DE102012216052A1

DE102012216052A1 - Sinterpressteil und Verfahren zum Herstellen eines solchen

Info

Publication number: DE102012216052A1
Application number: DE102012216052.3A
Authority: DE
Inventors: Jochen Rager; Keir Foster; Arne Huber; Peter Barth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-04-10
Also published as: WO2014040792A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sinterpressteils, umfassend die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen einer Pulvermasse umfassend Metallpartikel mit einem D50-Wert oder einem D90-Wert in einem Bereich von größer oder gleich 1µm bis kleiner oder gleich 50μm, insbesondere größer oder gleich 5μm bis kleiner oder gleich 30μm, beispielsweise größer oder gleich 7μm bis kleiner oder gleich 15μm; b) Granulieren der Metallpartikel zu Granalien in einem Größenbereich von größer oder gleich 50μm bis kleiner oder gleich 300μm, insbesondere größer oder gleich 100μm bis kleiner oder gleich 200μm; c) Pressen der Granalien in einer Pressmatrize unter erhöhtem Druck; und d) Behandeln der gegebenenfalls gepressten Granalien mit erhöhter Temperatur. Durch das vorbeschriebene Verfahren werden eine Vielzahl an Metallen einem herkömmlichen Sinterpressverfahren zugänglich, für welche gemäß dem Stand der Technik aufwändigere Verfahren notwendig waren. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Sinterpressteil sowie eine Verwendung von granulierten Metallpartikeln, insbesondere von Partikeln einer Eisen-Cobalt-Legierung und/oder einer Eisen-Chrom-Legierung, zum Herstellen eines Sinterpressteils

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Sinterpressteils. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines Sinterpressteils aus einer Eisen-Cobalt-Legierung (Fe-Co-Legierung) und/oder einer Eisen-Chrom-Legierung (Fe-Cr-Legierung).
Stand der Technik
Ein bekanntes Formgebungsverfahren insbesondere für hochlegierte Werkstoffe ist das so genannte Metallpulverspritzgießen (MIM). Bei einem derartigen Verfahren wird die Bauteildichte ausschließlich über den Sinterprozess erzielt. Durch die gegebenenfalls hohe Feinheit der meist verwendeten Pulverpartikel in einem Bereich von beispielsweise 10µm–20µm und der damit einhergehenden hohen Sinteraktivität können auch Stoffe mit einem hohen Legierungsanteil nahezu vollständig verdichtet werden.
Aus dem Dokument EP 2 364 798 A1 ist beispielsweise ein derartiges Metallpulverspritzgießen bekannt. Gemäß dieser Druckschrift werden Metallpulver gemeinsam mit einem Binder granuliert, spritzgegossen, entbindert, und anschließend einem Sinterprozess zugeführt.
Ein alternatives Formgebungsverfahren ist die reine Sinterpresstechnik. Ein derartiges Formgebungsverfahren ist insbesondere für konventionelle metallische Sinterteile geeignet, welche aufgrund der üblicherweise verwendeten groben Pulver, wie etwa in einer Größe von mehr als 50µm bis zu 300µm, bei einem Sintervorgang praktisch nicht mehr verdichten. Hier wird die Bauteildichte bereits am Ende eines gegebenenfalls vorgelagerten Pressvorgangs beziehungsweise Formgebungsvorgangs erreicht. Daher sind Sinterpressteile hauptsächlich auf niedrig-legierte Werkstoffe beschränkt, deren Pulverpartikel gut verformbar sind.
