DE10227403B3

DE10227403B3 - Pulvermetallurgisch erzeugter Formkörper und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10227403B3
Application number: DE10227403A
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr.-Ing. Schneider; Bernd Prof. Dr.-Ing. Kieback; Thomas Dr.-Ing. Weissgärber
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-06-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von pulvermetallurgisch erzeugten Formkörpern und einen Werkstoff dazu. Der Formkörper wird aus einer Basismetallpulverkomponente und einer beigegebenen Zusatzmetallpulverkomponente hergestellt. Die Zusatzmetallpulverkomponente besteht aus zwei Pulverbestandteilsgruppen, die legiert werden und aus dem Oxidationsschutz der Basismetallpulverkomponente dienenden Werkstoffen und in der anderen Gruppe aus Werkstoffen besteht, die es erlauben, den Schmelzpunkt der Zusatzmetallpulverkomponente zu verändern. Bei der Sinterung des pulvermetallurgisch hergestellten Werkstoffes bzw. Formkörpers entsteht erst ein starr verfestigtes und poröses Formteil aus den Bestandteilen der Basismetallpulverkomponente und anschließend beim Fertigsintern bildet sich aus der Zusatzmetallpulverkomponente eine oxidationsbeständige Legierung in und um das poröse Formteil aus der Basismetallpulverkomponente.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von pulvermetallurgisch erzeugten Formkörpern durch Sintern und einen Werkstoff dazu, wobei der Formkörper aus metallischen Hauptpulverbestandteilen und damit vermischten weiteren Zusatzpulverbestandteilen besteht, mit den Merkmalen der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 13 beschriebenen Gattungen.

Hitzebeständige und gegen Oxidation geschützte, d, h. zunderbeständige Stähle und Gusseisenwerkstoffe stehen heute in verschiedenen Ausführungen und Sortimenten zur Verfügung. Derartige nichtpulvermetallurgisch hergestellte Stähle und Gusseisen sind in der Regel als umwandlungsfreie ferritische oder austenitische Eisenbasiswerkstoffe ausgeführt, die neben höheren Gehalten an Chrom oder auch an Chrom und Nickel zusätzlich Silicium und/oder Aluminium enthalten. Derartige Aluminide sind z.B. in S.C. Deevi et al., „Nickel and iron aluminides: an overview on properties, processing, and applications" Intermetallics 4, 1996, 357 beschreiben. Bei Aluminium und Silicium handelt es sich um Stoffe, die leichter oxidierbar sind als Eisen, deshalb können Aluminium und Silicium das Eisen schützen, wenn sich in der Zunderschicht des Eisens Al₂O₃ oder SiO₂ anreichern. Durch Aluminium und Silicium wird die Zunderschicht sehr dicht und behindert die weitere Oxidation des Eisens oder Stahles. Durch Chromzusatz kann diese Oxidationsbeständigkeit in ihrer Wirkung noch verstärkt werden.

Pulvermetallurgisch hergestellte Stähle wie Sinterstähle mit Zusatz von Aluminium oder Silicium sind auf dem Markt nicht verfügbar. Die immer umfangreichere Anwendung von pulvermetallurgisch hergestellten Produkten wie Formteilen, die besonders höheren Temperaturen standhalten sollen, wie beispielsweise auf dem Gebiet der wartungsfreien Lager oder als Bauteile im Abgasstrang von Verbrennungsmotoren, erfordert jedoch eine Verbesserung der Hitze- und Oxidationsbeständigkeit insbesondere auch bei erhöhten Temperaturen für diese Bauteile. Es gibt zwar weitverbreitet zahlreiche Bemühungen und umfangreiche Entwicklungsarbeiten zur Herstellung von intermetallischen Verbindungen aus Eisen, Nickel oder Titan mit Aluminium mit dem Ziel, eine Herstellung extrem oxidationsbeständiger Hochtemperaturwerkstoffe zu ermöglichen, jedoch ist die pulvermetallurgische Herstellung von Bauteilen oder Werkzeugen aus diesen vorzitierten Werkstoffen sehr kostspielig. In Folge der hohen Affinität der Elemente Aluminium und Silicium zu Sauerstoff sind Pulverteilchen, die aus Aluminium oder Silicium bestehen oder stark mit Aluminium und Silicium angereichert sind, stets mit einer dichten Schicht aus Al₂O₃ oder SiO₂ bedeckt. Diese Oxidationsschichten aus Al₂O₃ oder SiO₂ stellen für das Sintern und für Legierungsvorgänge durch Diffusion eine undurchdringbare Barriere dar.

