DD286311A5 - Verfahren zum herstellen von formteilen aus sinterwerkstoffen durch spritzgiessen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus Sinterwerkstoffen durch Spritzgieszen. Das Verfahren findet Anwendung bei der Herstellung formkomplizierter Teile. Erfindungsgemaesz wird ein Metallpulver getrocknet, mischgemahlen sowie mit einem definierten Bindemittelgemisch vermischt. Diese Mischung wird als plastifizierte Masse einer Niederdruckspritzgieszform zugefuehrt und dort bei einem Spritzdruck 30 MPa bearbeitet. Es schlieszt sich ein definiertes Austreiben des Bindemittelgemisches und ein Sintern des entstandenen Formkoerpers an.{Spritzgieszen; Formteile; Sinterwerkstoffe; Metallpulver, mischmahlen; Bindemittelgemisch; Niederdruckspritzgieszform; Spritzdruck; Austreiben; Sintern}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Pulvermetallurgie. Sie betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus Sinterwerkstoffen durch Spritzgießen. Dabei wird ein Gemisch aus einem Metallpulver und einem organischen Bindemittelgemisch zu einer plastifizieren Masse aufbereitet und anschließend in einem Spritzgießvorgang geformt. Die Formteile werden nach dem Herauslösen aus der Form einem Austr3ibeprozeß für das Bindemittel und einem Sinterprozeß unterworfen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Es ist bekannt, pulverförmige Ausgangsstoffe für formkomplizierte Teile durch Mischen mit Plastifizierungsmitteln und

oberflächenaktiven Stoffen herzustellen (DE 3120501). Die so erhaltene Spritzmasse wird in speziellen Formgebungsmaschinenin die Form gedrückt, wobei je nach Verfahrensweg unterschiedliche Arbeitsdrücke zur Anwendung kommen. Die soentstandenen Formteile sind sofort entformbar und müssen vor dem Sintern einem thermischen Prozeß zum Austreiben des

Bindemittels unterzogen werden. Weiterhin ist bekannt, daß entsprechend den unterschiedlichen Arbeitsdrücken der Formgebungsmaschinen auch verschiedene Plastifikatoren (Bindemittel) eingesetzt werden. Beim Einsatz von Spritzgießmaschinen mit einem Druckaufbau durch Kolbensysten; bzw. Schneckenförderer, die sich sowohl

für keramische als auch metallische Pulver und Gemische dieser Stoffe eignen, gelangen z. B. Polystyrol, Polyäthylen und

Polypropylen (OE 2904707, DE 3120501, DE 3120501, DE 3101328) zur Anwendung. Die Erwärmung und der Druckaufbau bis

160MPa bewirken eine ausreichende Viskosität der Spritzmasse und ermöglichen das Füllen der Form.

Beim Spritzgießen mit einem sehr niedrigen, pneumatisch oder hydraulisch erzeugten Arbeitsdruck bis 30MPa, das

ausschließlich für feindisperse keramisch;« Pulver mit einer definiert eingestellten Oberflächanaktivität im Gemisch mit den

Plastifikatoren Paraffin und Wachs (DD 23a i 17, DD 233118, DD 233119) geeignet ist, wird die schon niedrigviskos vorliegende Spritzmasse in die Form gefördert. Die Anwendung dieses niedrigen Arbeitsdruckes dient insbesondere zur Sicherung der Ausfüllung vom Ansprilzpunkt entfernter relativ feingliedriger Teilformen. Nachteilig beim Arbeiten mit höheren Drücken bis 1600MPa ist neben dem hohen anlagentechnischen Aufwand und dem hohen Werkzeugverschleiß, insbesondere eine Begrenzung im Kompliziertheitsgrad und der minimalen Wandstärke von kleinen

Formteilen, sowie die relativ hohen Druckspannungen im Maschinensystem, die sich durch eine inhomogene (anisotrope) Verteilung von Restepannungen im erstarten Bauteil auswirken.

Ein Arbeiten mit einem niedrigen Druck bis 30MPa hat den Nachteil, daß, sobald spezielle Formteilausführungen gefordert werden, die für dieses Formgebungsverfahren erzeugten Spritzmassen dünnflüssig sein müssen und bei deren Verarbeitung dann Entmischungserschoinungen auftreten, die sich insbesondere bei Metallen mit einem wesentlich höheren spezifischen Gewicht als beispielsweise keramische Werkstoffe in der Art negativ auswirken, daß keine maßhaltigen Formteile mit homogener (isotroper) Teilchen- und Restspannungsverteilung herstellbar sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus Sinterwerkstoffen durch Spritzgießen zu realisieren, das wenig aufwendig ist und die notwendigen Gebrauchswerte der Metallformteile sichert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus Sinterwerkstoffen durch Spritzgießen zu schaffen, das es gestattet, maßhaltige Formteile mit homogener Teilchen- und Restspannungsverteilung herzustellen, indem Entmischungsvorgängen und Reaktionen des Pulvers insbesondere mit Sauerstoff durch die Gestaltung des Verfahrens und durch Einhaltung definierter Bedingungen entgegengewirkt wird. Das Ziel der Erfindung ist dabei zu erreichen. Zur Realisierung dee Verfahrens wird ein Gemisch aus einem vorbehandelten Metallpulver und einem organischen Bindemittel zu einer plastifizierten Masse aufbereitet und anschließend in einem Spritzgießvorgang geformt. Nach dem Herauslösen der Teile aus der Form werden diese einem Austreibeprozeß für das Bindemittel und einem Sinterprozeß unterworfen. Erfindungsgemäß ist das Verfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

