DE1263318B

DE1263318B - Manufacture of aluminum sintered bodies

Info

Publication number: DE1263318B
Application number: DE1959M0042943
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Richard Weber
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1959-10-03
Filing date: 1959-10-03
Publication date: 1968-03-14

Description

Herstellung von Aluminium-Sinterkörpern Es ist bekannt, durch Zusammenpressen und Warmverformen geeigneter Aluminium-Blättehenpulver Aluminium-Sinterkörper mit guten mechanischen Eigenschaften, wie Härte bei Raumtemperatur und nach Glühung, Härte bei erhöhter Temperatur sowie gute Zugfestigkeit, herzustellen. Diese Eigenschaften werden unter Verwendung eines Aluminium-Blättchenpulvers erzielt, das einen Oxidgehalt zwischen 2 und 13 0/, sowie eine mittels physikalischer Adsorption mit Stickstoff (BET-Methode) gemessene Oberfläche zwischen 2 und 12 M2/g hat.Production of aluminum sintered bodies It is known to produce aluminum sintered bodies with good mechanical properties, such as hardness at room temperature and after annealing, hardness at elevated temperature and good tensile strength, by pressing together and hot forming suitable aluminum sheet powder. These properties are achieved using an aluminum flake powder that has an oxide content between 2 and 13 0 / g and a surface area between 2 and 12 M 2 / g, measured by means of physical adsorption with nitrogen (BET method).

Ermittelt man an solchen Aluminiumpulvern den Quotienteh aus Gesamtoxidgehalt des AI-Pulvers (in Gewichtsprozent) und mittels Stickstoffadsorption (BET-Methode) gemessener Oberfläche des Pulverkoms (in M2/g), so hat dieser einen Wert von nicht größer als 5 und liegt im allgemeinen zwischen 0,5 und 3. If the quotient of the total oxide content of the Al powder (in percent by weight) and the surface area of the powder particle measured by means of nitrogen adsorption (BET method) (in M2 / g) is determined on such aluminum powders, this has a value of no greater than 5 and is generally between 0.5 and 3.

Für die bessere Verarbeitbarkeit ist nicht nur die Größe der Oberfläche des Pulverkornes allein, sondern auch deren Verhältnis zum Oxidgehalt des Pulvers maßgebend. Da das Oxid des Puvers sich an verschiedenen Stellen des Pulverkornes befindet, und zwar sowohl an der Oberfläche des Pulverkorns als auch an der Oberfläche der kohärenten Bereiche, wie auch in mikroskopisch sichtbarer Größe als Einlagerung im Korn, kann es bei Bestimmung der Oberfläche des Pulverkorns von Einfluß sein, wieviel Oxid sich an dieser Oberfläche befindet. Unter kohärenten Bereichen des Pulverkornes sind hierbei Gitterbereiche mit einheitlicher Orientierung zu verstehen. Kohärente Bereiche vermögen einfallende Röntgenstrahlen kohärent zu steuern. Die kohärenten Bereiche sind bei Metallen oft kleiner als die Kristallite.For the better workability is not only the size of the surface of the powder grain alone, but also its relationship to the oxide content of the powder authoritative. Because the oxide of the powder is in different parts of the powder grain is located, both on the surface of the powder grain and on the surface of the coherent areas, as well as in a microscopically visible size as storage in the grain, it can be of influence when determining the surface of the powder grain, how much oxide is on this surface. Under coherent areas of the Powder grains are to be understood here as grid areas with a uniform orientation. Coherent areas are able to control incident X-rays coherently. the In metals, coherent areas are often smaller than the crystallites.

Bei einem höheren Oxidgehalt muß nämlich angenommen werden, daß eine größere, mittels physikalischer Adsorption von Stickstoff gemessene Oberfläche festgestellt wird, als das Pulverkorn tatsächlich aufweist. Durch die Berücksichtigung des Verhältnisses zwischen dem Gesamtoxidgehalt des Aluminiumpulvers in Gewichtsprozent und der physikalisch gemessenen Oberfläche des Pulverkorns wird diesem Umstand Rechnung getragen.With a higher oxide content it must be assumed that one larger surface area measured by means of physical adsorption of nitrogen was found than the powder grain actually has. By taking the ratio into account between the total oxide content of the aluminum powder in percent by weight and the physical measured surface of the powder grain, this fact is taken into account.

Derartige Pulver weisen ferner eine mittlere statistische Korngröße zwischen 10 und 200 &tm auf. Bei diesen Pulvern wird eine stetige Korngrößenverteilung bevorzugt, weil diese unter anderem zu einem homogeneren Gefüge des Fertigkörpers führt.Such powders also have a mean statistical grain size between 10 and 200 μm. In the case of these powders, a constant grain size distribution is preferred because, among other things, this leads to a more homogeneous structure of the finished body.

