Verfahren zur Herstellung von Metallpulver. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zur Verwendung in der Pul vermetallurgie geeignetem Metallpulver.
Bei auf pulvermetallurgischem Wege her gestellten, sogenannten metallkeramischen Ge genständen, welche nachstehend einfachheits- halber als Presskörper bezeichnet werden, ist das Gefüge des Presskörpers, je nach dem bei der Verdichtung des Körpers verwendeten Druck und ebenso abhängend von einer gege benenfalls nach dem Sintern vorgenommenen Prägung zwecks Verdichtens des Gegenstandes mehr oder weniger porös.
Infolge dieser Poro- sität ist nicht zu erwarten, dass solche Press- körper die gleiche Festigkeit und die gleichen andern mechanischen Eigenschaften aufwei sen wie aus dem gleichen Metall hergestellte gegossene Metallkörper. Erfahrungsgemäss sind aus Elementen bestehende Pulver vorzuzie hen, weil mit wenigen Ausnahmen, wie z. B. Messingpulver, welches eine Kupfer-Zink-Le- gierung enthält, die aus Legierungen beste henden Pulver derart hart sind, dass es schwierig ist, sie zu formen oder aus ihnen Presskörper herzustellen.
Um gewünschte Eigenschaften zu erzielen, welche mit aus einem einzelnen Element bestehenden Pulvern unerreichbar sind, wurden bis jetzt Gemische, bestehend aus verschiedenen aus einzelnen Elementen gebildeten Metallpulvern, herge stellt und wurden solche Gemische nachträg lich verdichtet und gesintert, wobei dies in gewissen Fällen eine praktisch brauchbare Methode lieferte. Im Falle eines Kupfer-Zinn- Gemisches schmilzt das Zinn während der Sinterung und das geschmolzene Metall dif fundiert in das Kupfer, wobei eine brauch bare Legierung gebildet wird. Es wurden ebenfalls aus Eisen und Kohlenstoff beste hende Gemische verwendet zwecks Verbesse-.
rung der physikalischen Eigenschaften des Presskörpers, verglichen mit reinem Eisen, aber diese Methode ist schwieriger, weil die Diffusion des Kohlenstoffes in festem Zustand erfolgt. Im Falle anderer Legierungsmetalle, wie Nickel oder Chrom, deren Zugabe zum Eisen wünschenswert ist, um die physikali schen Eigenschaften des Endproduktes wesentlich zu verbessern, hat es sich heraus gestellt, da.ss die Herstellung von legierten Presskörpern unwirtschaftlich ist wegen der sehr hohen Temperaturen und langen Sinter zeiten, die erforderlich sind, um einigermassen verbesserte Ergebnisse zu erzielen.
Es wurde festgestellt, dass wenn Legie rungselemente in Form eines befriedigenden Überzuges auf die das Grundmetall bildenden Pulverteilchen aufgebracht werden, die Diffu sion bedeutend beschleunigt wird, weil zwi schen dem Grundmetall und dem Legierungs element oder den Legierungselementen eine innige Berührung besteht, und es wurden Versuche unternommen, solche mit Überzügen versehene Pulver herzustellen. Bei einem sol chen Versuch handelt es sich um die Elektro- plattierung der Teilchen, und es wurden auch Versuche unternommen, Teilchen durch che mischen Niederschlag mit einem Überzug zu versehen.
Bis jetzt lieferte jedoch keine dieser Methoden ein befriedigendes Ergebnis, weil die Elektroplanierung kostspielig ist und weil es schwierig ist, einen befriedigenden gleich mässigen Überzug auf den Teilchen zu erzielen und weil beim Überziehen durch chemischen Niederschlag es schwer ist, einen guten Über zug zu erzeugen, welcher an den Pulverteil chen genügend haftet, wobei die Schwierigkeit auf die relativ poröse Natur des Überzuges und auf andere Faktoren zurückzuführen ist.