Mit zunehmendem Legierungsgehalt nimmt die Materialfestigkeit zu, wodurch die Verformbarkeit der Pulverpartikel und somit die Verpressbarkeit verschlechtert werden kann. Daher können bei hochlegierten Stählen, beispielsweise, gegebenenfalls nur begrenzte Bauteildichten erzielt werden, die für spezielle Bauteilfunktionen, wie beispielsweise Festigkeit beziehungsweise magnetische Eigenschaften, erforderlich sein können.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Sinterpressteils, umfassend die Verfahrensschritte:

a) Bereitstellen einer Pulvermasse umfassend Metallpartikel mit einem D50-Wert oder einem D90-Wert in einem Bereich von größer oder gleich 1µm bis kleiner oder gleich 50μm, insbesondere größer oder gleich 5μm bis kleiner oder gleich 30μm, beispielsweise größer oder gleich 7μm bis kleiner oder gleich 15μm;
b) Granulieren der Metallpartikel zu Granalien in einem Größenbereich von größer oder gleich 50μm bis kleiner oder gleich 300μm, insbesondere größer oder gleich 100μm bis kleiner oder gleich 200μm;
c) Pressen der Granalien in einer Pressmatrize unter erhöhtem Druck; und
d) Behandeln der gegebenenfalls gepressten Granalien mit erhöhter Temperatur.

Ein Sinterpressteil kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Bauteil sein, welches durch die so genannte Sinterpresstechnik hergestellt ist. Unter der Sinterpresstechnik beziehungsweise der Sinterpressteiltechnik kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Formgebungsverfahren verstanden werden, bei welchem eine fließfähige beziehungsweise rieselfähige Masse zunächst in einer Pressform in eine gewünschte Form gebracht wird. Im Weiteren wird die in Form gebrachte Masse insbesondere unter erhöhtem Druck bei dem eigentlichen Sintern einer Temperaturbehandlung unter erhöhter Temperatur unterworfen. Beispielsweise ist die Sinterpresstechnik Bestandteil anderer Verfahren, welche neben dem reinen Sintern jedoch noch weitere Verfahrensschritte aufweisen.
Unter einer Pulvermasse kann ferner im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Masse verstanden werden, die ein Pulver umfasst, beispielsweise aus einem Pulver ausgebildet ist, also etwa eine Vielzahl kleiner beziehungsweise kleinster Feststoffpartikel aufweist.
Unter einem Granulieren kann im Sinne der vorliegenden Erfindung weiterhin insbesondere verstanden werden ein Verfahren, bei dem feine beziehungsweise feinste Partikel, wie etwa Metallpartikel, zu Feststoffpartikeln mit einem größeren Partikeldurchmesser umgewandelt beziehungsweise agglomeriert werden. Dabei kann die Partikelgrößenverteilung nach dem Granulieren beispielsweise enger sein, als vor dem Granulieren. Die so erzeugten Partikel mit einer größeren Partikelgröße werden dabei insbesondere Granalien genannt und sind im Wesentlichen ein Agglomerat feiner Metallpulver. Ein Granulieren kann beispielsweise erfolgen, in dem die feinen Partikel mit einem geringen Partikeldurchmesser mit einem Binder versetzt werden, wobei eine Vielzahl von kleinsten Partikeln durch den Binder zusammengehalten werden und so größere Feststoffpartikel gebildet werden.
Durch das vorbeschriebene Verfahren wird es möglich, die kostengünstige und prozesstechnisch einfache Sinterpresstechnik auf eine Vielzahl von Materialien anwenden zu können. Im Detail können durch das vorbeschriebene Verfahren eine Vielzahl von metallischen Werkstoffen der Sinterpresstechnik zugeführt werden, welche insbesondere ohne ein Granulieren nicht durch einen Sintervorgang geformt beziehungsweise verdichtet werden könnten, sondern aufwändigere Verfahren benötigen. Insbesondere kann das vorbeschriebene Verfahren das Metallpulverspritzgießen (MIM) ersetzen.