Die Barrieren aus den Oxidschichten Al₂O₃ oder SiO₂ verhindern deshalb, Sinterstähle pulvermetallurgisch durch Zumischen von Pulverbestandteilen aus Silicium oder Aluminium zu legieren. Diese Oxidschichten aus Aluminium oder Silicium werden erst aufgebrochen, wenn ein Pulverteilchen aus Aluminium oder Silicium schmilzt. Nicht beim Silicium aber beim Aluminium wäre es theoretisch technisch realisierbar auf Grund des niedrigen Schmelzpunktes des Aluminiums, ein Schmelzen der Aluminiumpulverteile beim Sintern von Eisen oder Stahl zu ermöglichen. Die in der Praxis durchgeführten Versuche haben aber gezeigt, dass die entstehende Aluminiumschmelze zwischen die noch nicht miteinander versinterten Eisenpulverteilchen eindringt und dort intermetallische Phasen bildet, wodurch es zur Schwellung des Sinterkörpers kommt. Gleichzeitig ist damit eine hohe Porosität und ein extremer Festigkeitsverlust für das gesinterte Teil verbunden.

Aus den vorstehend aufgeführten Gründen beschränkt sich deshalb der Stand der Technik bei pulvermetallurgisch hergestellten Werkstoffen auf die in der Herstellung technologisch relativ aufwendigen Chrom- oder Chrom/Nickel-Eisenstähle (z.B. offenbart in der DE 42 31 695 A1 ), die beispielsweise zur Herstellung von Auspuffflanschen verwendet werden, oder es werden die technologisch weniger aufwendigen Legierungen aus Eisen, Nickel und Kupfer angewandt, die in der Praxis beispielsweise für wartungsfreie Lager bei einem Einsatz von Temperaturen bis 650°C Verwendung finden. Die Nachteile von derartigen pulvermetallurgisch hergestellten Chrom- oder Chrom/Nickel-Stählen sind ein hoher zu treibender technologischer Aufwand, beispielsweise verursacht durch die schlechte Verpressbarkeit der genannten Metallpulver und darüber hinaus auch die für die Herstellung erforderlichen Sinterbedingungen, die eine höhere Temperatur und vor allem viel reinere Schutzgasatmosphären verlangen als sie bei der Herstellung üblicher Sinterstähle angewendet werden können. Dadurch wird die Herstellung von Chrom- oder Chrom/Nickel-Stählen erheblich verteuert.

