Verfahren zur Herstellung von gesinterten Aluminiumerzeugnissen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Herstellung von gesinterten Aluminiumer zeugnissen.
Unter gesinterten Aluminiumerzeugnissen sind hier solche zu verstehen, die unter Sintern von pulvrigen, Aluminiummetall oder eine Aluminiumlegierung ent haltenden Gemischen erhalten wurden, und die nicht mehr als 20 % eines keramischen Oxyds, wie Alumi niumoxyd, oder Carbids, Nitrids oder Borids des Alu miniums oder auch eines anderen Carbids, Nitrids oder Borids, als sekundäre Phase feinverteilt in der primären,
aus Aluminium oder einer Legierung desselben be stehenden Phase aufweisen. Im Vergleich zu Erzeug nissen aus Reinaluminium oder aus einer Aluminium legierung zeichnen sich solche gesinterte Aluminium- erzeugnisse durch eine Festigkeit aus, welche durch eine Wärmebehandlung nicht beeinflusst oder nur ge- ringfügig vermindert wird.
Bisher wurden derartige Aluminiumerzeugnisse durch Pressen und Sintern eines Aluminiumpulvers her gestellt, das vorher mit einer oberflächlichen Schicht aus keramischem Material, z. B. Aluminiumoxyd, ver sehen worden war. Für diesen Zweck ist es jedoch erforderlich, ein äusserst feinteiliges Pulver zu verwen den, um den keramischen Stoff in genügender Menge zu erhalten, welcher dem fertigen Erzeugnis die erforder liche Festigkeit auch nach einer Wärmebehandlung ver leiht. So ist z.
B. festzustellen, dass normal gemahlenes Aluminiumpulver mit einer Korngrösse von etwa 1 ,u im allgemeinen nur etwa 2 % Aluminiumoxyd enthält, was für solche Zwecke nicht genügt. Deshalb. muss ein noch feineres Aluminiumpulver verwendet werden, des sen Korngrösse kleiner ist als die angegebene, oder aber Aluminiumflitter, wobei jedoch die Dicke der Flitter 2 ,u nicht übersteigen sollte, was schwierig zu erreichen ist.
Die feinen Pulver bereiten ebenfalls Schwierigkeiten beim Pressen, da sie ein niedriges Schüttgewicht auf weisen, im allgemeinen weniger als 0,2 kg/Liter.
Um dem letztgenannten Übelstand abzuhelfen, wurde vorgeschlagen, Aluminiumpulver mit grösserem Schütt- gewicht dadurch zu erzeugen, dass einem feinteiligen Aluminiumpulver beim Stampfen oder während dem Mahlen in der Kugelmühle ein Schmiermittel zugesetzt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Teilchengrösse und das Schüttgewicht zunimmt, während die Teilchen gleichzeitig eine grössere Menge Oxyd enthalten als vorstehend für Teilchen vergleichbarer Grösse ange geben.
Es wurde auch vorgeschlagen, das Aluminiumpulver mit dem keramischen Stoff zu mischen und zu konglo- merieren. Die Teilchen enthalten dann eine grössere Menge an keramischem Stoff als sonst ihrer Grösse entsprechen würde, jedoch gelingt es nicht, mit solchem Pulver Erzeugnisse mit guten; mechanischen Eigenschaf- ten herzustellen.
Die Idee, gesinterte Aluminiumerzeugnisse durch Mischen von Aluminiumpulver mit relativ niedrigem Oxydgehalt mit Aluminiumoxyd und direktes Sintern der Mischung herzustellen, wurde bisher abgelehnt, da beispielsweise im Brit. Pat. Nr. 706 536 angegeben wird, dass dieses Verfahren zu keiner Erhöhung der mechanischen Festigkeit im gesinterten Produkt führe.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist nun ein Ver fahren, welches es ermöglicht, entgegen der bisher vor herrschenden Meinung gesinterte Aluminiumerzeugnisse mit der gewünschten Festigkeit herzustellen, die auch nach einer Wärmebehandlung erhalten bleibt.
Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich nun dadurch aus, dass Aluminiumpulver oder Pulver aus einer Aluminiumlegierung, das eine mittlere Korngrösse von 1 bis 30 ,u aufweist, mit höchstens 20 % eines keramischen Oxyds, eines Carbids, Nitrids oder Borids, dessen mittlere Korngrösse weniger als 1 ,u beträgt, gemischt wird, und dass die .erhaltene Mischung gepresst und gesintert wird.
Besonders geeignet ist die Ver wendung von Aluminiumoxyd, -carbid, -nitrid oder -borid.
Angaben über mittlere Korngrössen beziehen sich auf Werte, wie sie aufgrund von Oberflächenmessungen durch Sedimentationsanalyse unter Benutzung einer Andreasen Pipette bestimmt wurden.
