DE1458265C - Verfahren zur Herstellung pulvermetall urgischer Produkte mit gutem Korrosionswi derstand bei erhöhten Temperaturen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung pulvermetallurgischer Produkte mit regelmäßig aufgebautem Kristallgefüge und gutem Rekristallisations- sowie Korrosionswiderstand bei erhöhten Temperaturen, bei dem Metallpulverteilchen mit einem Überzug aus diffusionshemmendem Metalloxid erhitzt, zwecks Porenbeseitigung heißgepreßt und anschließend warmverformt werden.

Bei den nach bekannten Verfahren hergestellten Produkten dieser Art ist der Korrosionswiderstand bei erhöhten Temperaturen gegen Wasser oder Wasserdampf auf die Dauer noch nicht gewährleistet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abiiilfe zu schaffen und ein Verfahren anzugeben, welches die Herstellung derart beständiger puivermetallurgischer Produkte gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Metallpulverteilchen, deren größte Abmessungen kleiner als 1 mm sind, durch eine mechanisch hervorgerufene Anlagerung oder eine an sich bekannte Oxydation mit einem die Diffusion bzw. das Zusammenbacken verhindernden Oxidüberzug versehen, unter Vakuum einer progressiven Erwärmung bis auf eine zur Entgasung der Pulverteilchen und Entfernung vergasbarer Ein-Schlüsse ausreichende Temperatur während einer dazu ausreichenden Dauer unterworfen und — unter Aufrechterhaltung des Vakuums und der erhöhten Temperatur — zu einem völlig kompakten Preßkörper in an sich bekannter Weise komprimiert werden, der anschließend in an sich bekannter Weise durch plastische Verformung in die Gestalt des Endprodukts gebracht wird.

Die Überzüge auf den einzelnen Pulverteilchen können auf unterschiedliche Weise erhalten werden, beispielsweise durch eine mechanisch verursachte Anlagerung, insbesondere durch Einbringen des Pulvers und des Überzugsmaterials in Pulverform in einen Mischer, in dem sich das letztere festhaftend an die Oberfläche des Pulvers anlegt.

Die Überzüge können aber auch durch eine Oxydation erzielt werden.

Ganz unabhängig davon, auf welche Weise die Überzüge hergestellt werden, muß darauf hingewiesen werden, daß die große Zahl der einzelnen Überzugsschichten, die sich aus der Wahl eines relativ feinkörnigen Pulvers als Ausgangsmaterial ergibt, wesentlich wirksamer im Sinne der Erfindung ist als die Erhöhung der Dicke der einzelnen Überzugsschichten.

Äußerem konnte festgestellt werden, daß als Ursache für ungleichmäßig auftretende Eigenschaften und ungenügende Stabilität bei hohen Temperaturen eines pulvermetallurgischen Produktes, wie sie in bezug auf Korrosionswiderstand, Schweißfähigkeit, bei mechanischen Beanspruchungen usw. erscheint, insbesondere das Vorhandensein von Mikrolunkern oder Einschlüssen gilt, die entweder Gase enthalten oder bei Erhitzung solche Gase abgeben, insbesondere bei den jeweiligen Betriebstemperaturen. Die Beseitigung dieser schädlichen Einflüsse wird durch die Erfindung dadurch möglich, daß die oxidbeschichteten Pulverteilchen, die in einen kompakten Preßkörper übergeführt werden sollen, vor dem Heißpressen in Gestalt vorverdichteter poröser Preßkörper auf eine Temperatur aufgeheizt und während einer genügend langen Dauer auf einer solchen Temperatur gehalten werden, bei der die flüchtigen Stoffe, welche die Teilchen enthalten oder die von den Teilchen absorbiert sind (Fette, Wasser, organische Substanzen usw.), praktisch vollständig beseitigt werden.

Es wurde gefunden, daß das erfindungsgemäße Verfahren ganz besonders vorteilhaft ist, um Aluminium-· oder Magnesiumsinterkörper in reiner oder legierter Form zu erhalten. Versuche haben weiterhin gezeigt, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren auch für Sinterkörper aus Eisen, Nickel, nichtrostendem Stahl, Kupfer u. dgl. anwenden läßt.

