DD269333A1

DD269333A1 - Verfahren zur verbesserung der pressbarkeit von metallpulvern durch einsatz vorbehandelter presshilfsmittel

Info

Publication number: DD269333A1
Application number: DD31323388A
Authority: DD
Inventors: Dieter Sobek; Ulrich Klemm; Fritz Henning; Elvira Foerster; Axel Kasten
Original assignee: Thale Eisen Huettenwerk
Priority date: 1988-02-29
Filing date: 1988-02-29
Publication date: 1989-06-28
Also published as: DD269333B5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Pressbarkeit von Metallpulvern, bei dem Presshilfsmittel aus höhermolekularen und polymeren Substanzen aus der Gruppe der natürlichen und synthetischen Wachse, der Hartparaffine, der aliphatischen Fettsäuren und deren Derivaten eingesetzt werden. Erfindungsgemäî wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die höhermolekularen und polymeren Substanzen einer Vorbehandlung, bestehend aus entweder einer Lösungsmittelbehandlung oder einem Schmelzprozess mit anschlieîender Verdüsung unterzogen werden, so dass infolge der eintretenden physikalischen und chemischen Eigenschaftsänderungen eine Verwendung dieser Substanzen als Presshilfsmittel erst ermöglicht wird bzw. nach dem Mischen mit dem Metallpulver eine Verbesserung der Pressbarkeit hinsichtlich höherer Dichte der Presskörper, einer gleichmäîigeren Dichteverteilung, Verbesserung von Reibkenngröîen und daraus resultierenden verminderten Werkzeugverschleiî eintritt.{Formteile, Pressbarkeit, Metallpulver, Presshilfsmittel, Sintern, Dichte, Reibungsverluste, Werkzeugverschleiî, Vorbehandlungsprozess, Lösungsmittelbehandlung}

Description

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Während des Pressens von Pulvern in Matrizen vermindern verschiedene Reibungsarten die Wirksamkeit des zur Verdichtung der Pulver aufgebrachten Preßdruckes. Als wesentlich sind dabei die Reibung der Pulverteilchen mit der Matrizenwand, die im Wandreibungskoeffizienten uw dokumentiert wird sowie die durch den Pulverreibkoeffizienten μρ quantifizierbaren Reibungsverluste zwischen den Pulverteilchen zu nennen.

Ausdruck finden diese Reibungsverluste in hohen Preßdrücken zum Erreichen spezifizierter hoher Dichteanforderungen, großen Dichteschwankungen innerhalb der Preßkörper infolge inhomogener Spannungsverteilung in axialer und radialer Richtung, unzureichenden Preßkörperfestigkeiten, mangelhafter Oberflächenqualität der Preßkörper infolge Belastung durch hohe Ausstoßkräfte sowie hohe Verschleißraten und geringe Standzeiten der verwendeten Werkzeuge.

Infolge des überwiegenden Anteils der Wandreibung wird häufig eine alleinige Schmierung der Matrizenwand als ausreichend angesehen. Diese beim Pressen oxidischer Pulver günstig erscheinende Technologie, die im belgischen Patent 717646 beschrieben wird, ist auf die bei höheren Preßdrücken ablaufende Verdichtung metallischer Pulver nicht ohne weiteres übertragbar, da zwar hinsichtlich der resultierenden Preßkörperdichte keine Nachteile entstehen, jedoch hohe, die Standzeit der Matrize vermindernde Ausstoßkräfte gemessen werden.

Methoden zum Aussprühen der Matrize, wie im US-Patent 3461195 beschrieben, sind konstruktiv aufwendig und für komplizierte Preßkörpergeometrien wenig geeignet. Das Pressen von einen Schmierfilm hinterlassenden Substanzen vor dem Pressen des eigentlichen Materials, wie es in den US-Patentschriften 3042531 und 4047 S66 vorgeschlagen wird, ist auf den konkreten Fall einer Rundläuferpresse beschränkt und ebenfalls nur für konstuktiv einfache Preßkörper geeignet. Aus den genannten Gründen hat sich in der pulvermetallurgischen Fertigung von Formteilen zur Verbesserung der Pulverkompressibilität und Verminderung der Reibungsverluste bzw. des Werkzeugverschleißes der Einsatz von Gleitmitteln in pulverförmiger Form durchgesetzt, die vor dem Pressen dem Metallpulver in geeigneter Weise zugemischt werden. Üblich ist die Verwendung von Fettsäuresalzen, wobei für die Herstellung von Teilen aus Eisenpulver Zinkstearat das am weitesten verbreitete Preßhilfsmittel ist. Nachteilig wirkt sich dabei insbesondere die Verunreinigung der für den anschließenden Sinterprozeß eingesetzten Sinteröfen durch Zinkoxidabscheidungen aus, die zu häufigen Stillstandszeiten dieser Öfen führt. Einen weiteren Nachteil stellen infolge der Agglomerationsneigung des üblichen Zinkstearates auftretende größere Poren im Endprodukt dar.

