DE1129711B - Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung geformter Metallkoerper - Google Patents

Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung geformter Metallkoerper

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DE1129711B
DE1129711B DEH25828A DEH0025828A DE1129711B DE 1129711 B DE1129711 B DE 1129711B DE H25828 A DEH25828 A DE H25828A DE H0025828 A DEH0025828 A DE H0025828A DE 1129711 B DE1129711 B DE 1129711B
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Johannes Nathanael Hiensch
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy

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Description

  • Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung geformter Metallkörper Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung geformter Metallkörper durch Verarbeiten und Formen plastischer Metallgemische mit genauen Abmessungen und genauer Form.
  • Es ist bekannt, Metallkörper in der Weise herzustellen, daß Metallpulver unter hohem Druck in besonderen Gesenken in die gewünschte Form gepreßt und der so geformte Körper dann gesintert wird. Dieses Verfahren ist auf die Herstellung einfacher Formen beschränkt und nicht auf die Herstellung von Formen, Modellen, Gesenken, Schablonen u. dgl. anwendbar, da während des Sinterns eine erhebliche Schrumpfung eintritt. Die notwendige Verwendung teurer Gesenke oder Formen beschränkt zudem die Verwendung des Metallpulvers auf die Massenfabrikation. Gießformen für verhältnismäßig niedrig schmelzende Metalle oder Spritzformen für plastische Kunststoffe werden üblicherweise durch Ausarbeiten aus Metallblöcken hergestellt. Solche Formen müssen Entlüftungskanäle haben, um das Entweichen der in den Formen vorhandenen Luft und der beim Gießen erzeugten Gase zu ermöglichen.
  • In manchen Fällen muß die mit dem Werkstoff in Berührung kommende Fläche der Form hitzebeständig sein, in anderen Fällen ist es wichtiger, daß sie abriebfest ist, und in anderen Fällen wird Korrosionsfestigkeit verlangt. Es gibt Legierungen, die die eine oder die andere dieser Eigenschaften in hohem Grad besitzen. Da aber die Legierungen zur Herstellung der Formen bearbeitbar sein müssen, so können nicht alle solche Legierungen verwendet werden, und die Wahl des Metalls für die Form bildet schließlich ein Kompromiß zwischen der Herstellbarkeit einerseits und der gewünschten Hitze-, Verschleiß- und Korrosionsfestigkeit andererseits.
  • Es ist bekannt, daß die Konsistenz der durch Auflösen von Metallen in Oecksilber gewonnenen Amalgame sieh von der einer Flüssigkeit, ähnlich der des Quecksilbers selbst, bis zu einer teigartigen ändern kann, wie es für die Amalgame für zahnärztliche Zwecke üblich ist. Die Art des Amalgams hängt von der Art des oder der hierin gelösten Metalle ab. Manche Metalle Legierungen oder Metallverbindungen, die nach Lösung im Quecksilber Legierungen miteinander mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 850° C bilden, ergeben Massen, aus denen das Quecksilber bei Erwärmung ohne Schmelzen der Masse entfernt werden kann. Wenn solche Massen zwecks Verdampfung und Austreibung des Quecksilbers und Sinterung des gelösten Metalls erhitzt werden, so bildet das in der Form zurückbleibende Metall eine hoch poröse schwammige Masse mit geringer Festigkeit. Während der Erwärmung schrumpft der Stoff und wirft sich erheblich. Der genaue Betrag der Schrumpfung und des Verziehens hängt dabei von dem Betrag des im Quecksilber gelösten Metalls ab. Beispielsweise ergibt ein 45o/oiges Kupferamalgam, was der größte Betrag des Kupfers ist, der im Quecksilber gelöst werden kann, noch ein merkbares Schrumpfen und Verziehen während des Sintems. Da die Verarbeitung und die Formung der plastischen Amalgame zu geformten Erzeugnissen sehr einfach ist, wäre es sehr wünschenswert, wenn feste, relativ dichte Metallkörper auf diese Weise hergestellt werden können, die die ihnen gegebene genaue Form und Abmessungen beibehalten.
  • Es ist der Hauptzweck der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung geformter Metallkörper aus plastischen Metallgemischen mit Quecksilber aufzuzeigen, die die anfänglichen genauen Abmessungen und die genaue Form auch dann behalten, nachdem das Quecksilber durch Wärme ausgetrieben ist.