Ein vorteilhafter Unterschied der Sinterpresstechnik etwa zu einem Metallpulverspritzgießen (MIM-Verfahren) kann dabei insbesondere in der Formgebung gesehen werden, also etwa einem Ersatz des teilweise komplexen Spritzgießens durch bloßes Pressen. Weiterhin sind die Bindermengen bei der vorbeschriebenen Granuliertechnik deutlich kleiner, was erhebliche Kostenvorteile bieten kann. Ferner wird der Entbinderungsschritt vereinfacht. Im Detail werden MIM-Teile meist zweistufig entbindert, nämlich durch eine Lösungsmittelentbinderung der Komponente „Wachs“ sowie eine thermische Entbinderung der Komponente „Thermoplast“. Die Lösungsmittelentbinderung kann bei einem vorbeschriebenen Verfahren entfallen, die Entbinderung des Thermoplasten deutlich schneller durchfahren werden, da beispielsweise geringere Mengen vorliegen können. Ein weiterer Vorteil der Sinterpresstechnik gegenüber einem Spritzgießen ist in möglichen höheren Taktzyklen zu sehen. Das Pressen kann verglichen zu einem Spritzgießen deutlich kürzer ausfallen. Beispielsweise sind bei einem MIM-Verfahren Kühlzeiten von 10–30 s, je nach Bauteilgröße, erforderlich. Derartige Kühlzeiten entfallen bei einem bloßen Pressen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Dabei können mit Bezug auf das hergestellte Endprodukt jedoch durch das vorbeschriebene Verfahren mit konventionellen Formgebungsverfahren vergleichbare Dichten beziehungsweise Verpressungen erzielt werden, so dass die Qualität der hergestellten Bauteile im Wesentlichen keine Nachteile aufweist. Dies kann möglich werden durch eine grundsätzlich verbesserte Verpressbarkeit der erzeugten Granalien im Vergleich zu den Ausgangspulvern, so dass das Verfahren auch grundsätzlich schwer zu verpressende Materialien für die Sinterpresstechnik geeignet macht.
Dabei bietet die Sinterpresstechnik gegenüber herkömmlichen Formgebungsverfahren, wie etwa dem Metallpulverspritzgießen, ferner deutliche Kostenvorteile. Diese können beispielsweise resultieren aus geringeren Anforderungen bezüglich der durchzuführenden Prozesse und ferner durch kürzere Prozesszeiten.
Weiterhin kann durch das vorbeschriebene Verfahren die Rieselfähigkeit der eingesetzten Metallpulver verbessert werden, so dass das Verpressen ferner prozesstechnisch vereinfacht werden kann. Darüber hinaus kann das Entstehen von Dichtegradienten in dem Bauteil verhindert werden, so dass besonders homogene Bauteile mit durch das Bauteil beziehungsweise durch den Querschnitt des Bauteils einheitlichen Eigenschaften erhalten werden können.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Sinterpressteils umfasst als einen ersten Verfahrensschritt a) das Bereitstellen einer Pulvermasse umfassend Metallpartikel mit einem D50-Wert oder einem D90-Wert in einem Bereich von größer oder gleich 1µm bis kleiner oder gleich 50μm, insbesondere größer oder gleich 5μm bis kleiner oder gleich 30μm, beispielsweise größer oder gleich 7μm bis kleiner oder gleich 15μm. Beispielsweise können die Metallpartikel vorliegen mit einer Größenverteilung D50 von 50μm, insbesondere 30μm, beispielsweise von 15μm. Dabei soll der D50-Wert insbesondere angeben, dass sich 50% der Partikel unterhalb der genannten Größe befinden. Alternativ können die Metallpartikel eine Größenverteilung D90 von 50μm, insbesondere 30μm, beispielsweise 15μm aufweisen. Dabei soll der D90-Wert entsprechend insbesondere angeben, dass sich 90% der Partikel unterhalb der genannten Größe befinden. Der Vorteil der Verwendung derartig dimensionierter beziehungsweise kleiner Partikel in der Ausgangspulvermasse für die Sinterpresstechnik liegt insbesondere in der Erreichung hoher Dichten für hochlegierte Werkstoffe und ferner in dem Ermöglichen von besonders homogenen und definierten Eigenschaften bei dem hergestellten Endprodukt. Erfindungsgemäß wird es möglich, bei der Sinterpresstechnik hohe Dichten zu erzielen, wobei diese bereits beim Pressen erreichbar sein können. Beispielsweise können Dichten durch Pressen von 85–90% erreichbar sein, welche sich durch das Sintern weiter erhöhen können, etwa auf Werte in einem Bereich von >96%. Dies kann insbesondere möglich werden durch die Verwendung von feinen Pulvern für das Herstellen von Granalien, wie untenstehend ausgeführt, welche eine verbesserte Verformbarkeit aufweisen.