Da Chrom als Legierungselement bei Anwesenheit von Kohlenstoff stark zur Karbidbildung neigt und das Chrom, wenn es als Karbid gebunden ist, seine vorteilhaften Eigenschaften nicht mehr besitzt und nicht zur Geltung bringen kann, ist die Verwendung kostengünstiger kohlenstoffhaltiger Sinteratmosphären bei Chrom wegen der Karbidbildung damit ebenso ausgeschlossen wie die wünschenswerte Verwendung von Graphit in der Funktion eines Trockenschmierstoffes bei der Herstellung von wartungsfreien und pulvermetallurgisch hergestellten Lagern für die Anwendung bei Temperaturen bis zu 750°C.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von pulvermetallurgisch erzeugten Formkörpern durch Sintern und einen Werkstoff dazu zu schaffen, um eine preiswerte Herstellung z. B. mit kostengünstiger kohlenstoffhaltiger Sinteratmosphäre und darüber hinaus die Verwendung von preisgünstigen und gut pressbaren Ausgangspulverbestandteilen zu ermöglichen. Der Werkstoff sollte ferner eine hohe Beständigkeit gegen Verzundern bei hohen Temperaturen aufweisen und ferner die Verwendung von Graphit als Trockenschmierstoff bei wartungsfreien Lagern und hohen Temperaturen zulassen und schließlich die Schwellung des gesinterten Formkörpers bzw. Werkstoffes und dadurch verursachten extremen Festigkeitsverlust des Formkörpers bei seiner pulvermetallurgischen Herstellung vermeiden.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 13 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungsgegenstände sind in den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 12 und 14 bis 22 gekennzeichnet.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass zu einer Basismetallpulverkomponente, die beispielsweise aus Eisen- oder Sinterstahlpulverbestandteilen besteht, eine Zusatzmetallpulverkomponente gegeben wird, die einen besonderen Aufbau hat. Die Zusatzmetallpulverkomponente besteht aus zwei Pulverbestandteilsgruppen, nämlich einer ersten Pulverbestandteilsgruppe die Pulverbestandteile enthält, die als Oxidationsschutz der Basismetallpulverkomponente also beispielsweise dem Sinterstahl dienende Werkstoffe ausgebildet sind. Wie bereits einleitend geschildert, haben beispielsweise die Elemente Silicium und Aluminium die Eigenschaft, die Eisen- oder Sinterstahlpulverbestandteile mit einer Oxidationsschicht zu versehen. Dies geschieht jedoch bereits bei einer Temperatur, bei der das Eisen oder der Sinterstahl noch nicht in der Lage ist, Sinterkontakte mit den benachbarten Eisen- oder Sinterstahlpulverbestandteilen zu bilden. Aus diesem Grunde ist die zweite Pulverbestandteilsgruppe der Zusatzmetallpulverkomponente mit ausgewählten Werkstoffen bzw. deren Pulverbestandteilen belegt, die unterschiedliche und zwar jeweils entgegengesetzte höhere oder niedere Schmelzpunkte aufweisen als die dem Oxidationsschutz dienenden Pulverbestandteile der ersten Pulverbestandteilsgruppe der Zusatzmetallpulverkomponente. Das heißt, ein dem Oxidationsschutz der Basismetallpulverkomponente dienender Werkstoffbestandteil der ersten Pulverbestandteilsgruppe mit niedrigem Schmelzpunkt wird in der zweiten Pulverbestandteilsgruppe ein Werkstoff gegenüber gestellt, der einen hohen Schmelzpunkt aufweist.

Nun wird die Zusatzpulverkomponente nur vorgefertigt verwendet, d. h. wiederum, dass die Zusatzmetallpulverkomponenten allein in Form einer Legierung von zwei Pulverbestandteilsgruppen zur Herstellung des Formkörpers angewendet werden. Durch die vorstehend geschilderte Paarung bzw. Kombination von Bestandteilen der ersten Pulverbestandteilsgruppe mit niedrigem Schmelzpunkt und einem Bestandteil der zweiten . Pulverbestandteilsgruppe mit hohem Schmelzpunkt entsteht ein neuer Schmelzpunkt und zwar der Schmelzpunkt der legierten Zusatzmetallpulverkomponente, der durch entsprechende Dosierung sowohl der Art der Werkstoffe wie auch ihrer Schmelztemperaturen in einem Temperaturbereich unterhalb der gewählten Sintertemperatur und in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Basismetallpulverwerkstoffen über der Temperatur bei Beginn der Ausbildung von Sinterkontakten durch Diffusion einer Basismetallkomponente liegt. Das geschilderte erfindungsgemäße Verfahren und die Zusammensetzung des Werkstoffes zur pulvermetallurgischen Herstellung des Formkörpers ermöglicht es also, den Schmelzpunkt der Zusatzmetallpulverkomponente beim Sintern so hoch zu legen, dass in dem Temperaturbereich des Beginns der Ausbildung von Sinterkontakten durch Diffusion der Basismetallpulverkomponente, also beispielsweise den Eisen- oder Sinterstahlpulverteilchen, eine ungestörte Diffusion der Basismetallpulverbestandteile vor sich gehen kann, ohne dass bereits das in der Legierung der Zusatzmetallpulverkomponente enthaltene Aluminium schmilzt und damit eine Verbindung der Metallpulverteilchen des Basismetallwerkstoffes verhindert.