  • Kupfer und Kupferlegierungen, die zwischen 1000 und 1150'' C schmelzen, sind lösbar in Oecksilber bei Konzentrationen dieser Metalle im Quecksilber unterhalb des Atomgewichtsverhältnisses. In diesem Konzentrationsbereich ist die Konsistenz der Lösung im wesentlichen gleich der einer flüssigen oder halbflüssigen Masse. Wenn die Konzentration wächst, ändert sich die Konsistenz von dem halbflüssigen zu einem plastischen Zustand und schließlich bei höheren Konzentrationen, gewöhnlich wesentlich oberhalb des Atomgewichtsverhältnisses, zu einer nicht plastischen Masse ohne Bindekraft von einer Beschaffenheit ähnlich wie feuchter Sand. Bei plastischem Zustand und bei Konzentrationen oberhalb des Atomgewichtsverhältnisses härten diese Massen aus, d. h., sie erhalten durch das Stehen eine harte, feste Beschaffenheit. Solche ausgehärtete Massen können erhitzt werden, um das Quecksilber zu verdampfen und auszutreiben, ohne die Masse zu schmelzen. Es verbleibt dann ein schwammiges Produkt, welches während des Sinterns geschrumpft ist und sich geworfen hat. Metalle, die oberhalb von 1150° C schmelzen, lösen sich nur ungenügend im Qecksilber und ergeben daher keine brauchbaren Produkte für die Zwecke der Erfindung.
  • Bei Kupfer z. B. würde das Atomgewichtsverhältnis bei einer Lösung von ungefähr 249/o. Kupfer in rund 76 % Quecksilber vorhanden sein. Dies würde eine plastische Masse ergeben. Solange die Masse im plastischen Zustand ist, hat sie Bindekraft und behält die ihr erteilte Form. Innerhalb des plastischen Zustandes ändert sich die Konsistens der plastischen Masse in Abhängigkeit von der Konzentration der quecksilbergelösten Substanz von einer verhähnismäßig dünnen plastischen Masse bis zu einer steifen Masse mit der Konsistens eines Teiges oder eines zum Modellieren benutzten Tones. Wenn die Masse teigartig oder modelliertonähnlich ist, ist sie an der Grenze, ihre Plastizität zu verlieren und in einen Zustand ohne Bindekraft überzugehen, ähnlich wie Sand, wenn zusätzlich Kupfer oder Kupferlegierungen in dem Quecksilber gelöst werden. Dieser Zustand wird im folgenden als »kritischer Zustand« bezeichnet. Es wurde festgestellt, daß für die Herstellung geformter Metallkörper von hoher Festigkeit und mit niedrigem oder kleinem Schrumpfen oder Verziehen während des Sinterns der Anteil des Metalls in der Mischung oberhalb des kritischen Zustandes liegen soll.
  • Das Verfahren nach der Erfindung besteht demnach darin, daß eine Mischung von Metallpartikeln und einer Bindephase hergestellt wird; die aus einer aushärtbaren Lösung von Kupfer oder einer Kupferlegierung mit .einem Schmelzpunkt zwischen etwa 1000 und etwa 1150° C in Quecksilber besteht, wobei die Konzentration des in Quecksilber gelösten Metalls gerade unter der Grenze gehalten wird, bei der die Lösung ihre Plastizität verliert, und daß die Mischung geformt, aushärten gelassen und dann gesintert wird. Während des Erhitzens oder Sinterns tritt dabei kein nennenswertes Schrumpfen oder Verwerfen des Formkörpers ein. Der so gebildete gesinterte Körper ist ungewöhnlich fest und etwas porös. Die Poren sind jedoch allgemein sehr klein.
  • Das Material ist im Zeitpunkt der Formgebung eine plastische Masse mit Bindekraft, bestehend aus getrennten Metallteilchen in Beimischung zu einer Lösung von Kupfer oder Kupferlegierungen im Quecksilber. Die Masse besteht beim Formen aus zwei Phasen, der partikelartigen Phase der im Quecksilber ungelösten Metallteilchen und der Lösung der im Quecksilber gelösten Kupfer oder Kupferlegierungen. Die letztere wirkt beim Formen der Masse als Bindemittel für die partikelartige Phase und wird daher im fölgenden als Bindephase bezeichnet. Die Kupfer und Kupferlegierungen mit einem Schmelzpunkt zwischen 1000 und 1150° C in Lösung mit dem Quecksilber zur Herstellung der Bindephase werden hierin als »lösliches Metall« bezeichnet, um dieses von den getrennten Metallteilchen zu unterscheiden, die zur Zeit der Formgebung in der Masse ungelöst sind.
  • Die Konzentration des löslichen, im Quecksilber gelösten Metalls zur Herstellung der Bindephase beim Formen soll dem kritischen Zustand entsprechen. Mit reinem Kupfer und mit Kupferlegierungen mit einem Schmelzpunkt innerhalb des angegebenen Bereiches wird der kritische Zustand bei Konzentrationen des gelösten Kupfers oder der gelösten Kupferlegierungen in der Nähe von etwa 40 bis 5011/o erreicht.