Im Vergleich zu dem vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren werden in der konventionellen Sinterpresstechnik deutlich gröbere Pulver verwendet, welche jedoch eine nur begrenzte Sinteraktivität aufweisen. Die Pulver mit einer vorgenannten Größenverteilung sind gemäß dem Stand der Technik insbesondere geeignet für ein Metallspritzgussverfahren.
In einem weiteren Verfahrensschritt b) können die Metallpartikel zu Granalien in einem Größenbereich von größer oder gleich 50μm bis kleiner oder gleich 300μm, insbesondere größer oder gleich 100μm bis kleiner oder gleich 200μm granuliert werden. Dadurch kann die Verpressbarkeit der Granalien im Vergleich zu den Ausgangspartikeln deutlich verbessert werden und ferner die Rieselfähigkeit wie gewünscht angepasst werden. Ferner können besonders homogene Bauteile mit genau definierten Eigenschaften bei guter Prozessführung ermöglicht werden.
Zum Erhalten der Granalien können die Metallpartikel gemischt werden mit einem Binder, wie etwa einem in einem Lösungsmittel gelösten Binder. Die so erhaltene Mischung kann folgend granuliert werden. Dazu kann die Mischung beispielsweise in einem Granulator zu einer gewünschten Größe eingestellt beziehungsweise zerkleinert werden.
Um die Granalien in ihre gewünschte Form zu bringen, können die Granalien gemäß Verfahrensschritt c) in einer Pressmatrize, also einer geeigneten Pressform, unter erhöhtem Druck, also insbesondere gegenüber dem Atmosphärendruck (101,325 kPa) erhöhten Druck behandelt beziehungsweise gepresst und in Form gebracht werden. Dabei kann der verwendete Druck insbesondere abhängig sein von der Geometrie des herzustellenden Bauteils. Insbesondere bei hohen Aspektverhältnissen kann unter Umständen ein mehrstufiger Füllvorgang der Pressmatrize mit geringen Pressdrücken von Vorteil sein.
Schließlich werden die gegebenenfalls gepressten Granalien gemäß Verfahrensschritt d) bei erhöhten Temperaturen behandelt, also insbesondere bei gegenüber der Raumtemperatur (22°C) erhöhten Temperaturen und etwa in der Pressmatrize.
Dabei ist dem Fachmann verständlich, dass die Verfahrensschritte c) und d) zusammen in einem gemeinsamen Verfahrensschritt ablaufen können, in welchem Fall die Granalien gleichzeitig erhitzt und gepresst werden, oder aber in verschiedenen Verfahrensschritten nacheinander, indem etwa das in Verfahrensschritt c) erzeugte Produkt erhitzt wird, welches als gepresste Granalien bezeichnet wird, obwohl hier in für den Fachmann verständlicher Weise gepresste Granalien strenggenommen keine Granalien als solche mehr darstellen. Hierzu gibt es spezielle Verfahren wie rein beispielhaft das sogenannte Spark Plasma Sintern (SPS), welches unter Druck und gleichzeitigem Aufbringen von Temperatur (über Durchfließen des Bauteils mit elektrischem Strom) Bauteile sehr schnell (nur einige Sekunden/Minuten) verdichtet.