Wie vorstehend geschildert kann sich also in dem Formkörper bei Sinterbeginn zuerst ein starr verfestigtes und poröses Formteil ausbilden, das ausschließlich aus den Pulverbestandteilen der Basismetallpulverkomponente also dem Eisen- oder dem Sinterstahl besteht. Erst anschließend in dem höheren Temperaturbereich, der während des Fertigsinterns durchlaufen wird, schmilzt die Legierung der Zusatzmetallpulverkomponente und damit schmilzt auch der dem Oxidationsschutz der Basismetallpulverkomponente dienende Pulverbestandteil also beispielsweise Aluminium und bildet nun eine Oxidationsschicht in und um das poröse Formteil aus der Basispulverkomponente aus, indem es die vorhandenen Poren füllt und eine Umhüllung um das Formteil bildet. Beim Schmelzen der Zusatzmetallpulverkomponente wird auch die zweite Pulverbestandteilsgruppe bzw. deren Stoffe durch Schmelzen frei. Die Werkstoffe der zweiten Pulverbestandteilsgruppe der Zusatzmetallpulverkomponente wurden nicht nur nach ihrem Schmelzpunkt ausgewählt, wie bereits geschildert, sondern auch gleichzeitig zur Erfüllung einer weiteren Funktion als geeignete Legierungswerkstoffe für die Bestandteile der Basispulverkomponente ausgesucht. Es werden also Werkstoffe für die zweite Pulverbestandteilsgruppe der Zusatzmetallpulverkomponente für die Legierung und Verbesserung der Eigenschaften der Basismetallpulverkomponenten wie beispielsweise für den Sinterstahl geeignete Werkstoffe wie Nickel usw. ausgewählt.

Nachstehend wird die Erfindung noch näher erläutert. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, wobei insbesondere Formkörper für hohe Temperaturbelastungen bis zu 750°C und Formkörper hergesellt werden sollen, die oxidationsbeständig sind. Anstelle der bisher technologisch und kostenmäßig aufwendigen Herstellung von hitze- und zunderbeständigen Formkörpern aus Chrom- oder Chrom/Nickel-Stählen wird bei der vorliegenden Erfindung eine Basismetallpulverkomponente wie beispielsweise legiertes oder unlegiertes Eisen oder Sinterstähle in Pulverform gewählt und eine Zusatzmetallpulverkomponente zu den Eisen- oder Sinterstahlpulverbestandteilen gegeben, also ein Werkstoff der pulvermetallurgisch durch Druckeinwirkung oder Beimengung von Bindemitteln und anschließendes Sintern erzeugt wird. Um zu vermeiden, dass beim Sintern bei den Eisen- oder Sinterstahlpulverbestandteilen zum Schutz gegen Oxidation beigegebenes Aluminium oder Silicium mit den Pulverbestandteilen der Basismetallpulverkomponente aus Eisen oder Sinterstahl reagiert, bevor sich die Pulverbestandteile der Basispulverkomponente miteinander durch Diffusion beim Sintern verbunden haben, ist die Zusatzmetallpulverkomponente gemäß der Erfindung besonders ausgebildet.

Zu diesem Zweck besteht die Zusatzmetallpulverkomponente aus einer ersten und einer zweiten Pulverbestandteilsgruppe. Die Werkstoffe der ersten Pulverbestandteilsgruppe werden so ausgewählt, dass sie geeignet sind, den Oxidationsschutz der Basismetallpulverkomponenten also beispielsweise legierte oder unlegierte Eisenpulverbestandteile oder Sinterstahlbestandteile zu übernehmen. Dafür geeignet sind beispielsweise Aluminium und Silicium. Die Zusatzmetallpulverkomponente besteht noch aus einer zweiten Pulverbestandteilsgruppe, deren Werkstoffe derart gewählt werden, dass die Werkstoffe der zweiten Pulverbestandteilsgruppe sowohl geeignet sind bestimmte Funktionen gegenüber den Werkstoffen der ersten Pulverbestanteilsgruppe als auch Funktionen gegenüber dem Werkstoff der Basismetallpulverkomponente zu übernehmen. Die Funktion der Werkstoffe der zweiten Pulverbestandteilsgruppe der Zusatzmetallpulverkomponente gegenüber der Basismetallpulverkomponente besteht darin, dass die Werkstoffe der zweiten Pulverbestandteilsgruppe derart ausgewählt werden, dass sie sich jeweils für sich als Legierungswerkstoff für die Bestandteile der Basismetallpulverkomponente eignen, also beispielsweise geeignet sind mit Eisen- oder Sinterstahl-Pulverbestandteilen eine auf den gewünschten Anwendungszweck des Formkörpers beziehbare Werkstoffeigenschaften zu ermöglichen wie etwa. Festigkeit oder Temperaturbeständigkeit der Basismetallpulverkomponente zu beeinflussen.