  • Kupfer ist an sich ein verhältnismäßig weiches Metall. Deshalb ist es für manche Anwendungszwecke wünschenswert, dem Kupfer Stoffe zuzusetzen, um Legierungen mit abweichenden Eigenschaften im Endprodukt zu erhalten. Das lösliche, im Quecksilber gelöste Metall kann auch zu diesem Zweck irgendeine Kupferlegierung mit einem Schmelzpunkt innerhalb des angegebenen Bereiches sein. Folgende Kupferlegierungen können verwendet werden: Kupfer-Beryllium, Kupfer-Mangan, Kupfer-Nickel, Kupfer-Kobalt, Kupfer-Zink, Kupfer-Zinn, Kupfer-Aluminium, Kupfer-Chrom, und weiter Legierungen von zwei oder mehr der zuvor angeführten Metalle und von anderen Metallen mit Kupfer, wie Kupfer-Nickel-Eisen, Kupfer-Zinn-Nickel u. dgl. Die Zahl der möglichen Legierungskombinationen mit Kupfer, die in Quecksilber lösbar sind und eine Bindephase ergeben, ist sehr groß. Hierin liegt einer der wesentlichen Vorteile der Erfindung, nämlich, daß Formen, Modelle, Formträger, Schnitte, Gesenke, Schablonen aus denjenigen Legierungen hergestellt werden können, die die gewünschten Eigenschaften besitzen, z. B. Hitze-, Korrosions- und Abriebbeständigkeit, ohne einen Kompromiß mit der Herstellbarkeit schließen zu müssen, denn die mit genauen Abmessungen gemäß der Erfindung hergestellten Körper brauchen nicht nachträglich bearbeitet zu werden.
  • Die Metallpartikeln, die die partikelartige Phase der formbaren Masse zur Zeit der Formgebung bedingen, können aus irgendeinem Metall sein, so z. B. aus den zuvor erwähnten Kupferlegierungen, aber auch aus anderen Metallen und Metallegierungen, die sich nur schwer in Quecksilber lösen, wie Wolfram, Molybdän oder hochschmelzende Legierungen, wie rostfreier Stahl, Nickelchrom, Nickel-Molybdän-Eisen, Nickel-Chrom-Eisen, Kobalt-Chrom-Wolfram, Nickel-Molybdän-Eisen, Nickel-Chrom-Molybdän-Wolfram u. dgl. Solche Metallpartikeln können auch vor der Zumischung zur Bindelösung nach einem der bekannten Verfahren 'mit Kupfer überzogen werden. Wie bei der Bildung der Bindephase wird die Art der Partikelphase in weiten Grenzen durch die gewünschten Eigenschaften des Endproduktes bestimmt. Der Schmelzpunkt des Metalls, aus dem die Partikelphase besteht, soll wenigstens um 1000° C liegen und vorzugsweise um 1150° C oder höher, um den Körper eine hohe Hitzebeständigkeit zu geben.
  • Die Kupfer- oder Kupferlegierung-Quecksilber-Lösung oder Bindephase kann auf mehreren Wegen hergestellt werden. Es ist bekannt, daß Metalle in Quecksilber durch elektrochemische Mittel gelöst werden können, wobei Quecksilber die Anode in einer elektrolytischen Zelle bildet. Diese Methode kann daher benutzt werden, um wenigstens einen Teil des Kupfers oder der Kupferlegierung in dem Quecksilber zu lösen. Die Konzentration des gelösten Kupfers oder der Kupferlegierung, wie sie für die Bindephase erforderlich ist, kann leicht durch Mischen des zu lösenden Metalles in feinverteilter Form mit Quecksilber oder mit einer verdünnten Kupfer- oder Kupferlegierung-Quecksilber-Lösung hergestellt werden. Einfaches Rühren oder Kneten des Quecksilbers mit feinverteiltem löslichem Metall veranlaßt das Metall, in Lösung zu gehen. Wenn das gelöste Metall in der Bindephase eine Kupferlegierung sein soll, wird die vorbereitete Kupferlegierung in feinverteilter Form mit Quecksilber gemischt, oder die Metalle, die die Kupferlegierung ausmachen, können getrennt in feinverteilter Form zugesetzt und in dem Quecksilber gelöst werden, um so die gewünschte Kupferlegierung in dem Quecksilber zu ergeben. Bei der Herstellung der Bindephase werden genügend Kupfer, Kupferlegierung oder gemischte Metalle zur Herstellung der Kupferlegierung im Quecksilber zur Lösung in dem Quecksilber gebracht, um eine aushärtbare plastische Masse im kritischen Zustand zu geben.
