Verfahren zur Herstellung von dichten Sinterkörpern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dichten Sinterkörpern. Sin- terkörper werden bekanntlich aus Pulvern hergestellt, wobei in diesen Ausgangspulvern bereits die Zusammensetzung vorliegt, die bernach der gesinterte Körper aufweisen soll. Die Herstellung erfolgt im allgemeinen 'in der Weise, dass die Pulver, die aus einem einzigen Metall oder einer einzigen Metallegierung oder auch aus Mischungen mehrerer Metalle bzw.
Metallegierungen bestehen. können, zu einem Formkörper gepresst und dieser Form körper alsdann gesintert wird.
Es hat sich nun gezeigt, dass die physika lischen, das heisst mechanischen und magneti schen Eigenschaften solcher Sinterkörper ganz allgemein wesentlich verbessert werden können, wenn dem Ausgangspulver Bor zuge setzt wird. Offenbar hat .das Bor hierbei die Eigenschaft, die Diffusionsverhältnisse bei der Sinterung in günstiger Weise zu beein flussen. Es entstehen besonders dichte Kör per, die offenbar rein metallisch sind, das heisst also frei von Oxyden. Auch das Korn wachstum wird in einem Sinne beeinflusst, der sich auf die Eigenschaften des erzeugten Endkörpers günstig auswirkt.
Diese Feststel lung gilt unabhängig davon, ob Körper aus reinen Metallen gesintert werden, oder ob durch die Sinterung Metallegierungen ent stehen. In welcher Form das Bor dem Aus gangspulver oder Ausgangspulvergemisch zu- gesetzt wird, ist von untergeordneter Bedeu tung. Im allgemeinen wird man sich borhalti- ger Vorlegierungen bedienen, wie sie mit den verschiedensten Elementen zur Verfügung stehen oder bereitet werden können, wie bei spielsweise Ferrobor.
Die physikalischen Eigenschaften von Sinterkörpern sind bekanntlich auch in star kem Masse dichteabhängig. Dieses gilt sowohl für Einstoff- als auch für Mehrstoffsystetne. Je mehr sich die Dichte von Sinterkörpern der theoretischen Dichte des kompakten Me tallee nähert, um so näher kommen die physi- kalisehen und mechanischen Eigenschaften denen des kompakten Körpers.
Eine gewisse Porosität, die in verhältnis mässig weiten Grenzen schwanken kann, ist nun aber gerade charakteristisch für jedes Sintererzeugnis. Sie liegt besonders hoch bei der Sinterung von Einstoffsystemen, also bei spielsweise bei der Sinterung von aus einem einzigen Metall, wie Wolfram, Molybdän, Eisen, Nickel usw., bestehenden Pulvern.
Der Möglichkeit, die Porosität durch Erhöhung des Druckes beim Pressen der Pulver sowie durch Steigerung der _ Sintertemperatur und Sinterzeit herabzusetzen, sind technisch und wirtschaftlich Grenzen gesetzt. Die Erzielung praktisch theoretischer Dichte gelingt bei Ein stoffsinterkörpern daher nur durch eine nach trägliche Kalt- bzw. Warmverformung durch Hämmern, Schmieden, Ziehen oder Walzen.
Beschränkt man sich jedoch bei der Herstel lung von Sinterkörpern lediglich auf ein Pressen der Pulver und eine einmalige Sinte- rung, so verbleibt bei der Herstellung von Einstoffsinterkörpern stets eine Porosität zwi schen etwa 5 und 30 0/0.
Überraschenderweise hat es sich nun ge zeigt., da.ss verhältnismässig geringe Borzusätze auch die Dichte erhöhen. Es gelingt., Körper mit praktisch theoretischer Dichte schon bei Anwendung einer einmaligenPress-und:Sinter- behandlung bei technisch durchaus normalen Bedingungen zu erzielen, wobei überraschend hinzukommt, dass trotz des Borgehaltes wich tige physikalische Eigenschaften, auf die es bei der Erzeugung bestimmter Einstoff systeme ankommt, in gleichem Masse erhalten bleiben, wie sie entsprechende, durch nach trägliche Kalt- und Warmverformung dicht gemachte, aber chemisch reine Körper auf weisen.