Die Funktion der Werkstoffe der zweiten Pulverbestandteilsgruppe der Zusatzmetallpulverkomponente gegenüber den Werkstoffen der ersten dem Oxidationsschutz der Basismetallpulverkomponente dienenden Werkstoffe besteht darin, dass die Werkstoffe der zweiten Pulverbestandteilsgrup e jeweils entgegengesetzte entweder höhere oder niedere Schmelzpunkte gegenüber den Schmelzpunkten der Werkstoffe der ersten Pulverbestandteilsgruppe besitzen. Da die Zusatzmetallpulverkomponente vorgefertigt wird, und zwar in Form einer Legierung der Werkstoffe der ersten Pulverbestandteilsgruppe, die dem Oxidationsschutz dient, und den Werkstoffen der zweiten Pulverbestandteilsgruppe, erreicht man durch die Legierung eines Werkstoffes der ersten Pulverbestandteilsgruppe der beispielsweise einen niedrigen Schmelzpunkt hat wie Aluminium, mit einem Werkstoff der zweiten Pulverbestandteilsgruppe, der einen weit höheren Schmelzpunkt besitzt als das Aluminium, durch entsprechende Dosierung erst den nun entstehenden neuen Schmelzpunkt der Zusatzmetallpulverkomponente in einem Temperaturbereich unterhalb der gewählten Sintertemperatur und in Abhängigkeit der jeweils verwendeten Werkstoffe der Basismetallpulverkomponente über der Temperatur bei Beginn der Ausbildung von Sinterkontakten durch Diffusion bei der Basismetallpulverkomponente liegt.

Durch eine gezielte Auswahl der Werkstoffe der ersten und der zweiten Pulverbestandteilsgruppe mit den gewünschten Eigenschaften beispielsweise den Schmelzpunkten lässt sich durch Legieren also erreichen, dass der Schmelzpunkt der vorlegierten Zusatzmetallpulverkomponente genau über den Temperaturbereich zu liegen kommt, der es ermöglicht, dass die Eisen- oder Sintermetallpulverbestandteile in dem Ausgangstemperaturbereich bei Sinterbeginn noch eine Ausbildung der Sinterkontakte durch Diffusion der Eisen oder Sintermetallpulverbestandteile ermöglicht, ohne dass die Bildung dieser Sinterkontakte durch die Bestandteile der Zusatzmetallpulverkomponenten beeinflusst wird, d. h. es wird die Bildung dieser Sinterkontakte der Basismetallpulverkomponente durch Diffusion am Anfang des Sinterns nicht verhindert, da die den Oxidationsschutz der Basismetallpulverkomponente dienenden Werkstoffe der Zusatzmetallpulverkomponente noch in der Legierung gebunden sind und noch nicht durch Schmelzen die Bildung von Sinterkontakten durch Diffusion stören können. Die Zusatzmetallpulverkomponente kommt deshalb bei der Herstellung von pulvermetallurgischen erzeugten Formkörpern oder bei der pulvermetallurgischen Herstellung des Werkstoffes an sich nur in Form einer Legierung aus den zwei Pulverbestandteilsgruppen der Zusatzmetallpulverkomponente in Anwendung.

Die temperaturmäßige Trennung der Schmelzpunkte der Basismetallpulverkomponente und der Zusatzmetallpulverkomponente ermöglicht es also, dass der pulvermetallurgisch hergestellte Formkörper bei Sinterbeginn ausschließlich durch die Pulverbestandteile der Basismetallpulverkomponente also dem Eisen oder dem Sinterstahl zuerst als ein starr verfestigtes und poröses Formteil entsteht und dass sich erst zeitlich anschließend mit dem gegenüber dem Sinterbeginn höheren Temperaturbereich des Fertigsinterns durch das Schmelzen der Zusatzmetallpulverkomponente im Bereich des Fertigsinterns eine Vermischung der beiden Pulverbestandteilsgruppen der Zusatzmetallpulverkomponente mit dem bereits vorhandenen starr verfestigten und porösen Formteil aus der Basismetallpulverkomponenten ergibt.