Preßhilfsmittel auf der Basis von Amidwachsen, wie sie in der DE 1533009 vorgeschlagen werden, verbrennen zwar rückstandsfrei, führen aber in zahlreichen Anwendungsfällen zu einer Verminderung des Pulverfließvermögens und zu einer Erhöhung des Preßdruckes zum Erreichen einer vorgegebenen Dichte.

Die Verwendung flüssiger Fettsäurederivate scheidet aufgrund einer unakzeptablen Verminderung des Pulverfließvermogens für metallische Pulver aus, ein Einsatz in mikrogekapselter Form, wie im US-Patent 4002474 beschrieben, hat sich ebenso wie die Verwendung von Additiven auf Cellulosebasis nicht durchsetzen können. Ein Einsatz solcher Varianten, wie auch die Verwendung flüssigen Zinns als Preßhilfsmittel, bleibt speziellen, eng begrenzten Anwendungsfällen vorbehalten.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, das Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Metallpulvern durch Pressen und Sintern im Hinblick auf günstigere Eigenschaften der Formteile, wie höhere Dichte und Dichtehomogenität, Verminderung der Reibungsverluste beim Pressen und Ausstoßen hinsichtlich einer Minimierung des Werkzeugverschleißes durch Einsatz von in ihrer Morphologie und Makrostruktur gezielt veränderten metallfreien Preßhilfsmitteln zu verbessern und dabei wesentlich die Ökonomie des Verfahrens effektiver zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zur Herstellung von Formteilen durch Pressen und Sintern von Metallpulvern durch Einsatz von Preßhilfsmitteln, die aufgrund ihrer Metallfreiheit eine Verunreinigung der Sinteröfen vermeiden sowie im Verlauf des Preßprozesses eine Verbesserung der Verdichtbarkeit und Dichtehomogenität der Preßkörper und eine Verminderung der Reibungsverluste beim Pressen und Ausstoßen hinsichtlich einer Minimierung des Werkzeugverschleißes bewirken, zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Metallpulver, vorzugsweise Eisenpulver, vor dem Verdichten ein Preßhilfsmittel aus den Gruppen der natürlichen und synthetischen Wachse, der Hartparaffine mit einer vorzugsweisen Kohlenstoffanzahl von Сг«-С25 sowie der höhermolekularen aliphatischen Fettsäuren und deren Derivaten mit einer vorzugsweisen Kohlenstoffanzahl von C₁₅-Ci₉ entweder als reine Substanz oder auch als beliebige Kombination von Substanzen der vorgenannten Stoffgruppen in beliebigen Konzentrationsverhältnissen zugegeben wird, das vor dem Zumischen zum Metallpulver einem Vorbehandlungsprozeß, bestehend entweder aus einer Lösungsmittelbehandlung, wobei vorzugsweise Ketone, Alkohole, chlorierte und aromatische Kohlenwasserstoffe sowie deren Kombinationen zum Einsatz kommen und die Konzentration dieser Substanzen im Lösungsmittel bzw. im Lösungsmittelgemisch bei einem Masseanteil zwischen 5 und 50% liegt oder diese Substanzen aus dem schmelzflüssigen Zustand verdüst werden, unterzogen wird und die Konzentration dieser Preßhilfsmittel im Metallpulvereinen Masseanteil von 0,2-4,0%, vorzugsweise 0,8-1,2% aufweist.

Ausführungsbeispiel

Es wurden zylindrische Formteile aus Eisenpulver mit einem Masseanteil von 0,8% Preßhilfsmittel gepreßt. Als Preßhilfsmittel kam Stearinsäure zum Einsatz, die aus einer Lösung von Aceton/Tetra im Verhältnis 1:1 bei einer Konzentration der Fettsäure mit einem Masseanteil von 10% durch Verdüsen mikronisiert wurde. Dabei entstand ein Korngrößensprektrum des Preßhilfsmittels von 0,5 μιη bis 15 μητι. Nach dem anschließenden homogenen Vermischen mit dem Eisenpulver in einem Taumelmischer wurden 5g dieser Mischung in einer Matrize von 9mm Durchmesser bei einem spezifischen Preßdruck von 500MPa bei feststehender Matrize verdichtet.

Das gegenüber der Variante mit Zinkstearat verminderte Fließvermögen wird durch die in der nachstehenden Tabelle ausgewiesenen Vorteile der Preßkörpereigenschaften und reibspezifischen Kenngrößen kompensiert. Beispielsweise verringern sich die Ausstoßkraft um 25% sowie der Wandreibungskoeffizient Mw um 40%.