Das Bor ruft beim Sintern selbst dann spezifische Wirkungen hervor, wenn es nur in ganz geringen Mengen zugesetzt wird.-über- grosse Mengen sind im allgemeinen nicht zweckmässig. Vorzugsweise wird daher das Bor in Mengen von 0,001-2,5 % zugesetzt. Meist sind Mengen, die 1,5 0/0 nicht überstei gen, ausreichend und ein Gehalt.
von etwa 0,05-0,8%, am besten 0,20/0, Bor hat sich als besonders zweckmässig erwiesen.
Eine ganz besondere Wirkung hat der Borzusatz auf hochpermeable, insbesondere weichmagnetische Eisenlegierungen oder auch auf ebensolches Eisen, das heisst also auf die an sich bekannten Eisen-Kobalt- und Eisen- Nickel-Legierungen, sowie auf reines Eisen, wie es insbesondere durch Zersetzung von Eisenkarbonyl gewonnen wird. Auch hier werden besonders dichte Körper mit ausge sprochen metallischem Charakter erzeugt, wie dies allgemein bei den Sinterkörpern der Fall ist, die gemäss der Erfindung hergestellt wer den.
Ausserdem ergibt sich aber eine Verbes serung der weichmagnetischen Eigenschaften, wie beispielsweise eine Erhöhung der Sätti gung. Die a.uf diese 'Weise erzeugten Stoffe eignen sich besonders als Werkstoff für die Herstel lung von Polplatten, Polschuhen, Eisenrück schlüssen und dergleichen, wie sie in an sich bekannterWeisebei Dauermagnet.env orgesehen sind, wenn aus dem, Einzelmagnet ein sogenann- tesMagnet.system hergestellt werden soll.
Es ist selbstverständlich möglich, diese sogenannten Eisenteile der Dauermagnete für sich durch Sintern herzustellen und sie dann mit den Magneten zu verbinden. Die Erzeugung von Dauermagnetsystemen gestaltet. sich aber be sonders einfach, wenn diese sogenannten Eisenteile mit dem Dauermagnetwerkstoff einstüekig zum fertigen Magnetsystem gesin tert werden.
Für diesen besonderen Zweck hat sich ein gesinterter Stoff folgender Zusammensetzung bewährt: 0,001-2,5 %, vorzugsweise etwa 0,05 bis 0,8 %, Bor, Rest Eisen.
Der Eisenrest kann hierbei geringfügige Verunreinigungen enthalten, wie sie auch bei den sehr sauber arbeitenden Sinterverfahren unvermeidlich sind.
Besonders wirkungsvoll ist das Ergebnis, wenn hierbei von einem Eisen ausgegangen wird, das durch Zersetzung von Eisenkarbonyl gewonnen ist; es können aber auch andere Reineisenpulver als Ausgangswerkstoffe ver wendet werden.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, für die sogenannten Eisenteile an Dauer magneten Legierungen zu verwenden, die neben der Eisengrundlage gewisse Mengen Aluminium enthalten. Das Aluminium kann auch ganz oder teilweise durch Nickel, Sili zium, Titan und Kupfer einzeln oder zu meh reren ersetzt sein. Legierungen dieser Art lassen sich besonders leicht sintern und die nen vornehmlich der einstückigen Sinterung von Dauermagnetsystemen; denn sie fügen sieh besonders gut in den Sintervorgang ein, der sieh an den bekannten E1Sen-Niekel-Alu- minium-Da.uermagnetwerkstoffen mit oder ohne Zusatz von Titan, Kobalt.
Kupfer, Sili zium und dergleichen vollzieht. Für die Herstellung von Polplatten, Pol schuhen, Eisenrückschlüssen durch Sinterung, und zwar vornehmlich dann, wenn sie ein- stückig mit dem Dauermagnetwerkstoff gesin tert. werden sollen, hat sich folgende Zusam mensetzung bewährt:
1-10 %, vorzugsweise 2-5 %, Aluminium, 0,001-2,5 %, vorzugsweise 0,05-0,8 /o, Bor, Rest Eisen mit geringfügigen Verunreinigun gen.
In dieser Legierung kann das Aluminium ganz oder teilweise durch die gleiche Menge Nickel, Silizium, Titan und Kupfer einzeln oder zu mehreren ersetzt sein. Auch reines Eisen ist für Zwecke verwendbar, bei denen es auf gute weichmagnetische Eigenschaften, das heisst hohe Werte der Magnetisierung, hoher Wert der Permeabilität, geringe Koer- zitivkraft und kleine Hysteresisverluste, an kommt. Diese Eigenschaften sind um so aus geprägter, je reiner das Eisen ist.