Zur angenäherten Darstellung der Korngrößenverteilung von Mahlgütern kann die Exponentialfunktion benutzt werden. In dieser Gleichung bedeutet R die Rückstandssumme in Prozent bis zum Sieb mit der Maschenweite d. Mit d' wird die statistisch gemittelte Korngröße bezeichnet, für die ist. Die statistisch gemittelte Korngröße (d') kennzeichnet die Feinheit eines Pulvers.The exponential function to be used. In this equation, R means the total residue in percent up to the sieve with mesh size d. With d ' the statistically averaged grain size is designated for which is. The statistically mean grain size (d ') characterizes the fineness of a powder.

Es wurde nun ein zur Herstellung von Aluminium-Sinterkörpern durch Zusammenpressen und Warmverformen zu verwendendes Aluminium-Blättchenpulver mit einer mittleren statistischen Korngröße von 10 bis 200 #tin, einem Oxidgehalt von 2 bis 13 0/0 und einer mittels physikalischer Stickstoffadsorption gemessenen Oberfläche zwischen 2 und 12 m2/g gefunden, wobei der Quotient aus dem Gesamtoxidgehalt des Alumini.umpulvers in Gewichtsprozent und der mittels physikalischer Adsorption von Stickstoff gemessenen Oberfläche des Pulverkorns in M2/g nicht größer als 5 ist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die kohärenten Bereiche des Pulverkornes eine mittlere- Größe zwischen 400 und 1200 Angström, vorzugsweise zwischen 600 und 1000 Ängström haben, wobei das Verhältnis der Größe der kohärenten Bereiche des bei 400'C geglühten Pulverkornes zu derjenigen desselben ungeglühten Pulvers (Rekristallisationsquotient) zwischen 1,1 und 1,7 liegt, und der Oxidgehalt ' des Aluminiumpulvers so hoch ist, daß der Quotient aus der Durchschnittsgröße der kohärenten Bereiche in Ängström und dem gesamten Oxidgehalt des Aluminiumpulvers in Gewichtsprozent zwischen 90 und 300 liegt. Untersuchungen haben ergeben, daß bei der erfindungsgemäßen Verwendung eines Aluminium-Blättchenpulvers, das die genannten Eigenschaften aufweist, z. B. der Preßdruck bei der Warmverformung von Kaltpreßlingen auf der Strangpresse nicht höher als 7,5 t/CM2 und in den meisten Fällen sogar nicht höher als 6,5 t/CM2 ist, während bei der Verarbeitung eines Aluminium-Blättchenpulvers, bei dem dieser Quotient nut die Zahl 45 ergab, der Preßdrück 10 t/cm2 beträgt. Die Ursachen für diese Abhängigkeit sind nicht restlos erkannt, jedoch ist die in dem Quotienten zum Ausdruck kommende Abhängigkeit der Verformbarkeit von der Größe der kohärenten Bereiche und dem Oxidgehalt verständlich.An aluminum flake powder with an average statistical grain size of 10 to 200 μm, an oxide content of 2 to 13% and a surface area between 2 and 12 is found m2 / g, wherein the ratio of the total oxide content of the Alumini.umpulvers in weight percent, and the measured nitrogen physical adsorption surface of the powder particle in m2 / g not greater than 5, which is characterized in that the coherent regions of the powder grain have an average size between 400 and 1200 angstroms, preferably between 600 and 1000 angstroms, the ratio of the size of the coherent areas of the powder grain annealed at 400 ° C. to that of the same unannealed powder (recrystallization quotient) being between 1.1 and 1.7 , and the oxide content 'of the aluminum powder is so high that the The quotient of the average size of the coherent areas in angstroms and the total oxide content of the aluminum powder in percent by weight is between 90 and 300 . Studies have shown that when using an aluminum flake powder according to the invention which has the properties mentioned, e.g. B. the pressing pressure in the hot forming of cold pressed articles on the extrusion press is not higher than 7.5 t / CM2 and in most cases even not higher than 6.5 t / CM2, while in the processing of an aluminum flake powder, in which this The quotient only the number 45 resulted in the pressure being 10 t / cm2. The reasons for this dependency are not fully recognized, but the dependence of the deformability on the size of the coherent areas and the oxide content, which is expressed in the quotient, is understandable.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil bei der Verarbeitung des erfindungsgemäß zu verwendenden Pulvers hegt darin, daß schwer verpreßbare Zusätze, wie Oxide, Aluminide, Silizide, Carbide u. ä., insbesondere aber Silizium, in größerem Umfang zugesetzt werden können als bei dem bekannten Blättchenpulver. Während bei dem bekannten Aluminium-Blättchenpulver z. B. Silizium nur bis zu 18 % zugesetzt werden konnte und bei einem höheren Zusatz kein einwandfreier Fertigkörper mehr erhalten wurde, ist es bei dem erfindungsgemäß verwendeten Pulver möglich, bis zu 35 "/, Silizium als Pulver oder legiert zuzusetzen und doch noch gute Fertigkörper zu erhalten.Another important advantage in processing the powder to be used according to the invention is that additives that are difficult to compress, such as oxides, aluminides, silicides, carbides and the like, but especially silicon, can be added to a greater extent than with the known flake powder. While in the known aluminum flake powder z. B. silicon could only be added up to 18% and with a higher addition no more perfect finished body was obtained, it is possible with the powder used according to the invention to add up to 35 "/, silicon as powder or alloyed and still good finished body obtain.