Im Rahmen einer Ausgestaltung können die Metallpartikel ein hochlegiertes Metall mit einem Legierungsanteil von größer oder gleich 5%, insbesondere größer oder gleich 10% umfassen. Das vorbeschriebene Verfahren kann sich in besonders vorteilhafter Weise auch für hochlegierte Metalle eignen, welche herkömmlicherweise durch einen normalen Sinterpressvorgang nicht verdichtet werden könnten. Somit eröffnet das Verfahren in dieser Ausgestaltung auch ausgehend von hochlegierten Metallen beziehungsweise Legierungen das Erzeugen von Bauteilen durch die einfache und kostengünstige Sinterpresstechnik.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung können die Metallpartikel eine Eisen-Cobalt-Legierung (Fe-Co-Legierung) und/oder eine Eisen-Chrom-Legierung (FeCr-Legierung) aufweisen. Insbesondere für derartige Legierungen kann das Verfahren von Vorteil sein. Denn beispielsweise aufgrund der Sprödigkeit von Eisen-Cobalt-Legierungen oder der hohen Festigkeit von Eisen-Chrom-Legierungen und der damit einhergehenden schweren Verformbarkeit der vorgenannten Legierungen können Pulverpartikel aus einer derartigen Legierung mit der konventionellen Sinterpresstechnik nicht oder oftmals nicht ausreichend verpresst werden, und damit oftmals nur unzulänglich verdichtet werden. Diese für manche Anwendungsgebiete ausreichende Verdichtung kann jedoch für spezielle Anwendungen, beispielsweise zur Erzielung guter magnetischer Eigenschaften durch die Sinterpresstechnik, nicht ausreichend sein. Dadurch können manche Bauteile für spezielle Anwendungen, wie beispielsweise auch Bauteile mit hohen Aspektverhältnissen, durch die herkömmliche Sinterpresstechnik nur bedingt hergestellt werden.
Durch das vorbeschriebene Verfahren können derartige Nachteile jedoch umgangen werden. Insbesondere können auch Eisen-Cobalt-Legierungen beziehungsweise Eisen-Chrom-Legierungen unter Verwendung feinster Primärpulver mit einer für Pulverspritzgussverfahren ausreichenden Qualität in Form granulierter Partikel auch bei geringer Pressdichte und geringen Pressdrücken hohe Sinterdichten ausbilden. Dies ermöglicht die Herstellung besonders dichter Eisen-Cobalt-Bauteile beziehungsweise Eisen-Chrom-Bauteile auch mit hohen Aspektverhältnissen. Beispielhafte Anwendungen umfassen etwa das Herstellen von Magnetkernen für Common Rail-Injektoren für den Kraftfahrzeugbau, insbesondere für Eisen-Cobalt-Legierungen und etwa Magnetanker oder andere Bauteile in Benzin-Einspritzventilen für Eisen-Chrom-Legierungen.
Somit können in dieser Ausgestaltung insbesondere granulierte Pulver auf den Werkstoff Eisen-Cobalt zur sintertechnischen Herstellung kostengünstiger Komponenten für die Einspritz- und Elektromotortechnik besonders vorteilhaft Verwendung finden. Als Ergebnis kann insbesondere in dieser Ausgestaltung zur Herstellung von Eisen-Cobalt-Bauteilen und/oder Eisen-Chrom-Bauteilen insbesondere mit hohen Aspektverhältnissen das Metallpulverspritzgießen (MIM) beziehungsweise die spanende Bearbeitung durch die einfache und kostengünstige Sinterpresstechnik ersetzt werden, was die Herstellung von Eisen-Cobalt-Bauteilen und/oder Eisen-Chrom-Bauteilen deutlich vereinfachen und kostengünstiger gestalten kann.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Eisen-Cobalt-Legierung einen Cobaltanteil aufweisen, der in einem Bereich von größer oder gleich 1% bis kleiner oder gleich 60%, insbesondere von größer oder gleich 17% bis kleiner oder gleich 50% liegt. Weiterhin kann die Eisen-Chrom-Legierung einen Chromanteil von größer oder gleich 11% aufweisen. Für magnetische Bauteile, beispielsweise kann die Eisen-Chrom-Legierung nicht beschränkend etwa auf 18% begrenzt sein. Hochtemperaturbeständige Stähle, wie etwa FeNiCr-Legierungen, können auch 25%Cr und 25% Ni aufweisen. Insbesondere für derartige Legierungen ist die kostengünstige und einfache Sinterpresstechnik gemäß dem Stand der Technik nicht oder nur unzureichend anwendbar beziehungsweise konnten keine befriedigenden Ergebnisse für eine Vielzahl von Anwendungen erhalten werden.