Geht man von Eisen aus, so beginnt die Bindung von Sinterkontakten schon etwa bei 900°C. Der Schmelzpunkt der aus einer Legierung bestehenden Zusatzmetallpulverkomponente wird durch die entsprechende Auswahl der Werkstoffe etwa in den Bereich von 950°C bis etwa 1080°C gelegt. Die Sintertemperatur von Stählen liegt üblicherweise bei 1120°C in einer Schutzgasatmosphäre. Aus dem vorstehend gegebenen Beispiel wird offenbar, dass in dem Bereich von etwa 900 bis 950°C allerdings immer in Abhängigkeit der gewählten Werkstoffe der Basismetallpulverkomponente die Bildung des starr verfestigten und porösen Formteils ausschließlich aus den Bestandteilen der Eisen- und Sinterstahlpulverbestandteile erfolgt. Erst danach in dem Bereich von etwa 950°C bis etwa 1080°C schmilzt die durch Legierung ausgebildete Zusatzmetallpulverkomponente.
Die Wahl des Schmelzpunktes der Zusatzmetallpulverkomponente erfolgt derart, dass bei Vorliegen einer Schmelztemperatur der Werkstoffe der ersten dem Oxidationsschutz dienenden Pulverbestandteilsgruppe der Zusatzmetallpulverkomponente unterhalb der Temperatur bei Beginn der Ausbildung von Sinterkontakten durch Diffusion bei der Basismetallpulverkomponente die Schmelztemperatur der Werkstoffe der zweiten Pulverbestandteilsgruppe der Zusatzmetallpulverkomponente über der gewählten Sintertemperatur liegt. Bei umgekehrten Verhältnissen erfolgt die Wahl des Schmelzpunktes der Zusatzmetallpulverkomponente dadurch, dass bei Vorliegen einer Schmelztemperatur der Werkstoffe der ersten dem Oxidationsschutz dienenden Pulverbestandteilsgruppe der Zusatzmetallpulverkomponente oberhalb der gewählten Sintertemperatur die Schmelztemperatur der Werkstoffe der zweiten Pulverbestandteilsgruppe der Zusatzmetallpulverkomponente unter der gewählten Sintertemperatur liegen.
Die Legierungen der Zusatzmetallpulverkomponente können aus folgenden Werkstoffen bzw. Werkstoffanteilen bestehen. Die erste Pulverbestandteilsgruppe der Zusatzmetallpulverkomponente kann aus Aluminium, Silicium oder anderen als Oxidationsschutz für die Basismetallpulverkomponente dienenden Werkstoffen bestehen. Die zweite Pulverbestandteilsgruppe der Zusatzmetallpulverkomponente besteht aus Nickel, Kupfer oder dergleichen. Die Basismetallpulverkomponente besteht aus legiertem oder unlegiertem Eisenpulver, Sinterstahl oder anderen zu dem Zweck einer Basismetallpulverkomponente zur Ausbildung von Formteilen oder eines Werkstoffes geeigneten Elementen. Als besonderes geeignet für die Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffes bzw. des pulvermetallurgisch hergestellten Formkörpers haben sich Legierungen der Zusatzmetallpulverkomponente aus 33 Gewichtsprozenten Silicium und der Rest aus Nickel erwiesen, ferner eine Legierung der Zusatzmetallpulverkomponente aus 30 Gewichtsprozenten Silicium und der Rest aus Kupfer oder eine Legierung der Zusatzmetallpulverkomponente aus 20 Gewichtsprozenten Aluminium und der Rest aus Kupfer.
Es lassen sich aber auch Legierungen aus der aluminiumreichen Seite des Systems Aluminium-Chrom oder Aluminium-Nickel anwenden. Die Zusatzmetallpulverkomponente wird im vorlegierten Zustand z. B. der Basismetallpulverkomponente vor dem Sintern zugegeben, gemischt und anschließend zu einem Formkörper gepresst. Die Zusatzmetallpulverkomponente kann jedoch auch nach der Herstellung des nur aus Pulverbestandteilen der Basismetallpulverkomponente bestehenden sowie bereits gesinterten und deshalb porös ausgebildeten Formkörpers zugegeben werden, indem beispielsweise die bereits legierte Zusatzpulverkomponente durch Schmelzen, durch Tränken oder dergleichen Verfahren von der Zusatzmetallpulverkomponente gefüllt, umhüllt und die Werkstoffe der zweiten Pulverbestandteilsgruppe eine Verbindung mit den Werkstoff der Basismetallpulverkomponente eingegangen sind. Der erfindungsgemäß erzeugte Werkstoff lässt sich aufgrund der besonderen Eigenschaft der Zusatzmetallpulverkomponente also in kostengünstiger Atmosphäre, indem z. B. teilverbranntes Erdgas verwandt wird, bei 1120° sintern. Es können dazu preisgünstige und gut pressbare Ausgangspulverbestandteile verwendet werden. Die Substitution der teuren Werkstoffe wie Chrom- Nickel- Stahl und Tribaloy für tribologische Anwendungen ist durch den erfindungsgemäßen Werkstoff möglich. Es lässt sich außerdem Graphit als Trockenschmierstoff in den pulvermetallurgisch hergestellten Werkstoff bzw. Formkörper einbauen. Die durch den erfindungsgemäßen Werkstoff erhöhte Zunderbeständigkeit lässt eine Erhöhung der Anwendungstemperaturen in der Praxis zu. Es ist auch möglich, einen Silicium- legierten Chrom-Nickel-Stahl herzustellen, wenn von Chrom-Stahl ausgegangen wird und Nickel und Silicium über einen entsprechende Legierung zugegeben wird. In diesem Fall ist es allerdings dann wieder erforderlich, besonders reine Atmosphären wie beispielsweise Wasserstoff oder Ammoniak-Spaltgas zu verwenden.