Bei einer speziellen Anwendungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens, die sich auf die Herstellung von Aluminiumsinterkörpsrn bezieht, geht man von Aluminiumpulver oder einer Mischung von Pulvern aus Aluminium und 0,05 bis 4°/₀ von zumindest einem Zusatzmetall aus, das vorzugsweise Eisen und/oder Nickel ist. Man erwärmt dieses Pulver oder diese Pulvermischung in einem geschlossenen Ofen oder einem Heizschrank während einer bis mehreren Stunden bei einer Temperatur, die höher oder gleich 150⁰C ist; dann verdichtet man das Pulver in kaltem Zustand mit einem verhältnismäßig niedrigen Preßdruck, beispielsweise 500 bis 1500 kp/cm³, in einem Behälter mit dichtem Unterteil. Anschlieiknd wird der Behälter bis auf eine Absaugleitung vollkommen dicht verschlossen und der in dem Behälter enthaltene poröse Preßkörper bei Umgebungstemperatur durch Abpumpen entgast, bis im Inneren des Behälters ein Druck von weniger als 10~² mm Hg-Säule erreicht ist; die Temperatur wird dann progressiv bis auf 600°C erhöht und aufrechterhalten, während das Abpumpen der Gase aus dem Behälter bis zum Erreichen eines gleichbleibenden Enddruckes von 10"₅mm Hg-Säule fortgesetzt wird. Nach vollkommen dichtem Abschließen des Behälters wird dieser bei einer Temperatur von 250 bis 600°C mit verhältnismäßig hohem Druck zusammengedrückt, der beispielsweise zwischen 4000 und 10000 kp/cm^a liegt. Der auf diese Weise erhaltene Preßkörper wird aus dem Behälter gelöst und dann durch bekannte Verfahren plastisch verformt, insbesondere stranggepreßt.

Die gewünschte Feinheit der Verteilung von Eisen und/oder Nickel ist durch die Anwendung der Pulvermetallurgie möglich. Die Stabilität der erhaltenen Sinterkörper bei höheren Temperaturen ergibt sich auf Grund der diffusions- und wärmedämmenden Überzüge, die nach einem der folgenden Verfahrensschritte aufgebracht werden können:

Wenn das zu verdichtende Pulver aus einer Aluminiumlegierung oder aus Reinaluminium besteht, auf dem auf mechanische Weise eine Feinstpulverschicht angelagert worden ist, lassen sich die Oxidüberzüge durch ein genau überwachtes Oxydieren herstellen, das vor dem endgültigen Heißpressen durchgeführt wird. Wenn das zu verdichtende Pulver aus einer Aluminiumlegierung oder aus Reinaluminium besteht, auf dem auf mechanische Weise reduzierbare Oxide angelagert worden sind, können die Oxidüberzüge durch vorhergehendes Oxydieren der Teilchenoberfläche und teilweise Reduktion der angelagerten Oxide bei entsprechend überwachter Temperatur erzielt werden, beispielsweise während oder nach dem Heißpressen.

Die schädlichen Einschlüsse bzw. Mikrolunker werden erfindungsgemäß durch das allmähliche Aufheizen unter relativ hohem Vakuum beseitigt. Die Vakuumbehandlung kann nach dem kontrollierten

Oxydieren in demselben Gefäß durchgeführt werden, wie es oben geschildert wurde. Die auf diese Weise behandelten prorösen Preßkörper werden bis zu ihrer vollständigen Verdichtung sorgfältig vor jeder Verunreinigung bzw. Gasaufnahme geschützt.

Die erste Verdichtung muß mit einem verhältnismäßig niedrigen Druck durchgeführt werden, damit das zunächst poröse Gefüge des vorverdichteten Pulvermaterials noch »offen« bleibt und über die miteinander in Verbindung stehenden Poren auch das Austreten von Gasen aus dem Inneren der Preßkörper möglich ist. Ein solcher poröser Preßkörper wird dann langsam unter Vakuum bei der höchsten möglichen Temperatur entgast. Nach dieser Behandlung und unter weiterem Aufrechterhalten des Vakuums wird die porige Struktur der Masse durch einen Heißpreßvorgang unter sehr hohem Druck beseitigt. Abschließend wird der sehr stark verdichtete, porenfreie Sinerkörper in die gewünschte Form gebracht, beispielsweise stranggepreßt.

Bei einer anderen speziellen Anwendung der Erfindung, bei der Magnesiumsinterkörper gewonnen werden sollen, geht man von einem Magnesiumpulver aus, dessen Teilchen größte Abmessungen zwischen 0,05 und 1 mm aufweisen. Man führt zunächst eine Oberflächenoxydation dieses Pulvers in Luft durch, die vorzugsweise Kohlendioxid enthält, und unterwirft dann dieses oberflächlich oxydierte Pulver einer ersten Verdichtung, bei der ein Verdichtungsdruck von 500 bis 1500 kp/cm² angewendet wird. Dann wird der poröse Preßkörper stetig auf eine Temperatur von etwa 35O°C erhitzt, während er sich in einem Vakuum von etwa ΙΟ"¹ bis ΙΟ"² mm Hg-Säule befindet. Anschließend wird bei einer Temperatur zwischen 250 und 600°C mit einem Druck zwischen 4000 und 10000 kp/cm² fertiggepreßt. Schließlich wird der praktisch porenfreie Sinterkörper in die gewünschte Form gebracht, beispielsweise stranggepreßt.