- Trocknen des Metallpulvers, das eine Korngröße <25pm mit sphärischer Kornform aufweist, bei Temperaturen nahe 200⁰C

- Abkühlen des Pulvers auf 100 bis 16O⁰C

- Mischmahlen und Aktivieren des Pulvers im Vakuum oder Nj-Atmosphäre für 1 bis 2h

- Mischen von Paraffin und Polyethylenwachs zu einem Bindemittel im Verhältnis 1:0,5...5 für 0,5h bei 15O⁰C

- schrittweises Zumischen des bis zu 10Ma.-% der Pulvereinwaage entsprechenden Bindemittelgemisches zum Metallpulver über einen Zeitraum <24h, bei einem Druck < 10"'MPa und einer Temperatur zwischen 80 und 100⁰C

- Erschmelzen dieser Mischung im Vakuum

- Zuführen dieser plastifizierten Masse in eine Niederdruckspritzgießform und Bearbeiten der Masse in dieser Form bei einem Spritzdruck OOMPa, bei einer Temperatur < 150⁰C

- Austreiben des Bindemittelgemisches für 30 bis 72h, wobei die Temperatur mit einer Rate von 0,1 bis 0,2°C/min bis zu 550⁰C erhöht wird

- Sintern des Formkörpers, insbesondere im Vakuum, für 2,5 bis 3 h bei dem 0,8- bis 0,95fachen der Schmelztemperatur des Werkstoffes.

In Ausgestaltung der Erfindung geschieht das Austreiben des Bindemittelgemischee in einem geschlossenen Behälter, in dom der Formkörper in ein Tonerdehydratpulver eingebettet ist.

Zweckmäßigerweise kann beim Austreiben des Bindsmittelgemisches der Formkörper auf einer saugfähigen Unterlage angeordnet sein, wobei die gesamte Anordnung insbesondere mit Stickstoff gespült wird oder im Vakuum gearbeitet wird.

Ausführungsbeispiele Die Erfindung soll nachstehend an zwei Beispielen näher beschrieben werden. Beispiel 1 Ein Pulver eines rost· und säurebeständigen Stahles (FeNi 2) mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 2m'/g, einer sphärischen

(kugeligen) Kornform und einer Korngröße von < 25 μπι wird zunächst bei 200⁰C für 6h getrocknet und anschließend nach einer

Abkühlung auf eine Temperatur im Bereich von 100 bis 15O⁰C mischgemahlen. Diese Mischmahlung im Vakuum dauert 2 h und

aktiviert das Pulver. Parallel dazu wird ein Bindemittelgemisch aus Polyethylenwachs und aus Hartparaffin-Vollraffinat im

Verhältnis 1:1 durch Mischen für 0,5 h bei 150X hergestellt. Anschließend wird dieses Bindemittolgemisch mit 7,5Ma.-%, bezogen auf die Pulvereinwaage, zum Metallpulver schrittweise

zugemischt und über einen Zeitraum von 16h gemischt. Dabei wird eine Temperatur zwischen 80 und 100°C, bei einem Druck< 10'²MPa eingehalten. Nach dem Erschmelzen dieser Mischung im Vakuum wird diese niedrigviskose formbare Masse direktdem Vorratsbehälter einer Niederdrucfcspritzgießmaschine zugeführt. Nach dem Verschließen und Evakuieren dieses Behälters(10'¹MPa) wird die Spritzmasse pneumatisch direkt über ein Steigrohr in die Form gefördert, wobei die Viskosität der

Spritzmasse, die entscheidend für das Fullverhalten der Sprifzform ist, übar den Förderdruck geregelt werden kann. Bei einer Temperatur von 110"C und einem Spritzdruck von 0,6MPa kann so beispielsweise bei der Herstellung eines

dickwandigen Teils die Form mit einem laminaren Massestrom (höhere Viskosität durch niedrigen Druck) gefüllt und die

Herstellung eines dünnwandigen Teiles über einen turbulenten Massestrom (niedrige Viskosität durch höheren Druck) gefüllt

und so den Entmischungserscheinungen entgegengewirkt werden.