Insbesondere der Werkstoff FeCo49V2 wird aufgrund seiner hohen magnetischen Sättigung in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet. Eine beispielhafte Anwendung ist die Magnetbaugruppe in Common-Rail-Injektoren, etwa als Magnetkern für Injektoren bei hohen Drücken bis zu 2500bar. Aufgrund der im Stand der Technik verwendeten aufwändigen Zerspanung von diesem Werkstoff und der damit einhergehenden hohen Materialkosten ist das erfindungsgemäße Verfahren für diesen Werkstoff besonders vorteilhaft aufgrund der hohen Materialausnutzung und der endkonturnahen Formgebung durch ein derartiges pulvermetallurgisches Fertigungsverfahren.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung können die Metallpartikel in Verfahrensschritt b) mit einem organischen Binder granuliert werden, wobei der organische Binder Polyvinylalkohol oder ein Derivat hiervon und gegebenenfalls ein Polyol umfasst oder daraus besteht. Derartige Binder bieten den Vorteil, dass insbesondere sehr homogene Mischungen beziehungsweise Granalien erzielbar sind. Darüber hinaus kann ein besonders vorteilhaftes Pressverhalten mit gut einstellbaren Pressdichten erhalten werden. Ferner können derartige Komponenten kostengünstig einsetzbar sein, was Verfahren in dieser Ausgestaltung ebenfalls besonders kostengünstig ausgestalten kann.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Sintern gemäß Verfahrensschritt d) bei einer Temperatur in einem Bereich von größer oder gleich 1200°C bis kleiner oder gleich 1400°C, beispielsweise bei 1300°C, durchgeführt werden. Derartige Temperaturen erlauben eine Temperaturbehandlung ohne aufwändige Prozesse und bewirken ferner eine ausreichende Verfestigung der behandelten Werkstoffe.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Behandeln mit erhöhter Temperatur gemäß Verfahrensschritt d) in einer Argonatmosphäre oder in einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt werden. Dadurch können insbesondere Oxidationsprozesse unterbunden und negative Einflüsse auf die magnetischen Eigenschaften des herzustellenden Produkts verhindert werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Pressen der Granalien gemäß Verfahrensschritt c) bei einem Druck in einem Bereich von kleiner oder gleich 800MPa, insbesondere bei einem Druck in einem Bereich von größer oder gleich 200MPa bis kleiner oder gleich 700MPa, durchgeführt werden. Derartige Temperaturen erlauben eine Temperaturbehandlung ohne aufwändige Prozesse und bewirken ferner eine ausreichende Verfestigung der behandelten Werkstoffe.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Sinterpressteil, der erfindungsgemäßen Verwendung, den Figuren sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Sinterpressteil, hergestellt gemäß einem wie vorstehend beschrieben ausgeführten Verfahren, insbesondere nach der Sinterpresstechnik. Ein derartiges Sinterpressteil bietet besonders vorteilhafte Eigenschaften, wie beispielsweise eine hohe Sinterdichte von beispielsweise größer oder gleich 98%, wobei die Sinterdichte beziehungsweise die Porositätsverteilung insbesondere besonders homogen über das gesamte Bauteil ausgebildet ist. Darüber hinaus können, beispielsweise bei der Verwendung von Eisen-Chrom-Legierungen oder Eisen-Cobalt-Legierungen, wie beispielsweise FeCo49V2, besonders vorteilhafte magnetische Eigenschaften erzielt werden. Beispielsweise kann eine magnetische Flussdichte B bei 50kA/m von mehr als 2,2T erreicht werden und eine magnetische Koerzitivfeldstärke H_c von weniger als 300A/m, sowie eine maximale magnetische Permeabilität μ_max von mehr als 2000H/m erzielt werden. Derartige Eigenschaften sind insbesondere für magnetische Bauteile im Kraftfahrzeugbau beziehungsweise im Motorenbau geeignet beziehungsweise von Vorteil.