Es wurden zylindrische Formteile aus Einsenpulver mit einem Masseanteil von 0,8% Preßhilfsmittel gepreßt. Als Preßhilfsmittel kam Stearinsäure zum Einsatz, die aus dem schmelzflüssigen Zustand durch Verdüsen mikronisiert wurde. Dabei entstand ein enges Kornspektrum des Preßhiifsmittels im Bereich von 4 pm bis 8 μηι. Nach dem anschließenden homogenen Vermischen mit dem Eisenpulver in einem Taumelmischer wurden 5g dieser Mischung in einer Matrize von 9 mm Durchmesser bei einem spezifischen Preßdruck von 500MPa verdichtet. Das Fließverhalten der Pulvermischung bleibt gegenüber der Variante mit Zinkstearat unverändert, während reibspezifische Kenngrößen, wie Ausstoßkraft, Wandreibungs- und Pulverreibkoeffizient sowie Kraftdurchgang verbessert werden.

Es wurden zylindrische Formteile aus Eisenpulver mit einem Masseanteil von 0,8% Preßhilfsmittel gepreßt. Als Preßhilfsmittel kam eine Mischung aus gleichen Anteilen Stearinsäure und Montanwachs zum Einsatz, die aus einer Lösung von Aceton/Tetra im Verhältnis 1:1 bei einer Konzentration des Fettsäure-Montanwachsgemisches mit einem Masseanteil von 10% durch Verdüsen mikronisiert wurde.

Nach dem anschließenden homogenen Vermischen mit dem Eisenpulver in einem Taumelmischer wurden 5g dieser Mischung in einer Matrize von 9 mm Durchmesser bei einem spezifischen Preßdruck von 500 MPa bei feststehender Matrize verdichtet. Unter Beibehaltung der günstigen Fließeigenschaften der Pulvermischung werden insgesamt hinsichtlich Preßkörperparameter und reibspezifischer Kenngrößen bessere Werte gegenüber dem Preßhilfsmittel Zinkstearat erzielt. Beispielsweise betragen die Ausstoßkräfte nur noch 64% der Vergleichsvariante, während sich der für die Dichtehomogenität maßgebliche Kraftdurchgang im Preßkörper um 27% erhöht.

Tabelle:

Preßkörperparameter und reibspezifische Kenngrößen

Preßhilfsmittel	Fließ-	Dichte	Ausstoß	Wandrei	Pulverreib	Kraftdurch
(PHM)	verhal	P	kraft	bungskoef	koeffizient	gang in % der
	ten		FA	fizient		Oberstempel
	(S/50g)	(gern"³)	(KN)	Mw	μρ	kraft
Zinkstearat	31	6,74	6,20	0,22	0,32	59
100% Stearinsäure	35	6,84	4,60	0,13	0,25	75
aus Lösung mikro
nisiert
100% Stearinsäure	31	6,66	5,00	0,16	0,26	67
aus schmelzflüssigem
Zustand mikronisiert
50%Stearinsäure	31	6,84	3,95	0,12	0,25	75
50% Montanwachs
aus Lösung simultan-
mikronisiert

Claims

Verfahren zur Verbesserung der Preßbarkeit von Metallpulvern durch Einsatz vorbehandelter Preßhilfsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß dem Metallpulver, vorzugsweise Eisenpulver, vor dem Verdichten ein Preßhilfsmittel aus den Gruppen der natürlichen und synthetischen Wachse, der Hartparaffine mit einer vorzugsweise Kohlenstoffanzahl von C₂4-C₂5 sowie der höhermolekularen aliphatischen Fettsäuren und deren Derivaten mit einer vorzugsweisen Kohlenstoffanzahl von Ci₅-Ci₉ entweder als reine Substanz oder auch als beliebige Kombination von Substanzen der vorgenannten Stoffgruppen in beliebigen Konzentrationsverhältnissen zugegeben wird, das vor dem Zumischen zum Metallpulver einem Vorbehandlungsprozeß, bestehend entweder aus einer Lösungsmittelbehandlung, wobei vorzugsweise Ketone, Alkohole, chlorierte und aromatische Kohlenwasserstoffe sowie deren Kombinationen zum Einsatz kommen und die Konzentration dieser Substanzen im Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemisch bei einem Masseanteil zwischen 5 und 50% liegt oder diese Substanzen aus dem schmelzflüssigen Zustand verdüst werden, unterzogen wird und die Konzentration dieser Preßhilfsmittel im Metallpulver einen Masseanteil von 0,2-4,0%, vorzugsweise 0,8-1,2% aufweist.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Metallpulvern durch Pressen und Sintern unter Verwendung von Preßhilfsmitteln und ist in der Pulvermetallurgie und in der Keramikindustrie einsetzbar.