Das anschließende Agstreiben des Bindemittelgemisches geschieht in reduzierender Nj-Atmosphäre oder im Vakuum, bei Erhöhung der Temperatur in 45h auf 200*C und in 15h auf 500⁰C. Dabei sind die Formteile auf einer saugfähigen Unterlage

(Porosität > 25%) angeordnet.

Zum Schluß wird das Formteil im Vakuum beim 0,9fachen dnr Schmelztemperatur des Stahles (1220"C) ca. 3 h gesintert. Beispiel 2

Das Pulver eines Hartstoffgemisches (HG 960) mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 3,5 mVg, einer sphärischen (kugeligen) Kornform und einer Korngröße <15pm wird zunächst ebenfalls wie im Beispiel 1 beschrieben getrocknet, und nach der Abkühlung, durch das Mischmahlen in Nj-Atmosphäre, bei 150⁰C für 2h, aktiviert.

Nebenher wird das Bindemittelgemisch aus Polyethylenwachs und Hartparaffin-Vollraffinat im Verhältnis 1:2 hergestellt.

Anschließend wird dieses Bindemittelgemisch mit 10Ma.-% bezogen auf die Pulvereinwaage zum Hartstoffpulver schrittweise zugemischt und über einen Zeitraum von 18h mit diesem gemischt. Dabei werden die Temperatu^/Druck-Verhältnisse wie im Beispiel 1 eingehalten.

Es schließt sich der ebenfalls im Beispiel 1 beschriebene Niederdruckspritzgießvorgang an.

Das Austreiben des Bindemittelgemisches geschinht in reduzierender Ar-Atmosphäre, bei einer Erhöhung der Temperatur in 60h auf 26O⁰C und in weiteren 12 h auf 550°C. Dabei sind die Formteile in einem geschlossenen Behälter untergebracht, in dem sie in Tonerdehydratpulver vollständig eingebettet sind.

Das abschließende Sintern im Vakuum bei 1410"C für 2,5h beendet das Verfahren.

Mit dieser Verarbeitungstechnologie ist der Oxydationsvorgang an der Pulveroberflächa vermeidbar und damit ein Sinken des geformten Pulververbundes erst möglich.

Die erstmalige Anwendung des weniger aufwendigen Niederdruckspritzgießens auf Metallpulver in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Schritten und Bedingungen führt zur Herstellung von maßhaltigen Kormteilen mit homogener Teilchen- und Restspannungsverteilung. Oberflächenaktive Substanzen kommen im Vergleich zur Keramiktechnologie nicht zum Einsatz.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus Sinterwerkstoffen durch Spritzgießen, wobei ein Gemisch aus einem vorbehandelten Metallpulver und einem organischen Bindemittel zu einer plastifizieren Masse aufbereitet und anschließend in einem Spritzgießvorgang geformt wird, wobei die Formteile nach dem Herauslösen aus der Form einem Austreibeptozeß für das Bindemittel und einem Sinterprozeß unterworfen werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte

- Trocknen des Metallpulvers, das eine Korngröße < 25 \xm mit sphärischer Kornform aufweist, bei Temperaturen nahe 200⁰C

- Abkühlen des Pulvers auf 100 bis 15O⁰C

- Mischmahlen und Aktivieren des Pulvers im Vakuum oder N₂-Atmosphäre für 1 bis 2 h

- Mischen von Paraffin und Polyethylenwachs zu einem Bindemittel im Verhältnis 1:0,5... 5 für 0,5 h bei150⁰C

- schrittweises Zumischen des bis zu 10Ma.-% der Pulvereinwaage entsprechenden Bindemittelgemisches zum Metallpulver über einen Zeitraum <24h, bei einem Druck < 10"²MPa und einer Temperatur zwischen 80 und 100⁰C

- Erschmelzen dieser Mischung im Vakuum

- Zuführen dieser plastifizieren Masse in eine Niederdruckspritzgießform und bearbeiten der Masse in dieser Form bei einem Spritzdruck < 30 MPa, bei einer Temperatur <15O⁰C

- Austreiben des Bindemittelgemisches für 30 bis 72 h, wobei die Temperatur mit einer Rate von 0,1 bis 0,2°C7min bis zu 55O⁰C erhöht wird

- Sintern des Formkörpers, insbesondere im Vakuum, für 2,5 bis 3 h bei dem 0,8- bis 0,95fachen der Schmelztemperatur des Werkstoffes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Austreiben des Bindemittelgemiscnes in einem geschlossenen Behälter geschieht, in dem der Formkörper in ein Tonerdehydratpulver eingebettet ist.

3. Verfahren nnch Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß beim Austreiben des Bindemittelgemisches der Formkörper auf einer saugfähigen Unterlage angeordnet wird, wobei die gesamte Anordnung insbesondere mit Stickstoff gespült wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß im Vakuum gearbeitet wird.