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Sinterpressteils wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Verwendung, den Figuren sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Verwendung von granulierten Metallpartikeln, insbesondere von Partikeln einer Eisen-Cobalt-Legierung und/oder einer Eisen-Chrom-Legierung, zum Herstellen eines Sinterpressteils. Ein derartiges Sinterpressteil bietet besonders vorteilhafte Eigenschaften, wie beispielsweise eine hohe Sinterdichte von beispielsweise größer oder gleich 98%, wobei die Sinterdichte beziehungsweise die Porositätsverteilung besonders homogen über das gesamte Bauteil ausgebildet ist. Darüber hinaus können, beispielsweise bei der Verwendung von Eisen-Cobalt-Legierungen, wie beispielsweise FeCo49V2, besonders vorteilhafte magnetische Eigenschaften erzielt werden. Beispielsweise kann eine magnetische Flussdichte B bei 50kA/m von mehr als 2,2T erreicht werden und eine magnetische Koerzitivfeldstärke H_c von weniger als 300A/m, sowie eine maximale magnetische Permeabilität μ_max von mehr als 2000 H/m erzielt werden. Derartige Eigenschaften sind insbesondere für magnetische Bauteile im Kraftfahrzeugbau beziehungsweise im Motorenbau geeignet beziehungsweise von Vorteil.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Sinterpressteil, den Figuren sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
Beispiele und Zeichnungen
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Beispiele und Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Beispiele und Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
1 eine schematische Ansicht von Granalien zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine weitere schematische Ansicht von Granalien zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
3 eine schematische Ansicht eines metallographischen Schliffs durch ein erfindungsgemäßes Sinterpressteil.
In den 1 und 2 sind verschiedene Ansichten von Granalien gezeigt, welche für ein erfindungsgemäßes Verfahren verwendet werden können. Insbesondere können derartige Granalien Verwendung finden zum Herstellen eines Sinterpressteils. Beispielhafte und nicht beschränkende Anwendungen umfassen beispielsweise magnetische Anwendungen, wie etwa Magnetkreiskomponenten, beispielsweise Ankerplatte und Magnetkern, im Fahrzeugbau beziehungsweise Motorenbau. Weitere Anwendungen umfassen beispielsweise flussführende Komponenten in elektrischen Antrieben oder andere Aktoren.
Im Detail können die gezeigten Granalien hergestellt werden unter Verwendung einer Pulvermasse umfassend Metallpartikel mit einer Größenverteilung mit einem D50-Wert oder einem D90-Wert von größer oder gleich 1μm bis kleiner oder gleich 50μm, insbesondere größer oder gleich 5μm bis kleiner oder gleich 30μm, beispielsweise größer oder gleich 7μm bis kleiner oder gleich 15μm. Dabei können sich die vorgenannten Partikelgrößen somit insbesondere auf einen mittleren Partikeldurchmesser (D50 oder D90) beziehen. Die Metallpartikel können dabei eine Eisen-Cobalt- Legierung und/oder eine Eisen-Chrom-Legierung aufweisen. Insbesondere kann die Eisen-Cobalt-Legierung einen Cobaltanteil von größer oder gleich 1% bis kleiner oder gleich 60%, insbesondere von größer oder gleich 17% bis kleiner oder gleich 50% aufweisen. Bezüglich der Eisen-Chrom-Legierung kann diese etwa einen Chromanteil von größer oder gleich 10% bis kleiner oder gleich 30% aufweisen, wobei der Chromanteil etwa für korrosionsbeständige Magnetwerkstoffe beispielhaft in einem Bereich von größer oder gleich 12% bis kleiner oder gleich 18% liegen kann. Beispielsweise können die Metallpartikel eine FeCo49V2-Legierung aufweisen. Ferner sind Legierungen von Eisen und/oder Cobalt mit Chrom möglich, um beispielsweise Bauteile mit einer erhöhten Korrosionsbeständigkeit zu erhalten.
Alternativ oder zusätzlich können die Metallpartikel ein hochlegiertes Metall mit einem Legierungsanteil von größer oder gleich 5%, insbesondere größer oder gleich 10% umfassen.