Wird von reinstem Ausgangsstoff, wie er in Carbonyl- eisen vorliegt, ausgegangen und zusätzlich an Stelle des Sehmelzverfahrens das Sinter- verfahren angewendet, um die Aufnahme von Verunreinigungen aus dem Tiegelmaterial auszuschliessen, so gelingt es bekanntermassen, einen Werkstoff mit besten weichmagneti schen Eigenschaften zu erhalten, sofern nur durch nachträgliches Warm- bzw.
'KaItver- formen des porösen Sinterkörpers theore tische Dichte angestrebt und durch gege benenfalls anschliessende längere Glühbehand- lung unter Wasserstoff für Beseitigung letzter Spuren von Sauerstoff und Kohlen stoff gesorgt wird.
Wenn sich das bekannte Verfahren trotz dem in der Praxis bisher nicht durchgesetzt hat, so ausschliesslich aus dem Grunde, weil es verhältnismässig umständlieh und teuer ist. Werden hingegen gemäss der Erfindung rei nem Carbonyleisenpulver vor dem Verpressen zu Formkörpern kleine Mengen Bor zugesetzt.
so gelingt es überraschenderweise schon nach Anwendung einer einmaligen Press- und Sin- erbehandlung, praktisch dichte Sinterkörper zu erhalten, .die trotz des Borgehaltes in ihren magnetischen Eigenschaften denen von dich tem, chemisch reinem Eisen entsprechen.
Die Wirkung eines Borzusatzes gemäss der Erfindung wird nachfolgend an einem Bei spiel erläutert.
Reinstes Carbonyleisenpulver mit einer Korngrösse von < 5 ,u wurde mit einem Druck von 6 t/em2 zu einem zylindrisehen Formkörper verpresst und anschliessend zwei Stunden lang im Vakuum bei 1320 gesintert. Der so hergestellte Sinterkörper hat eine Dichte von 7,2 g/cm3 und die Bruchprobe weist ein mattes feinkörniges Aussehen auf. Erst durch mehrmalige Press- und Sinter behandlung gelingt es, einem solchen Körper theoretische Dichte zu vermitteln, und zwar auch nur dann, wenn das Nachpressen in der Wärme bei.
Temperaturen zwischen 900 und 1000 vorgenommen wird.
Wird dagegen dem Ausgangspulver 0,2 % Bor hinzugefügt, und zwar zweckmässiger- weise in Form von Ferrobor mit etwa. 16 % Bor,
so wird nach Anwendung eines Press- druckes von 6 t/cmz und unter den gleichen Sinterbedingungen wie oben geschildert un mittelbar ein Sinterkörper mit praktisch theoretischer Dichte (7,8 g/cm3) erzielt, dessen Bruchgefüge grobkörnig und hellkristallin ist. Bei Prüfung der weichmagnetischen Eigen schaften eines solchen Körpers ist festzustel len, dass sie mindestens denjenigen eines che misch reinen, dichten Eisenkörpers entspre chen.
Das so hergestellte Material zeichnet sich aus durch äusserste Lunkerfreiheit, durch hohe Gleichmässigkeit der Permeabilität über den gesamten Körper, durch hohe magnetische Sättigung und durch sehr geringe Koerzitiv- kra.ft. Der Werkstoff hat daher eine hohe Sättigungsinduktion und weist geringe Un- magnetisierungsverluste auf.
Er hat sich z. B. in hervorragendem Masse geeignet erwiesen für die Herstellung von Polschuhsystemen in Elektronenmikroskopen.
Die Verwendbarkeit eines derartigen Werkstoffes ist aber in keiner Weise auf den geschilderten Zweck beschränkt. Überall, wo es auf gute weichmagnetische Eigenschaften und gleichzeitig auf die übrigen genannten physikalischen Eigenschaften ankommt, wie z. B. bei Polstücken und dergleichen, die in grossen Mengen benötigt werden und sich daher aus wirtschaftlichen Gründen mit Vor teil auf dem Sinterwege herstellen lassen, ist es zweckmässig, gemäss der Erfindung vorzu gehen. Für diese Sintereisenkörper hat sich ein Borgehalt von etwa 0,21/o als besonders zweckmässig erwiesen.