In keinem der genannten Fälle besitzt der Überzug das Haftvermögen und die innige Bindung, die notwendig sind, um ein Pulver zu liefern mit einem vollständig befriedigen den Überzug für die weitere Behandlung, Ver dichtung und Sinterung, welche für die me tallkeramische Herstellung von Presskörpern kennzeichnend sind. Infolge der Natur des durch Plattierung allein erzielbaren Über zuges waren die erreichten Ergebnisse, ein schliesslich die nachträgliche metallurgische Behandlung, allgemein nur mit Ergebnissen vergleichbar, welche durch die Verwendung von aus verschiedenen Metallpulvern beste henden mechanischen Gemischen erzielt wer den können.
Gegenstand des vorliegenden Patentes ist nun ein Verfahren zur Herstellung von zur Verwendung in der Pulvermetallurgie geeig netem Metallpulver, das dadurch gekennzeich net ist, dass man die einzelnen Metallpulver- teilchen mit einem aus einem andern Metall bestehenden Überzug versieht und dass man die Bindung zwischen dem Überzugsmetall und dem Grundmetall der einzelnen Teilchen dadurch verstärkt, dass man das Material einer nachträglichen Wärmebehandlung unterwirft, deren Temperatur und Dauer derart begrenzt sind, dass nach einer solchen Wärmebehand lung das Material höchstens so stark gesin tert ist, dass es leicht wieder zerrieben werden kann.
Wie sich zeigte, können in dieser Weise Teilchen gebildet werden, 'bei welchen in den einzelnen Teilchen eine Diffusion undloder ein Ein'drinigen eines oder mehrerer Legierungs elemente in das Grundmetall des Teilchens, besonders in die interkristalline Korngrenzen erfolgt, :derart, dass den Pulverteilehenund den daraus zu formenden Presskörpern physi kalische Eigenschaften erteilt werden, die wesentlich besser sind als die Eigenschaften, welche bei blosser Plattierung der Teilchen oder mit Pulvermischungen erzielbar sind, und die vergleichbar sind mit :
den Eigenschaften, die erhältlich wären, falls es praktisch mög lich wäre, aus entsprechenden Metallegierun gen bestehende Teilchen zu Presskörpern zu verdichten und zu sintern. Die Grösse :der Diffusion des durch Glühen erzielbaren Eindringens ist eine Funktion von Temperatur und Zeit, weil ver gleichbare Ergebnisse erzielt werden können mit niedrigeren 'Temperaturen, welche wäh rend einer längeren Zeit einwirken und mit höheren Temperaturen, welche eine kürzere Zeit einwirken.
Albgemein ist es wirtschaft licher, höhere Temperaturen innerhalb prak- tiseher Grenzen für eine kürzere Zeit anzu- wemden, statt niedrigere Temperaturen zu gebrauchen, welche eine längere Einwirkungs zeit erfordern. In jedem Fall ist jedoch die Minimaltemperatur diejenige, bei welcher die Bindung zwischen dem Überzugsmetall und dem Grundmetall verstärkt wird!. In vielen Fällten wird die Temperatur vorteilhaft auf einem Wert aufrechterhalten, bei welchem das Überzugsmetall wenigstens teilweise gesintert wird.
Die Glühtemperatur darf jedoch nicht so hoch sein, .dass ein fest zusammenhaftender Körper erzeugt wird, wie dies bei der Her stellung eines Presskörpers aus Pulver -durch Sintern der Fall ist, vielmehr ist die Glüh- temperatur derart zu begrenzen, dass, falls ein teilweises .Sintern :
erfolgen sollte, die erzeugte Backmasse durch sehr schwach zuisammen- haftende Teilchen gebildet wird, welche eine zerreissbare Masse .darstellen, die beispielsweise durch eine einfache 'Siebung leicht in einzelne Teilchen zerstückelt werden kann. Durch eine solche Wärmebehandlung kann die Qualität des Überzuges infolge Verminde- rung oder sogar infolge Ausschaltens jeglicher Porosität des Überzuges verbessert werden.