Derartige Metallpartikel können zu Granalien in einem Größenbereich von größer oder gleich 50μm bis kleiner oder gleich 300μm, insbesondere größer oder gleich 100μm bis kleiner oder gleich 200μm granuliert werden, insbesondere unter Verwendung eines organischen Binders, wie in 1 und 2 rein schematisch gezeigt ist.
Zum Herstellen eines Sinterpressteils können die Granalien in einem oder mehreren weiteren Verfahrensschritten in einer Pressmatrize unter erhöhtem Druck, wie etwa in einem Bereich von kleiner oder gleich 800MPa, insbesondere bei einem Druck in einem Bereich von größer oder gleich 200MPa bis kleiner oder gleich 700MPa, gepresst werden und ferner mit erhöhter Temperatur, wie beispielsweise in einem Bereich von größer oder gleich 1200°C bis kleiner oder gleich 1400°C, beispielsweise bei 1300°C, behandelt werden. Die Temperaturbehandlung kann dabei in einer Argonatmosphäre oder in einer Wasserstoffatmosphäre, beispielsweise für einen Zeitraum von ungefähr 3 Stunden durchgeführt werden.
Ein derartig hergestelltes Sinterpressteil beziehungsweise das Gefüge eines derartigen Sinterpressteils ist in der 3 gezeigt. Es ist zu erkennen, dass nur wenige und kleine Poren vorliegen und diese homogen in dem Bauteil verteilt sind. Somit liegt ein Bauteil hoher Pressdichte beziehungsweise Bauteildichte mit homogenen Eigenschaften vor.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2364798 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Sinterpressteils, umfassend die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen einer Pulvermasse umfassend Metallpartikel mit einem D50-Wert oder einem D90-Wert in einem Bereich von größer oder gleich 1µm bis kleiner oder gleich 50μm, insbesondere größer oder gleich 5μm bis kleiner oder gleich 30μm, beispielsweise größer oder gleich 7μm bis kleiner oder gleich 15μm; b) Granulieren der Metallpartikel zu Granalien in einem Größenbereich von größer oder gleich 50μm bis kleiner oder gleich 300μm, insbesondere größer oder gleich 100μm bis kleiner oder gleich 200μm; c) Pressen der Granalien in einer Pressmatrize unter erhöhtem Druck; und d) Behandeln der gegebenenfalls gepressten Granalien mit erhöhter Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Metallpartikel ein hochlegiertes Metall mit einem Legierungsanteil von größer oder gleich 5% umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Metallpartikel eine Eisen-Cobalt-Legierung und/oder eine Eisen-Chrom-Legierung aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Eisen-Cobalt-Legierung einen Cobaltanteil von größer oder gleich 1% bis kleiner oder gleich 60%, insbesondere von größer oder gleich 17% bis kleiner oder gleich 50% aufweist, und/oder wobei die Eisen-Chrom-Legierung einen Chromanteil von größer oder gleich 11% bis insbesondere kleiner oder gleich 18% aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Metallpartikel in Verfahrensschritt b) mit einem organischen Binder granuliert werden, wobei der organische Binder Polyvinylalkohol oder ein Derivat hiervon und gegebenenfalls ein Polyol umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Sintern gemäß Verfahrensschritt d) bei einer Temperatur in einem Bereich von größer oder gleich 1200°C bis kleiner oder gleich 1400°C, beispielsweise bei 1300°C durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Behandeln mit erhöhter Temperatur gemäß Verfahrensschritt d) in einer Argonatmosphäre oder in einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Pressen der Granalien gemäß Verfahrensschritt c) bei einem Druck in einem Bereich von kleiner oder gleich 800MPa, insbesondere bei einem Druck in einem Bereich von größer oder gleich 200MPa bis kleiner oder gleich 700MPa, durchgeführt wird.
Sinterpressteil, hergestellt gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Verwendung von granulierten Metallpartikeln, insbesondere von Partikeln einer Eisen-Cobalt-Legierung und/oder einer Eisen-Chrom-Legierung, zum Herstellen eines Sinterpressteils.