Durch Herabsetzung des Oxidgehaltes auf vorzugsweise 2 bis 60/, wird bei einem Siliziumgehalt über 100/0 die Verarbeitbarkeit noch weiter-erleichtert.By reducing the oxide content to preferably 2 to 60 /, the processability is made even easier with a silicon content above 100/0.

Wenn man dem erfindungsgemäß verwendeten Aluminium-Blättehenpulver vor der Verarbeitung bis zu 600/, verdüstes Aluminiumpulver zusetzt, wird die Verarbeitbarkeit, insbesondere bei Zusatz von schwer verpreßbaren Bestandteilen, weiter erleichtert. If up to 600 % of atomized aluminum powder is added to the aluminum sheet powder used according to the invention before processing, the processability is further facilitated, in particular with the addition of components that are difficult to compress.

-Um ein Aluminium-Blättchenpulver zu erhalten, das die erfindungsgemäßen Bedingungen erfüllt, kann man so verfahren, daß Aluminiumfolien in an sich bekannter Weise gerissen und trocken, d.h. nicht unter Flüssigkeitszusatz, gemahlen oder gestampft werden. Dieser Vorgang wird jedoch nicht wie bisher so lange durchgeführt, bis ein Maximum an Verfestigung des sich bildenden Korns durch das Mahlen oder Stampfen erreicht ist, sondern in einem geeigneten Zwischenstadium unterbrochen, wenn das Pulver gerade die erforderliche, zwischen 2 und 12 m2/g liegende Größe der Oberfläche aufweist. Eine allgemeine Regel kann hierfür nicht gegeben werden, sondern es muß von Fall zu Fall je nach der Größe der Mühle oder des Stampfwerkes und je nach der verwendeten Folienmenge festgestellt werden, wann dieser Zeitpunkt erreicht ist, damit unter gleichen Bedingungen das gewünschte Pulver wieder erhalten wird. Die Oberfläche des Pulvers wird nach bekannten Methoden durch Belegung mit Stickstoff nach dem BET- (Brunauer, Emmett und Teller) Verfahren gemessen.In order to obtain an aluminum flake powder which fulfills the conditions according to the invention, one can proceed in such a way that aluminum foils are torn and dry in a manner known per se, ie not ground or tamped with the addition of liquid. However, this process is not carried out until a maximum of solidification of the grain that forms is achieved by grinding or pounding, but is interrupted at a suitable intermediate stage when the powder has just the required level of between 2 and 12 m2 / g Has the size of the surface. A general rule cannot be given for this, but it must be determined from case to case, depending on the size of the mill or the tamper and depending on the amount of foil used, when this point in time is reached so that the desired powder is obtained again under the same conditions . The surface of the powder is measured by known methods by covering with nitrogen using the BET (Brunauer, Emmett and Teller) method.