  • Im breitesten Sinne umfaßt das Verfahren die Kombination der Kupfer- oder Kupferlegierung-Quecksilber-Bindelösung und der getrennten Metallpartikeln in den gewünschten Verhältnissen. Vorzugsweise ist die getrennte partikelartige Phase in dem Quecksilber vorhanden, bevor die endgültige Kupfer-oder Kupferlegierung-Quecksilber-Bindephase sich ausgebildet hat. Dem Quecksilber oder der Lösung von Kupfer oder der Kupferlegierung im Quecksilber bei einer Konzentration unter dem kritischen Zustand, so z. B. bei einer Konzentration zwischen 25 und 3511/0, werden Metallpartikeln aus löslichem Metall in einem Ausmaß zugesetzt, daß nicht nur die gewünschte Konzentration des Kupfers oder der Kupferlegierung in der Quecksilberlösung erreicht wird, um die Bindephase herzustellen, sondern auch ein gewünschter Betrag von getrennten Metallpartikeln, wobei die sich ergebende Mischung gerührt wird. Auf diese Weise ist es möglich, gradweise zu dem kritischen Zustand der Bindephase zu kommen, wobei die gewünschte getrennte Partikelphase bereits zur Zeit des Entstehens der Bindephase vorhanden ist, und zwar durch kontrollierte Lösung von löslichem Metall im Quecksilber während des Rührens der Mischung, bis die Konzentration sich derjenigen nähert, bei der die Lösung ihre Plastizität verliert, diesen Zustand aber noch nicht erreicht hat.
  • Das Ausmaß, mit dem das lösliche Metall in dem Quecksilber in Lösung geht, hängt von der Art des Metalls und auch von der Größe der dieses bildenden Metallpartikeln ab, das Ausmaß der Auflösung ist umgekehrt proportional der Größe der Metallpartikeln. Dieser Umstand kann dazu benutzt werden, um eine genau kontrollierte Annäherung an den kritischen Zustand zu erreichen. Das im Quecksilber gelöste Metall, das das lösliche Metall bildet, z. B. Kupfer oder Kupferlegierung, kann in sehr fein verteilter Form, wie es durch elektrochemische Ausfällung gewonnen wird, mit Quecksilber gemischt und gerührt werden, und zwar in einer Menge, um sehr schnell eine Konzentration des im Quecksilber gelösten Metalls unter dem kritischen Zustand zu erhalten, es können aber auch gröbere Partikeln, z. B. mit einer Größe von etwa 0,024 bis 0,24 mm, verwendet werden, um einen mehr gradweisen Anstieg zu der Konzentration im kritischen Zustand zu erreichen. Die mehr grobkörnigen Partikeln können der vorbereiteten Lösung zugeführt werden, oder es kann ein Gemisch von fein- und grobkörnigen Partikeln dem Quecksilber bei Beginn zugesetzt werden. Da die ungelösten Partikeln in dem geformten Körper im wesentlichen ihre Größe behalten, beeinflussen sie die Porosität des Endproduktes; je größer die Partikeln sind, um so poröser ist das Produkt. Dieser Umstand kann dazu benutzt werden, die Porosität des Produktes zu regeln. Bei der Zubereitung der Bindelösung aus löslichem Metall und Quecksilber durch Auflösen von Metall in Form von Metallpartikeln sollen solche Partikeln frei von einer Oxydschicht sein, damit das Metall frei verfügbar zur Lösung im Quecksilber ist. Oxydfreie lösliche Metallpartikeln, wie Kupferpartikeln, können leicht durch elektrochemische Ausfällmethoden hergestellt werden. Andererseits können lösliche Metallpartikeln mit einer Oxydschicht durch geeignete und an sich bekannte chemische Mittel in oxydfreie umgewandelt werden.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Gemisch von Metallpartikeln aus löslichem Metall und eine Quecksilberlösung aus löslichem Metall in einer Konzentration unter dem kritischen Zustand gerührt, bis sich genügend Metall von den Partikeln in der aus löslichem Metall und Quecksilber bestehenden Lösung gelöst hat, um die Konzentration des löslichen Metalls in der Bindephase zu dem kritischen Zustand zu bringen, zu welchem Zeitpunkt das Rühren beendet und die so gebildete Masse in die gewünschte Form gebracht wird. Dies wird vorzugsweise so durchgeführt, daß zunächst eine Lösung von löslichem Metall im Quecksilber bis zu einer Konzentration unter dem kritischen Zustand hergestellt und nachfolgend mit dieser Lösung Metallpartikeln aus weiterem löslichem Metall in einem Ausmaß zugemischt werden, daß in dem Zeitpunkt, wo der kritische Zustand erreicht ist, nicht nur das gewünschte Verhältnis der getrennten Partikeln zur Bindephase vorhanden ist, sondern auch genügend lösliches Metall, um den kritischen Zustand in der Bindelösung zu erhalten. Auf diese Weise kann der Betrag des löslichen, mit den Partikeln verbundenen Metalls im Zeitpunkt der Mischung mit dem Quecksilber in weiten Grenzen schwanken, abhängig von der Konzentration des löslichen, bereits im Quecksilber gelösten Metalls und der erforderlichen Konzentration für die Herstellung des kritischen Zustandes, wie er durch das besondere, zur Anwendung kommende lösliche Metall vorgeschrieben wird. Der Betrag, um den das lösliche, mit den Partikeln verbundene Metall den übersteigt, der den kritischen Zustand herstellt, kann ebenfalls sich in weiten Grenzen ändern, und zwar von wenigen Prozent, beispielsweise zwei bis drei Prozent bis zu mehreren Hundert Prozent, da die getrennten Partikeln in der partikelartigen Phase im Zeitpunkt der Formgebung verhältnismäßig groß gemacht werden können, wenn nicht die Gesamtheit des Metalls ein in Quecksilber leicht lösliches ist.