Claims

Verfahren zur Herstellung von pulvermetallurgisch erzeugten Formkörpern aus einer Basismetallpulverkomponente und damit vermischten Zusatzpulverbestandteilen, die teilweise zum Schutz vor Oxidation dienen, durch Sintern, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Basismetallpulverkomponente eine vorgefertigte Zusatzmetallpulverkomponente gegeben wird, die aus einer ersten und einer zweiten Pulverbestandteilsgruppe besteht, wobei die Werkstoffe der ersten Pulverbestandteilsgruppe dem Oxidationsschutz der Basismetallpulverkomponente dienen und so ausgewählt werden, dass sie im Verhältnis zu den Werkstoffen der zweiten Pulverbestandteilsgruppe jeweils entgegengesetzte höhere oder niedrigere Schmelzpunkte aufweisen und die Werkstoffe der ersten und der zweiten Pulverbestandteilsgruppe außerdem so gewählt werden, dass der Schmelzpunkt oder die Liquidustemperatur der Zusatzmetallpulverkomponente in einem Temperaturbereich unterhalb der gewählten Sintertemperatur und über der Temperatur liegt, bei der sich durch Diffusion in der Basismetallpulverkomponente Sinterkontakte auszubilden beginnen, dass weiter das Sinterverfahren so durchgeführt wird, dass in einem ersten Sinterschritt die Temperatur so gewählt wird, dass der Formkörper als ein starr verfestigtes und poröses Formteil, das ausschließlich aus den Pulverbestandteilen der Basismetallpulverkomponente besteht, entsteht, und dass beim anschließenden Fertigsintern die Temperatur so gewählt wird, dass die Zusatzmetallpulverkomponente schmilzt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe der zweiten Pulverbestandteilsgruppejeweils für sich als geeigneter Legierungswerkstoff für die Bestandteile der Basismetallpulverkomponente ausgewählt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe der ersten und der zweiten Pulverbestandteilsgruppe so gewählt werden, dass die Schmelztemperatur der Werkstoffe der ersten Pulverbestandteilsgruppe unterhalb der Temperatur, bei der sich durch Diffusion in der Basismetallpulverkomponente Sinterkontakte auszubilden beginnen, liegt und die Schmelztemperatur der Werkstoffe der zweiten Pulverbestandteilsgruppe über der gewählten Sintertemperatur liegt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe der ersten und der zweiten Pulverbestandteilsgruppe so gewählt werden, dass die Schmelztemperatur der Werkstoffe der ersten Pulverbestandteilsgruppe oberhalb der gewählten Sintertemperatur und die Schmelztemperatur der Werkstoffe der zweiten Pulverbestandteilsgruppe unter der gewählten Sintertemperatur liegt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Basismetallpulverkomponente legiertes oder unlegiertes Eisenpulver, Sinterstahl oder dergleichen eingesetzt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Pulverbestandteilsgruppe Aluminium, Silicium, oder andere Werkstoffe, die dem Oxidationsschutz der Basismetallpulverkomponente dienen, eingesetzt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Pulverbestandteilsgruppe Nickel, Kupfer oder dergleichen eingesetzt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzmetallpulverkomponente eine Legierung eingesetzt wird, die aus 33 Gewichtsprozenten Silicium und zum Rest aus Nickel besteht.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzmetallpulverkomponente eine Legierung eingesetzt wird, die aus 30 Gewichtsprozenten Silicium und zum Rest aus Kupfer besteht.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzmetallpulverkomponente eine Legierung eingesetzt wird, die aus 20 Gewichtsprozenten Aluminium und zum Rest aus Kupfer besteht.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzmetallpulverkomponente im vorlegierten Zustand der Basismetallpulverkomponente vor dem Sintern zugegeben, gemischt und anschließend zu einem Formkörper verpresst wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der nur aus den Pulverbestandteilen der Basismetallpulverkomponente bestehende sowie bereits gesinterte und deshalb porös ausgebildete Formkörper mit der bereits im vorlegierten Zustand befindlichen Zusatzmetallpulverkomponente durch Schmelzen, durch Tränken oder dergleichen Verfahren von der Zusatzmetallpulverkomponente durchdrungen wird.