Vor dem Belegen mit Stickstoff wurde das Adsorptionsgefäß bei 200'C evakuiert und das Pulver dabei entgast. Die Größe der kohärenten Bereiche im Pulverkorn wird nach bekannten Methoden aus der Verbreiterung der Röntgenlinien (Kochendörfer, Zeitschrift für Kristallographie, 1944, S.39311.) unter Benutzung eines Interferenzgoniometers festgestellt.Before being filled with nitrogen, the adsorption vessel was evacuated at 200.degree. C. and the powder was degassed in the process. The size of the coherent areas in the powder grain is determined by known methods from the broadening of the X-ray lines (Kochendörfer, Zeitschrift für Kristallographie, 1944, p.39311.) Using an interference goniometer.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Kenngrößen des erfindungsgemäß zu verwendenden Aluminiumpulvers (Proben 1, 2) und diejenigen bekannter Aluminiumpulver (3, 4) aufgefübrt. Der Vergleich zeigt, daß die handelsüblichen Pulver nicht sämtliche Merkmale des anspruchsgemäß zu verwendenden Pulvers aufweisen und damit auch nicht dessen vorteilhafte Eigenschaften besitzen. Pulverpr BET-Oberfläche Kohärenter Rekristallisations- A/Oxidgehalt ben Oxidgehalt Nr. Oxidgehalt/BET BereichA quotient (0/0) (M2/9) q b 1 7,9 5,7 1,38 750 1,3 95 2 8 7,5 1,07 1100 1,5 137 3 11,2 1,17 9,6 500 1,15 45 4 6,6 27 0,245 1500 >1,82 227 B e i s p i e 1 Ein blättehenförmiges Aluminiumpulver (Rekristallisationsquotient 1,18) mit einem Oxidgehalt von 2,3 0/-0, einer Oberfläche von 6,3 m2/g und einer mittleren statistischen Korngröße von 60 #tm bei einem stetigen Krongrößenverlauf wurde mit Siliziumpulver im Verhältnis 3: 1 gemischt und bei einem Preßdruck von 2,2 t/CM2 zu einem Preßling von 75 mm Durchmesser kaltgepreßt. Bei einer Vorwärmtemperatur von 440'C wurde dieser Preßling zu einer Stange von 10 mm Durchmesser bei einem Preßdruck von 6 t/cm2 stranggepreßt (Verformungsgrad 1: 56). Ermittelt wurden an diesem Strang folgende Werte: Härte bei Raumtemperatur .... 117 kp/mm' Härte bei 350'C ............. 48 kp/mm2 Härte bei Raumtemperatur nach der Glühung bei 350'C ..... 120 kp/mm2 ,p/MM2 Zugfestigkeit ............. ... 33 Ir The table below lists the parameters of the aluminum powder to be used according to the invention (samples 1, 2) and those of known aluminum powder (3, 4). The comparison shows that the commercially available powders do not have all the features of the powder to be used according to the claims and therefore do not have its advantageous properties either. Powder pr BET surface area Coherent recrystallization A / oxide content ben oxide content No. Oxide content / BET range A quotient (0/0) (M2 / 9) qb 1 7.9 5.7 1.38 750 1.3 95 2 8 7.5 1.07 1100 1.5 137 3 11.2 1.17 9.6 500 1.15 45 4 6.6 27 0.245 1500 > 1.82 227 B ice p y 1 A blättehenförmiges aluminum powder (1.18 Rekristallisationsquotient) having a oxide content of 2.3 0 / -0, a surface area of 6.3 m2 / g and an average statistical particle size of 60 #tm at a steady Krongrößenverlauf was charged with Silicon powder mixed in a ratio of 3: 1 and cold-pressed at a pressure of 2.2 t / CM2 to form a compact with a diameter of 75 mm. At a preheating temperature of 440.degree. C., this compact was extruded into a rod with a diameter of 10 mm at a pressure of 6 t / cm 2 (degree of deformation 1: 56). The following values were determined on this strand: hardness at room temperature .... 117 kp / mm 'hardness at 350'C ............. 48 kp / mm2 hardness at room temperature after annealing at 350 'C ..... 120 kp / mm2, p / MM2 tensile strength ............. ... 33 Ir

Claims

Claims: 1. For the production of aluminum sintered bodies by compression and hot forming to be used aluminum flake powder with an average statistical grain size of 10 to 200 #tra, an oxide content of 2 to 13 0 / (), a surface measured by means of physical nitrogen adsorption between 2 and 12 m2 / g, where the quotient of the total oxide content of the aluminum powder in percent by weight and the surface area of the powder particle measured by physical adsorption of nitrogen in ml / g is not greater than 5 , characterized in that the coherent areas of the powder particle are medium-sized between 400 and 1200 angstroms, preferably between 600 and 1000 angstroms, the ratio of the size of the coherent regions of the powder grain annealed at 400 ° C. to that of the same unannealed powder (recrystallization quotient) being between 1.1 and 1.7 , and that the Oxide content of the aluminum powder is so high that the quotient from the Average size of the coherent areas in angstroms and the total oxide content of the aluminum powder in percent by weight is between 90 and 300 .

2. Use of an aluminum powder according to claim 1, characterized in that the powder to be processed contains up to 35 0/0, preferably more than 20 0/0, additives that are difficult to compress, in particular silicon, and with a proportion of additives that are difficult to compress above 10 0 /, the oxide content is preferably between 2 and 6 %. Documents considered: German Patent No. 837 467; Zeitschrift für Metallkunde, Vol. 41 (1950), p. 229; Journal of Metals, Vol. 9 (1957), Transactions A / ME, pp. 124-130 .