  • Eine Funktion der partikelartigen Phase in dem plastischen Zustand nach der Formung ist die, als Traggerippe zu dienen, um die Festigkeit und Steifheit und die Vereinigung zu einer kompakten Masse zu ergeben und das Schrumpfen und Sichwerfen während des Sinterns zu verhindern. Ideal wäre, wenn die ungelösten Partikeln der Masse nach der Formung gerade einander berühren und die Bindephase gerade die Zwischenräume zwischen den ungelösten Partikeln ausfüllt. In der Praxis ist jedoch eine solche ideale Lage nicht immer erforderlich. Die Porosität in dem endgültigen gesinterten Produkt kann entsprechend dem Verhältnis der ungelösten Partikeln in der plastischen Masse im Zeitpunkt der Formung geregelt werden. Porosität und andere Eigenschaften in dem endgültigen gesinterten Produkt können durch Anwendung von Abstufungen oder Kombinationen von verschieden großen Partikeln beeinflußt werden, so z. B. durch eine Mischung von verhältnismäßig feinen und verhältnismäßig groben Partikeln, wobei die feinen Partikeln die Zwischenräume zwischen den größeren Partikeln ausfüllen. Da manche der Metallpartikeln in der Bindephase während des Rührens der Mischung gelöst werden, so muß auch der verlorene Raum zwischen den Metallpartikeln in der pariikelartigen Phase bei der Festlegung des endgültigen Volumenverhältnisses der Phasen berücksichtigt werden. Andererseits können die Partikeln in der partikelartigen Phase sehr verschieden in ihrer Form sein, beispielsweise kann Metall in Faserform, z. B. als feine Drahtstückchen, verwendet werden, um eine zusätzliche versteifende Wirkung zu erhalten. Aus diesen Gesichtspunkten ergibt sich, daß im Zeitpunkt der Formgebung die partikelartige Phase sich von über 30 o/o bis zu einem Höchstbetrag von über 60 bis 701°/o der formbaren Masse bewegt.
  • Nachdem die das lösliche Metall bildenden Partikeln mit der Quecksilberlösung des löslichen Metalls mit einer Konzentration des löslichen Metalls unter dem kritischen Zustand vermischt worden sind, wird die Mischung nicht nur gerührt, um die Partikeln in dem Quecksilber zu verteilen, sondern auch um die Lösung des löslichen, mit den Partikeln verbundenen Metalls in dem Quecksilber zu erleichtern. Diese Verarbeitung geschieht vorzugsweise durch Kneten; wobei die das lösliche Metall bringenden Partikeln in der Quecksilberphase bewegt werden. Dieses Kneten kann von Hand erfolgen oder mechanisch durch geeignete Walzen. Da der Betrag des löslichen, mit den Partikeln verbundenen Metalls während dieser Verarbeitung im allgemeinen über dem Betrag liegen wird, bei dem nach Lösung im Quecksilber eine Konzentration entsprechend dem kritischen Zustand eintreten wird, so muß dafür Sorge getragen werden, daß, wenn diese Masse den kritischen Zustand erreicht, sie nicht den Punkt überschreitet, wo die Masse noch plastisch und formbar ist. Das Eintreten des kritischen Zustandes kann leicht durch Beobachten der charakteristischen Eigenschaften der Masse festgestellt werden. Die Konsistenz der Mischung in diesem Zustand ist ähnlich der eines Teiges oder eines Modelliertones. In diesem Zustand muß die Masse in die gewünschte Form gebracht werden. Wenn jedoch der kritische Zustand während der Herstellung überschritten wird, kann die Masse leicht durch Zusatz einer geringen Menge von Quecksilber wieder in eine plastische umgewandelt werden und so wieder in den kritischen Zustand durch weitere Lösung von Metall gebracht werden.
  • Das Formen der Masse kann durch sehr verschiedene Mittel erfolgen, und zwar abhängig davon, wie das Endprodukt benutzt werden soll. Es kann beispielsweise unter Druck in den Formhohlraum eingebracht werden. Andererseits, wenn es selbst als Form dienen soll, kann es um oder über ein Modell gepreßt werden. Das Modell kann aus irgendeinem festen Material sein, z. B. aus Metall, Holz, Kunststoff, Keramik u. dgl. Formkerne können auch durch Formen in einer Kernbüchse hergestellt werden. Für die Formen oder Modelle können Stoffe verwendet werden, welche die Entfernung des abgeformten Körpers aus den formenden Mitteln. erleichtern, z. B. Wachs, Polyäthylen, Nitrocellulose oder Mischungen von diesen.
