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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gegenstände aus Zink, Zinklegierungen, Letternmetall, Aluminium, Aluminiumlegierungen,
Magnesium, Magnesiumlegierungen und Messing können leicht in dieser Form durch Gießen
hergestellt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.