Pulvermetallurgisch durch Sintern erzeugter Formkörper, aus einer Basismetallpulverkomponente und Zusatzpulverbestandteilen, die teilweise zum Schutz vor Oxidation dienen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzpulverbestandteile aus einer ersten Pulverbestandteilsgruppe und einer zweiten Pulverbestandteilsgruppe bestehen, wobei die Werkstoffe der ersten Pulverbestandteilsgruppe dem Oxidationsschutz der Basismetallpulverkomponente dienen und im Verhältnis zu den Werkstoffen der zweiten Pulverbestandteilsgruppe jeweils entgegengesetzte höhere oder niedrigere Schmelzpunkte aufweisen, und dass die Werkstoffe der ersten und der zweiten Pulverbestandteilsgruppe derart gewählt sind, dass eine daraus herstellbare Zusatzmetallpulverkomponente einen Schmelzpunkt oder eine Liquidustemperatur aufweist, der/die unterhalb der Sintertemperatur, die für die Herstellung des Formkörpers benötigt wird, liegt, und über der Temperatur liegt, bei der sich Sinterkontakte durch Diffusion in der Basismetallpulverkomponente auszubilden beginnen.
Formkörper nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe der zweiten Pulverbestandteilsgruppe mit den Bestandteilen der Basismetallpulverkomponente Legierungen bilden.
Formkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelztemperatur der Werkstoffe der ersten Pulverbestandteilsgruppe unterhalb einer Temperatur liegt, bei der sich Sinterkontakte durch Diffusion in der Basismetallpulverkomponente auszubilden beginnen und die Schmelztemperatur der Werkstoffe der zweiten Pulverbestandteilsgruppe über der Sintertemperatur, die für die Herstellung des Formkörpers benötigt wird, liegt.
Formkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelztemperatur der Werkstoffe der ersten Pulverbestandteilsgruppe oberhalb der Sintertemperatur, die für die Herstellung des Formkörpers benötigt wird, und die Schmelztemperatur der Werkstoffe der zweiten Pulverbestandteilsgruppe unter dieser Sintertemperatur liegt.
Formkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Basismetallpulverkomponente aus legiertem oder unlegiertem Eisenpulver, Sinterstahl oder dergleichen besteht.
Formkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pulverbestandteilsgruppe aus Aluminium, Silicium oder anderen als Oxidationsschutz für die Basismetallpulvergruppe dienenden Werkstoffen besteht.
Formkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Pulverbestandteilsgruppe aus Nickel, Kupfer oder dergleichen besteht.
Formkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe der ersten und der zweiten Pulverbestandteilsgruppe derart gewählt sind, dass eine daraus gebildete Zusatzmetallpulverkomponente aus 33 Gewichtsprozenten Silicium und der Rest aus Nickel besteht.
Formkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe der ersten und der zweiten Pulverbestandteilsgruppe derart gewählt sind, dass eine daraus gebildete Zusatzmetallpulverkomponente aus 30 Gewichtsprozenten Silicium und der Rest aus Kupfer besteht.
Formkörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe der ersten und der zweiten Pulverbestandteilsgruppe derart gewählt sind, dass eine daraus gebildete Zusatzmetallpulverkomponente aus 20 Gewichtsprozenten Aluminium und der Rest aus Kupfer besteht.