  • Wie es bei der Herstellung von Metallgießformen üblich ist, können Kühlmittel, wie Rohre für den Durchfluß einer Kühlflüssigkeit, Stifte, Versteifungen u. dgl. in oder an dem geformten Körper angebracht werden. Wie aus der Gießtechnik bekannt, ist es oft erwünscht, daß die Vorderseite der Form weniger porös ist als ihre Rückseite. In diesem Fall kann die Masse, die unmittelbar auf das Modell gebracht wird, aus einer Mischung bestehen, die nach dem Sintern weniger porös ist als die Masse, die danach aufgebracht wird. Hierfür kann eine porösere Masse genommen werden. In diesem Zustand können andere Werkstoffe auf die Oberfläche des Modells, der Form oder einer anderen Formvorrichtung aufgebracht werden, die nach dem Sintern eine anhaftende Schicht auf dem geformten Körper ergeben und die gewünschten spezifischen Eigenschaften besitzen, wie z. B. gesteigerte Warm-, Korrosions- und Verschleißfestigkeit, erhöhte Glattheit, verminderte Porosität u. dgl. Beispielsweise kann die Oberfläche einer Gießform mit Nickel oder einer Nickel-Chrom-Legierung plattiert oder mit einem keramischen Material bedeckt werden. Die Plättierung oder Bedeckung kann so gewählt werden, daß sie an dem geformten Körper fest anhaftet.
  • Wenn die Masse geformt ist, so muß sie für eine genügende Zeit stehen, um durch Aushärten die erforderliche Festigkeit für die nachfolgende Behandlung zu erhalten. Die Periode des Aushärtens hängt von der Art der Stoffe in der Masse ab; sie kann wenige Stunden bis zu einem Tag betragen. Die Länge der Zeit, während der der geformte Körper aushärtet, kann für jeden Fall festgestellt werden, dies bildet keine Schwierigkeit für den Fachmann. Der geformte, ausgehärtete Körper wird dann gesintert, die Sinterung dient der Entfernung des Quecksilbers und des Zusammenbackens des verbleibenden gelösten Metalls und der ungelösten Partikeln zu einem starren, festen Metallkörper. Während die beim Sintern benutzte Temperatur oberhalb der Verdampfungstemperatur des Quecksilbers liegen soll, hängen die genauen angewendeten Temperaturbedingungen zu einem gewissen Grad von der Art der anderen, im Körper enthaltenen Metalle ab. In jedem Fall wird der Körper im allgemeinen bis zur Rotglut so langsam erhitzt und wieder abgekühlt, daß er nicht beschädigt wird. Um Oxydation zu verhindern, kann das Sintern in einer neutralen oder reduzierenden Umgebung erfolgen, z. B. im Wasserstoff, Kohlenoxyd oder Mischungen hiervon.
  • Das gesinterte Endprodukt ergibt einen festen, starren Körper, der aus allen verwandten Metallen mit Ausnahme des Quecksilbers besteht und einen gitterartigen Aufbau hat. Das Erzeugnis nach der Erfindung unterscheidet sich von den aus Metallpulvern durch Pressen und Sintern hergestellten Körpern darin, daß bei diesen jedes Partikel einen Oxydfilm hat. Bei dem nach der Erfindung hergestellten Produkt sind keine Oxydfilme auf dem Metall, und unter einem Mikroskop zeigt das Produkt eine stetige, kornartige Struktur, während die Poren sehr viel kleiner sind als bei den aus gepreßtem Metallpulver bestehenden Körpern. Weil das Erzeugnis nach der Erfindung seine Form und Abmessungen vor dem Sintern beibehält, ist es, und zwar auch auf Grund seiner festen und porösen Struktur, ideal als Gußform für Metalle geeignet. Wenn nicht bereits vorhanden, können besondere Oberflächen auf dem gesinterten Körper hergestellt werden, insbesondere auf der Gußfläche, wenn es als Gießform für Metalle oder Kunststoffe dient.
  • In Verbindung mit dem vorhergehenden ist eine der wichtigen Anwendungen des Metallkörpers nach der Erfindung die eines Formkörpers oder Formträgers, um als Stützmaterial für dünne Schalenformen zu dienen, die selbst nicht genügend fest sind. Bei dem bekannten Formmaskenverfahren wird eine Mischung von Sand und einem festen, feinverteilten, bei Erwärmung hart werdendem Harz auf ein erhitztes Modell gebracht, wobei sich ein verhältnismäßig dünner Mantel aus harzgebundenem Sand ergibt.