Ferner kann die feste Bindung des Überzuges mit dem Grundmetall durch Diffusion erzielt werden, deren Grösse durch die Dauer und die Temperatur des Glühprozesses bestimmt wird. Zusätzlich können während des Glühens Otvde und andere unerwünschte Verbindun gen .Sowie eingeachilossene Gase aus dem Über zug entfernt werden, wobei das Glühen zweck mässig in einer neutralen oder in einer redu zierenden Atmosphäre, vorzugsweise in einer wasserstoffhaltigen Gasatmosphäre, vorgenom men wird.
Das Überziehen der Teilchen erfolgt vor zugsweise durch chemischen Niederschlag, weil diese Methode g-ewöhn"lieh weniger kostspielig ist und einen gleichmässigeren Überzug liefert als Blies bei den bekannten Elektroplattier- methoden möglich ist. Obwohl bei der Erzeu- riung des Überzuges durch chemischen Nieder schlag ein etwas\ poröserer Überzug zu erwar ten ist als bei dem galvanisch erzeugten Über zug, wird diese unerwünschte Eigenschaft durch die nachträgliche Wärmehehandlung wesentlich vermindert.
Als Beispiel für die Herstellung eines '' 0/0 Nickel als Überzug enthaltenden Eisenpulvers diene das folgende: Es werden 100g frisch geglühtes Eisenpulver oder Eisenpulver, das in einer Lösung von 1 'Teil HCl konz. in 20 Teilen Lösungsmittel gebeizt wurde, zu 200 em3 einer Lösung hinzugefügt, welche 8,1 g NiCI. . 6H.0 (2 g Ni) enthält. Die Lösung wird unter ständigem Umrühren auf 90 C erhitzt.
Nach einer halben Stunde sind in der Lösung keine Nickelspuren mehr zu finden. Ein flockiger Niederschlag von Eisen salzen bleibt in der Lösung übrig. Diese wird vem nickelplattierten Eisenpulver durch De kantieren getrennt. Nachträglich wird das Pulver bei 760 bis 871 C in einer wasserstoff haltigen Atmosphäre während 15 Minuten bis eine halbe Stunde geglüht..
Durch diese Be handlung wird eine zerreibbare Sintermasse erzeugt, welche .durch Siebung mittels Sieb mit U. 'S.-3Iasehenweite 100 leicht zu Pulver zerrieben werden kann. Unter dem Mikroskop zeigt sich, dass eine Diffusion des Nickels in die interkristallinen Grenzen der Eisenteilchen stattgefunden hat. Auch besteht auf der Oberfläche der Teilchen eine fest verbundene. Nie@kelschicht.
Obwohl im vorstehenden nur von nickel plattiertem Pulver die Rede war, ist die An wendungsmöglichkeit. des Verfahrens nicht auf Nickelüberzüge begrenzt.. Verbesserte Er gebnisse können auch mit andern Metallkom binationen erzielt werden. So wurden kupfer- plattierte Pulver, die nach dem erfindungs gemässen Verfahren hergestellt waren, geprüft, und es wurde fest4@estellt, dass sie verbesserte Eigenschaften besitzen.
Als Beispiel eines kupferplattierten Pulvers wurde Eisenpulver wie folgt mit einem Kupferüberzug versehen, derart, dass ein Kupfergehalt von .1% ent- eteht. Es werden 100 g frisch geglühtes oder in einer Lesung von 1 Teil Salzsäure in \0 Teilen Lösungsmittel gebeiztes Eisenpulver Korngrösse U.
5.-11Taschenweite 100 zu 10 g Kupferoxalat (CuC.0.t .1/2H90) hinzugefügt, welches sieh in 200 em3 Wasser befindet. Die Mischung wird bei Raumtemperatur umge rührt., bis keine Spuren von Kupferoxalat mehr vorhanden sind (10 bis 15 Minuten). Es ergibt sich eine aus kupferplattiertem Eisenpulver und aus suspendiertem Oxalat- Niedersch'lag bestehende Mischung. Die Oxa- late werden vom plattierten Pulver durch De kantieren entfernt.
