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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallpulvermischungen.
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Derartige Metallpulvermischungen werden für die Fertigung von pulvermetallurgischen Bauteilen verwendet. Insbesondere werden Metallpulvermischungen zur Herstellung von Sinterformteilen wie Sinterbändern eingesetzt. Weiterhin werden Metellpulvermischungen zur Herstellung von Spulenkernen, Fülldrähten und anderen Formteilen verwendet.
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Die in Rede stehenden Metallpulvermischungen bestehen aus groben Metallpulver und einem oder mehreren feinen Additiven, wobei die mittlere Partikelgröße der Partikelgrößenverteilung des groben Metallpulvers signifikant größer ist als die mittlere Partikelgröße der Partikelgrößenverteilung der Additive. Durch die Zugabe von Additiven zu dem Metallpulver können spezifische mechanische oder elektrische Eigenschaften der Metallpulvermischung und damit der mit der Metallpulvermischung hergestellten Bauteile vorgegeben werden.
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Bekannte Metallpulvermischungen enthalten als Metallpulver Pulver aus Eisen, Nickel oder oder Legierungspulver auf Eisenbasis, Cobaltbasis oder Nickelbasis. Als Additive können beispielsweise Graphitpulver, Metallpulver wie Carbonyleisenpulver oder Carbonylnickelpulver, Ferrophosphor, Mangansulfid und auch Schmiermittel verwendet werden.
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Ein Problem derartiger Metallpulvermischungen besteht darin, dass die Additive erheblich kleinere Partikelgrößen als die Metallpulver aufweisen. Die resultierende Metallpulvermischung weist dadurch bei deren Verarbeitung ungünstige Eigenschaften auf. So wird bei derartigen Metallpulvermischungen ein schlechtes Fließ- und Formfüllverhalten erhalten. Weiterhin erfolgt oft Segregation, das heißt eine Entmischung der Komponenten der Metallpulvermischung. Diese Effekte führen zu chemischen Inhomogenitäten oder Dichteinhomogenitäten in den herzustellenden Bauteilen, das heißt diese Bauteile weisen dadurch verschlechterte Eigenschaften auf.
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Um diese nachteiligen Effekte zu vermeiden ist es bekannt, in Metallpulvermischungen die feinen Additive an das grobe Metallpulver anzubinden.
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Ein erstes Beispiel hierfür ist die Zugabe eines in einem Lösungsmittel gelösten Binders zu einer Metallpulvermischung. Nachdem das flüssige Lösungsmittel mit dem Binder in der Metallpulvermischung verteilt wurde, wird mittels Vakuumierung und Wärmezugabe in einem Mischtrockner das Lösungsmittel ausgetrieben, so dass in der Metallpulvermischung nur noch der Binder verbleibt, der die Additive am Metallpulver festklebt.
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Ein weiteres bekanntes Verfahren der Anbindung von feinen Additiven an ein grobes Metallpulver besteht darin, einer so gebildeten Metallpulvermischung einen thermoplastischen Kunststoff oder allgemein ein Gleitmittel zuzugeben. Unter kontinuierlichem Mischen erfolgt dann eine Wärmezugabe bis der thermoplastische Kunststoff oder das Gleitmittel schmilzt. Nach erfolgtem Schmelzen und Homogenisieren wird die Mischung abgekühlt und die feinen Additive werden am Metallpulver angeklebt.
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Nachteilig bei diesem Verfahren ist die aufwändige Verfahrenstechnik. Insbesondere das Trocknen des Gemisches erfordert einen hohen Zeitaufwand und bedingt auch einen großen konstruktiven Aufwand.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren bereitzustellen, mittels dessen mit geringerem Aufwand hochqualitative Metallpulvermischungen aus Metallpulvern und Additiven hergestellt werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung einer Metallpulvermischung bestehend aus einem groben Metallpulver und einem feinen Additiv, dessen mittlere Partikelgröße kleiner ist als die mittlere Partikelgröße des Metallpulvers. Das Metallpulver wird mit einem ein Phenolharz enthaltenden flüssigen Bindemittel vermischt. Darauf erfolgt eine Zugabe der Additive und eine Homogenisierung des Gemischs und darauf folgend wird das flüssige Bindemittel durch eine chemische Reaktion zur Erstarrung gebracht. Vorteilhaft bewirkt die chemische Reaktion eine pH-Wert-Verschiebung des Bindemittels.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine homogene Vermischung des Additivs mit dem Metallpulver erzielt, indem die Partikel des Additivs an den Partikeln des Metallpulvers mittels des Bindemittels angeheftet werden.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das ein Phenolharz enthaltende Bindemittel durch eine chemische Reaktion, insbesondere eine pH-Wert-Verschiebung, zum Erstarren gebracht werden kann, wobei durch das erstarrte Bindemittel die Partikel des Metallpulvers mit den Partikeln des Additivs verbunden werden.