  • Beim Gießen von Metall in diese Mäntel muß körniges Stützmaterial, wie Stahlschrot, verwendet werden. Während des Gießens löst sich der Mantel auf, und die Trennung des Sandes von dem körnigen Stützmaterial ist schwierig. Gemäß der Erfindung kann hierfür ein metallischer Formkörper oder Träger hergestellt werden, der etwas größer ist als das endgültige, hierin zu formende Gußstück. Beispielsweise kann ein Spiel von 1,5 bis 6 mm vorgesehen werden, entweder durch Verwendung eines vergrößerten Modells oder durch Aufbringen einer Lage von Zwischenmaterial von geeigneter Dicke auf die Oberfläche der regulären Form vor dem Formen des Metallkörpers gemäß der Erfindung. Nach der Herstellung des Formkörpers oder Trägers kann hierin ein Mantel angebracht werden, beispielsweise aus dem zuvor erwähnten harzgebundenen Sand. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden, beispielsweise kann der Formkörper oder Träger erhitzt, das harzgebundene Sandgemisch auf die innere Fläche desselben aufgebracht und die ganze Anordnung in eine erhitzte Form gebracht werden, so daß der harzgebundene Sandmantel an dem Formkörper oder Träger haftet und so die gewünschte Formfläche erreicht wird. Das gleiche kann auch erreicht werden, indem zuerst das harzgebundene Sandgemisch in eine erhitzte Form gebracht und dann der metallische Formkörper oder Träger aufgebracht wird. Im folgenden sind einige Beispiele gegeben für die Ausführung der Erfindung, die aber den Umfang der Erfindung in keiner Weise beschränken sollen.
  • Beispiel 1 30 Gewichtsteile feinen Kupferpulvers werden mit 70 Teilen Quecksilber gemischt. Die Mischung wird geknetet, bis das gesamte Kupfer in Lösung geht. Hierbei ergibt sich eine plastische Masse, die durch Altern hart wird. Zu dieser Lösung werden dann Kupferpartikeln mit einer Größe von 0,07 bis 0,14 mm in einem Verhältnis von etwa 40 Raumteilen Bindephase auf 100 Raumteile grobes Kupferpulver zugesetzt. Das grobe Kupferpulver hat eine Raumerfüllung von 50,1/0. Das Verhältnis der Lösung in bezug auf gröbere Kupferpartikeln ist so bestimmt, daß die Kupferpartikeln nach dem Rühren der Mischung sich einander berühren. Die Quecksilberlösung füllt gerade die Zwischenräume zwischen den Partikeln aus. Die Mischung wird geknetet, bis sie eine feste, teigähnliche Konsistenz erreicht. Die Masse wird dann unmittelbar über eine Metallform gepreßt, die mit Paraffin als Trennmittel bedeckt ist, und dann zum Härten für ungefähr 10 Stunden stehengelassen.
  • Der gehärtete Körper wird dann aus der Form entfernt und langsam bei reduzierender Atmosphäre bis zur Rotglut erwärmt. Während des Sinterns tritt keine Schrumpfung auf. Das gesinterte Produkt bildet einen glänzenden, festen, etwas porösen Körper aus reinem Kupfer, der als Gießform verwendbar ist. Die Poren können nicht mit dem bloßen Auge wahrgenommen werden. Ein leichtes Polieren gibt eine glänzende Oberfläche.
  • Gegenstände aus Zink, Zinklegierungen, Letternmetall, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Magnesium, Magnesiumlegierungen und Messing können leicht in dieser Form durch Gießen hergestellt werden.
  • Beispiel 2 Das Verfahren folgt dem nach Beispiel 1. Bei der Herstellung der anfänglichen Lösung wird feines Pulver von 21/2'o/oiger Kupfer-Beryllium-Legierung verwendet.
  • Nach dem Sintern wird der Körper in der für Kupfer-Beryllium-Legierung üblichen Weise wärmebehandelt, um die Festigkeit und Härte zu steigern. ' Beispiel 3 Bei diesem Beispiel wird dem Verfahren nach Beispiel 1 gefolgt, mit der Ausnahme, daß an Stelle der der anfänglichen Kupfer-Quecksilber-Lösung zugesetzten Kupferpartikeln solche aus einer 30o/oigen Kupfer-Nickel-Legierung verwendet werden. Während des Knetens der Masse geht ein Teil der Kupfer-Nickel-Legierung in Lösung mit der Quecksilber-Kupfer-Lösung.
  • Beispiel 4 Bei diesem Beispiel folgt das Verfahren dem Beispiel 1, an Stelle der der anfänglichen Kupfer-Quecksilber-Lösung zugesetzten Kupferpartikeln werden solche aus einer 12o/oigen Kupfer-Mangan-Legierung verwendet. Während des Knetens geht ein Teil der Kupfer-Mangan-Legierung in Lösung mit der Quecksilber-Kupfer-Lösung.