Nachträglich wird das Pulver während 15 Minuten bei 760 C in einer waisserstoffhaltigen Atmosphäre geglüht. Die sehwach gesinterte Masse wird dann zerrie ben und durch ein Sieb mit U. S.-Maschen- weite 100 gesiebt.
Man kann auch Pulver herstellen, dessen Grundmetallpulver mit einem Metall über zogen ist, welches selber eine Legierung ist, wie beispielsweise eine Legierung von Kupfer und Nickel. Wenn man solche Stoffe nach dem erfindungsgemässen Verfahren herstellt und dann prüft, so findet man, dass sie ver besserte Eigenschaften aufweisen. Als Bei spiel der Herstellung eines solchen Stoffes wurde Eisenpulver wie folgt plattiert,
um ein Material zii liefern mit einem Gehalt von 4 % Kupfer und 2 % Nickel. Es werden zuerst 100 g.
Eisenpulver wie oben beschrieben be handelt zwecks Erzeugung eines kupferplat- tierten Pulvers mit einem Gehalt von 4% Kupfer. Nach Trennung des Pulvers von den ausgeschiedenen Oxalaten wird es zu 200 em3 einer NiCl2-Lösung zugesetzt, welche 8,1 g NiCl2. 6H20 (2 g Ni) enthält. Die Mischung wird umgerührt und auf 80 bis 100 C er hitzt, bis keine Spuren von Ni in :der Lösung sichtbar sind.
Nachträglich wird das mit einem Überzug versehene Pulver durch Dekantieren getrennt, gewaschen und in einer wasserstoff haltigen Atmosphäre während 15 Minuten bei 760 C geglüht.
Wie weiter oben erwähnt, sind die physi kalischen Eigenschaften der Presskörper, die aus nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Pulvern erzeugt worden sind, bedeutend besser. Obwohl in den vorangehenden Beispielen die Pulver auf chemischem Wege mit einem Überzug versehen worden sind, ist die Erfin dung, wie bereits erwähnt, nicht auf diese be sondere Art der Erzeugung des Überzuges begrenzt, denn es können ebenfalls galvanische Plattierungsmethoden zur Anwendung ge langen,
und es sind Pulver mit einem auf gal- v anischem Wege erzeugten befriedigenden Überzug hergestellt worden. Die nachstehende Methode soll als Beispiel dienen. Es wurde ein Eleb-trolyt hergestellt, bestehend aus Nickel sulfat (N'S04.7H20:120 g pro Liter), Am moniumchlorid (NH4C1:15 g pro Liter) und Borsäure (H3B03:1:5 g pro Liter), wobei der pH-Wert 4,5 beträgt.
Ein Liter dieses Elektro lyten wird in eine kleine Plattiervorrichtung mit rotierender Trommel und mit einer Nickel anode gebracht, zusammen mit 200g Eisen pulver mit Korngrösse U. S. Siebnummer 100. Man lässt einen elektrischen Strom von 4 bis 41/2 Volt und 4 Ampere während einer halben Stunde bei Raumtemperatur durchfliessen, wobei die Trommel mit 11 T(Min rotiert. Durch dieses Verfahren wird nickelplattiertes Pulver erzeugt., welches nach einer Wärme behandlung die Eigenschaft des Eindringens und .der Diffusion des Legierungsmetalles auf weist.
Aus den obigen Ausführungen geht klar hervor, dass die Grundsätze des erfindungs gemässen Verfahrens mittels verschiedener spezifischer Vorgänge auf eine grosse Anzahl verschiedener Kombinationen von Metallpul vern angewendet werden können, in Abhän gigkeit von der Natur und von den Eigen schaften des gewünschten Endproduktes.