, und durch die Zusammen setzung dieses Presskörpers. Beispielsweise kann Cadmium verwendet werden, wenn die Hitzebehandlung des Presskörpers in einer oxydierenden Atmosphäre stattfindet;
denn obwohl dabei das Cadmium innerhalb des Presskörpers oder beim Austreten aus demsel ben ganz oder teilweise oxydiert werden kann, so hat das Cadmiumoxyd einen hohen Dampf druck. Der Vorgang bei der Bildung eines Kanals oder eines Hohlraumes wird dann ganz ähnlich verlaufen, wie dies oben für die Ver wendung von Cadmiummetall beschrieben ist, und das sich bildende Oxyd wird in gleichem Mass beseitigt werden können wie im bereits beschriebenen Falle das Metall.
Andere Materialien, die wegen ihres nied rigen Schmelzpunktes und hohen Dampf drucks verwendet werden können, sind Zink und Indium.
Es ist. zu bemerken, dass der Kern keine einfache Form haben muss, und dass eine kom plizierte Form keinen Nachteil bedeutet. Auch braucht der Kern nicht massiv zu sein, son dern bei Anwendung eines Hohlkernes kann mit dem gleichen Materialaufwand für den Kern ein grösserer Kanal oder Hohlraum her gestellt werden.
Bei der Anwendung des erfindungsge mässen Verfahrens auf die Herstellung einer mit Kanälen versehenen Gasturbinenschaufel kann eine Anzahl von beispielsweise aus Cad mium bestehenden Drähten, die in Längsrich tung der Schaufel verlaufen, in dem Metall- pulverpresslin,@ angeordnet werden.