  • Beispiel 5 Dieses Beispiel zeigt die Herstellung geformter Körper aus Monelmetall (33"% Kupfer, 66% Nickel und kleine Spuren von Eisen, Silizium und Mangan). Partikeln aus Nickel (mit den notwendigen Zusätzen von Eisen, Silizium und Mangan) mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,07 bis 0,14 mm werden elektrolytisch mit Kupfer überzogen. Diese Partikeln werden dann, wie im Beispiel 1, mit einer 30o/oigen Kupferlösung in Quecksilber, hergestellt, gemischt und die Mischung geknetet. Während des Knetens geht das die Partikeln bedeckende Kupfer zuerst in Lösung, dann einiges Nickel. Wenn der kritische Zustand erreicht ist, wird die Masse geformt und der geformten Masse Gelegenheit gegeben, auszuhärten. Während des Aushärtens tritt eine weitere Diffusion von Nickel in die Kupfer-Quecksilber-Lösung ein. Die geformte Masse wird dann bis zur Rotglut erhitzt, wobei eine weitere Diffusion des Nickels vor sich geht. Es tritt kein Schrumpfen ein, der sich hierbei ergebende Monelkörper behält die genaue Form und die genauen, ihm gegebenen Abmessungen. Beispiel 6 Nach diesem Verfahren wird dem Verfahren nach Beispiel 5 gefolgt. Es werden aber kupferbedeckte Partikeln aus rostfreiem Stahl verwendet, um einen gesinterten Formkörper mit hohem Gehalt aus rostfreiem Stahl zu erhalten.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung geformter Metallkörper ohne Schwund beim Sintern, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung von Metallpartikeln und einer Bindephase hergestellt wird, die aus einer aushärtbaren Lösung von Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einem Schmelzpunkt zwischen etwa 1000 und etwa 1150° C in Quecksilber besteht, wobei die Konzentration des in Quecksilber gelösten Metalls gerade unter der Grenze gehalten wird, bei der die Lösung ihre Plastizität verliert, und daß die Mischung geformt, aushärten gelassen und dann gesintert wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung der Bindephase mit Metallpartikeln aus Kupfer oder Kupferlegierungen mit einem Schmelzpunkt zwischen etwa 1000 und etwa 1150° C vermischt wird, daß die Mischung gerührt wird, bis die Konzentration des im Quecksilber gelösten Metalls gerade unter der Grenze liegt, bei der die Lösung ihre Plastizität verliert, daß der Anteil der Metallpartikeln größer als erforderlich ist, um die genannte Konzentration zu erreichen, so daß im Zeitpunkt des Erreichens der Konzentration getrennte Metallpartikeln des Metalls vorhanden sind, daß diese Masse geformt, aushärten gelassen und dann. gesintert wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung der Bindephase mit Metallpartikeln, die sich nur schwer in Quecksilber lösen, wie Wolfram, Molybdän oder hochschmelzende Legierungen, wie rostfreier Stahl, Nickelchrom, Nickel-Molybdän-Eisen, Nickel-Chrom-Eisen, Kobalt-Chrom-Wolfram, Nickel-Molybdän-Eisen; Nickel-Chrom-Molybdän-Wolfram u. dgl. vermischt wird, daß die Mischung gerührt wird, bis die Konzentration des im Quecksilber gelösten Metalls gerade unter der Grenze liegt, bei der die Lösung ihre Plastizität verliert, daß der Betrag der Metallpartikeln größer als erforderlich ist, um die genannte Konzentration zu erreichen, so daß im Zeitpunkt des Erreichens der Konzentration getrennte Metallpartikeln des Metalls vorhanden sind, daß diese Masse geformt, aushärten gelassen und dann gesintert wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des löslichen Metalls in dem Quecksilber, mit dem die getrennten Metallpartikeln gemischt werden, zwischen 25 und 35% angewandt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse in dem Zeitpunkt geformt wird, in dem der Anteil der getrennten Metallpartikeln zwischen über 30% und etwa 700/a der Masse beträgt.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Metallkörpers mit einer Schicht überzogen wird, die andere Eigenschaften besitzt als der Körper selbst, z. B. einer Schicht mit höherer Warmfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit oder Glätte.
  7. 7. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 6 zur Herstellung von Gießformen, wobei am Modell eine dicke Schicht eines Trennmaterials angebracht wird, die einen Zwischenraum zwischen dem eigentlichen Modell und dem daran abgeformten Metallkörper ergibt, und daß dann an dem Metallkörper ein harzgebundener, anhaftender Sandmantel innerhalb des Zwischenraumes ausgebildet wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2658785A1 (de) * 1976-12-24 1978-06-29 Wieland Fa Dr Th Zahnaerztlicher fuellungswerkstoff auf amalgamgrundlage

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DE2658785A1 (de) * 1976-12-24 1978-06-29 Wieland Fa Dr Th Zahnaerztlicher fuellungswerkstoff auf amalgamgrundlage

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