Die erhaltenen Erzeugnisse weisen mechanische Eigenschaften auf, die selbst nach einer Wärmebehand lung denjenigen von auf andere Art hergestellten gesin- terten Aluminiumerzeugnissen gleichkommen.
Das erfindungsgemässe Verfahren bringt folgende Vorteile: die Ausgangsmaterialien sind billig, da ge bräuchliches Aluminiumpulver verwendet werden kann, dessen Oxydgehalt nicht in besondern Verfahren erhöht zu werden braucht, es werden ferner keine Verunreini- gungen in Form von Schmiermitteln eingebracht und die aus der Luft aufgenommene Feuchtigkeitsmenge ist sehr gering, da das Pulver während des Verfahrens nur kurzzeitig der Atmosphäre ausgesetzt ist.
Überdies können die Gemische vor dem Sintern leicht gepresst werden, da sie ein relativ hohes Schüttgewicht auf weisen.
Es ist ferner zu unterstreichen, dass es sehr leicht ist, im erfindungsgemässen Verfahren den Oxydgehalt des fertigen Erzeugnisses einzustellen, da mit genügen der Genauigkeit angenommen werden kann, dass das als Ausgangsmaterial verwendete Aluminiumpulver höchstens 1-2 % Aluminiumoxyd aufweist, so dass dann lediglich die zur Erzielung des gewünschten Oxydge- halts im Endprodukt erforderliche Menge an kerami schem Stoff zugefügt werden muss.
Falls erforderlich, kann das Ausgangsmaterial natürlich auch analysiert werden. Während die Festigkeit des Erzeugnisses mit zunehmendem Gehalt an keramischem Stoff ebenfalls ansteigt, nimmt die Formbarkeit entsprechend ab und die obere Gehaltsgrenze für keramische Stoffe kann mit etwa 20 % angesetzt werden. Für viele Zwecke ergibt ein Gehalt von 6-7 % Aluminiumoxyd in einem aluminiumoxydhaltigen, gesinterten Aluminiumerzeug nis genügende Festigkeit bei guter Formbarkeit.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren herge stellte gesinterte Aluminiumerzeugnisse eignen sich als Konstruktionsmaterialien und nach demselben Verfah ren können auch leicht Sinterprodukte erhalten werden, die auf andere Art schwierig herzustellen sind, z. B.
gesinterte Erzeugnisse, die andere Oxyde als Aluminium oxyd oder Carbide, Boride oder Nitride des Aluminiums enthalten. Es ist zu bemerken, dass Erzeugnisse dieser Art, die beispielsweise Borid'e wie Aluminiumborid enthalten, in hohem Masse Neutronen absorbieren und deshalb für besondere Zwecke in der Reaktortechnik Verwendung finden können.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird anhand des nachfolgenden Beispiels erläutert. <I>Beispiel</I> Aluminiumpulver einer Reinheit von etwa 98 % und mit einer mittleren Korngrösse von 5-10,u wird mit Aluminiumoxyd von 99 % Reinheit und mit einer mittle ren Korngrösse von etwa 0,1 ,
u homogen vermischt. Der Gewichtsanteil an Aluminiumoxyd beträgt .etwa 6-7%. Die Mischung wird bei einem Druck von 30-35 kg/mm2 bis zu einem spezifischen Gewicht von etwa 2,3 g/cms verpresst und dann unter einem Druck von etwa 50 kg/mm2 bei 550-600 warm gepresst, bis etwa<B>99%</B> des theoretischen spezifischen Gewichts erreicht sind.
Das erhaltene Produkt wird dann unter 50-75 kg/mm2 bei 550 stranggepresst. Um eine gute Längung zu erhalten, müssen die zu ver- pressenden Rohlinge auf 500-550 erhitzt werden. Die Stabilität der Legierung wurde durch Wärmebehandlung bei 550 geprüft. Letztere verursachte praktisch keine Veränderung der Festigkeitseigenschaften, so dass ange nommen werden kann, dass die Legierung bis zu dieser Temperatur stabil ist, die jedoch wahrscheinlich noch nicht die äusserste Grenze darstellt.
EMI0002.0082
Stranggepresst
<tb> Mechanische <SEP> Stranggepresst <SEP> und
<tb> Eigenschaften <SEP> wärmebehandelt
<tb> 20 <SEP> 4000 <SEP> 200 <SEP> 4000
<tb> Zugfestigkeit, <SEP> kg/mm2 <SEP> 21,9 <SEP> 7,0 <SEP> 21,4 <SEP> 7,4
<tb> 0,2 <SEP> % <SEP> Streckgrenze,
<tb> kg/mm2 <SEP> 13,5 <SEP> - <SEP> 13,0 <SEP> Dehnung, <SEP> % <SEP> (10 <SEP> d) <SEP> 8,9 <SEP> 5,1 <SEP> 12,9 <SEP> 6,2