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Besonders vorteilhaft erfolgt die Verschiebung des pH-Werts des Bindemittels durch Zugabe von CO2.
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Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass die für die Anbindung der Additiv-Partikel an die Metallpulver-Partikel erforderliche pH-Verschiebung ohne großen konstruktiven Aufwand sehr schnell durchgeführt werden kann. Im Gegensatz zu Anbindungsverfahren, bei welchen ein Trocknen und/oder Wärmen eines Binders erforderlich ist, wird somit eine erhebliche Beschleunigung des Verfahrens erzielt, das heißt es können schnellere Mischzyklen bei der Herstellung von Metallpulvermischungen erzielt werden.
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Aufgrund der Homogenität der Mischung des Additivs und des Metallpulvers zeichnet sich die so ausgebildete Metallpulvermischung durch eine gute Entstaubung und ein gegenüber bekannten Mischungen deutlich verbessertes Fließverhalten aus.
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Dementsprechend weisen auch mit der erfindungsgemäßen Metallpulvermischung hergestellte Teile, insbesondere Formteile, erheblich verbesserte Eigenschaften auf.
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Insbesondere zeigen Pressteile, die mit den erfindungsgemäßen Metallpulvermischungen hergestellt werden, günstige Eigenschaften beim Entformen nach dem Pressvorgang in einer Presse. Dies beruht darauf, dass die Ausstoßkräfte gegenüber bekannten Pressteilen verringert sind. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Metallpulvermischung eine erhöhte Schmierwirkung auf. Die Metallpulvermischung kann dabei auch so gewählt werden, dass bei gleicher Schmierwirkung höhere Bauteildichten erzielt werden können, was für viele Einsatzgebiete von Bauteilen vorteilhaft ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält das Bindemittel Phenolresol. Bei diesem Bindemittel entsteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch eine Zugabe von CO2 eine Gasreaktion, wodurch eine pH-Wert-Verschiebung, ausgehend von einem stark alkalischen pH-Wert, erhalten wird. Mit der pH-Wert-Verschiebung wird ein rasches Erstarren des Bindemittels erzielt, wodurch die Additiv-Partikel schnell an die Metallpulver-Partikel angebunden werden können und so eine bleibend homogene Mischung von Additiv und Metallpulver in der Metallpulvermischung erzielt wird.
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Voreilhaft enthält die Metallpulvermischung einen Anteil von 0,02–2,0 m % Bindemittel, wobei m% = Massen Prozent.
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Somit ist generell ein kleiner Anteil an Bindemittel ausreichend, um die Additiv-Partikel an den Metallpulver-Partikeln in der Metallpulvermischung anzuheften.
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Die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Metallpulvermischung besteht generell aus einem Metallpulver dessen mittlere Partikel signifikant, vorzugsweise eine Größenordnung größer sind als die mittlere Partikelgröße des Additivs.
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Typischerweise liegt die mittlere Partikelgröße des Metallpulvers im Bereich von 0,05 mm bis 1 mm.
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Vorteilhaft liegt die mittlere Partikelgröße des Additivs im Bereich von 0,05 µm bis 20 µm.
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Das Metallpulver der erfindungsgemäßen Metallpulvermischung kann aus metallischen Stoffen unterschiedlicher Art bestehen. Insbesondere kann das Metallpulver Pulver aus Eisen, Nickel oder Cobalt sein oder Legierungspulver auf Eisenbasis, Cobaltbasis oder Nickelbasis.
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Die in der Metallpulvermischung enthaltenen Additive können generell von metallischen Stoffen gebildet sein. Beispiele hierfür sind Molybdän, Kupfer, Nickel-Verbindungen und dergleichen.
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Die in der Metallpulvermischung enthaltenen Additive können weiterhin aus metallischen Sulfiden oder Phosphiden oder Oxiden gebildet sein. Beispiele hierfür sind Molybdändisulfit, Eisenphosphid oder Ferrophosphor, Mangangsulfid, Kupferoxid und dergleichen.
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Weiterhin können die Additive auch Schmiermittel (bevorzugt N,N'-ethylenedi(stearamide), Zinkdistearate, allgemein Metallseifen Al-Stearate, Li-Stearate) sowie Harze sein. Auch kann Graphit als Additiv verwendet werden.
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Besonders vorteilhaft können auch oxidische Additive eingesetzt werden. Insbesondere kann als Additiv Si02, besonders vorteilhaft mit Partikelgrößen im Sub-Mikrometerbereich, verwendet werden.
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Derartige Sub-Mikrometerbereich-Additive, insbesondere Si02, können zur Herstellung von Metallpulvermischungen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, die sich durch eine besonders gute Entstaubung und ein sehr gutes Fließverhalten auszeichnen.
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Auch können mit derartigen Additiven hergestellte Metallpulvermischungen vorteilhaft zur Herstellung gepresster und gegebenenfalls getemperter Bauteile verwendet werden, die von den isolierenden Eigenschaften von Si02 oder generell oxidischen Additiven profitieren.