Als ein lediglich zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmtes Durchführungsbeispiel wird nun die Herstellung einer speziellen Aluminiumlegierung näher beschrieben.

Das als Ausgangsmaterial benutzte Pulver besteht ausplättchenförmigen Aluminiumpartikelnaus Al 99,99; die mittlere Dicke dieser Partikeln ist etwa 4 μηι. Als Legierungselemente werden 1 % Eisen und 1 % Nickel benutzt, und zwar in Form von zwei sehr feinteiligen Legierungspulvern, von denen eines 34% Eisen, 12% Nickel und Aluminium als Rest, das andere 25% Nickel und Aluminium als Rest enthält. Die Oxidschicht auf den Aluminiumteilchen wird durch Bildung eines Aluminiumoxidfilmes von 0,05 μηι Dicke geschaffen, indem man das Pulver an der Luft während 20 Stunden auf 500⁰C erhitzt. Die Kaltverdichtung des Pulvers in einem Aluminiumgefäß erfolgt mit einem Druck von 1000 kp/cm². Das Entgasen des Behälters und des darin enthaltenen porösen Preßkörpers in einem Vakuum von 10~² mm Hg-Säule dauert ungefähr 48 Stunden. Das Aufheizen und Halten auf einer Temperatur von 600⁰C bei einem Vakuum von 10~! mm Hg-Säule nimmt weitere 20 bis 24 Stunden in Anspruch. Nach gasdichtem Abschließen des Behälters wird dieser bei 600⁰C mit einem Druck von 4000 kp/cm² gepreßt. Das Material des Behälters wird durch mechanische Aufarbeiten entfernt und der freigelegte Sinterkörper bei 600° C stranggepreßt, wobei eine Verringerung seines Querschnittes auf etwa ein Zwanzigstel vorgenommen wird. Der auf diese Weise gewonnene Strangpreßkörper wird zunächst heiß und dann kalt auf eine Dicke von etwa 1 mm gewalzt.

Das auf diese Weise hergestellte Knethalbzeug wurde während 250 Stunden unter einemDruck von 169 kp/cm² besonderen Korrosionsversuchen gemäß Tabelle unterzogen. Die Ergebnisse dieser Versuche — die zum Vergleich auch mit einer bekannten Aluminiumlegierung gleicher Zusammensetzung durchgeführt wurden, die einmal ohne und das andere Mal mit einem stabilisierenden Zusatz von Zirkonium versehen war — sind an Hand der Korrosionstiefe angegeben.

Legierung
(7o)

Zustand

Korrosionstiefe nach 250 Stunden
unter 169 kg/cm* Belastung

Wasser
von 35O°C

Wasserdampf
von 450⁰C

Mikron

Al 99,99 + 1 Fe + 1 Ni ohne Zr

Al 99,99 + 1 Fe + 1 Ni + 0,05 bis 0,10 Zr

Erfindungsgemäß erzeugtes Blech aus Al 99,99 + 1 Fe . + 1 Ni

Claims (2)

Patentansprüche: Wie hergestellt Stunden bei 6000C geglüht Wie hergestellt Stunden bei 6000C gegKiht Wie hergestellt Stunden bei 600° C geglüht 10 bis 20 (zerstört) 8 bis 12 35 bis 60 18 bis 25 18 bis 25 (zerstört) (zerstört) (zerstört) (zerstört) 8 bis 12 8 bis 12 60

1. Verfahren zur Herstellung pulvermetallurgischer Produkte mit regelmäßig aufgebautem Kristallgefüge und gutem Rekristallisations- sowie Korrosionswiderstand bei erhöhten Temperaturen, bei dem Metallpulverteilchen mit einem Überzug aus diffusionshemmendem Metalloxid erhitzt, zwecks Porenbeseitigung heißgepreßt und anschließend warmverformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallpulverteilchen, deren größte Abmessungen kleiner als 1 mm sind, durch eine mechanisch hervorgerufene Anlagerung und teilweise Reduktion der angelagerten Oxidteilchen oder eine an sich bekannte Oxydation mit einem Oxidüberzug versehen, mit geringem Druck vorverdichtet, unter Vakuum einer progressiven Erwärmung bis auf eine zur Entgasung der Pulverteilchen und Entfernung vergasbarer Einschlüsse ausreichende Temperatur

während einer dazu ausreichenden Dauer unterworfen und — unter Aufrechterhaltung des Vakuums und der erhöhten Temperatur — zu einem völlig kompakten Preßkörper in an sich bekannter Weise komprimiert werden, der anschließend in an sich bekannter Weise durch plastische Verformung in die Gestalt des Endprodukts gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Aluminiumpulver- oder Aluminiumlegierungspulverteilchen mit einem die Diffusion bzw. das Zusammenbacken verhindernden Überzug versehen werden, indem Eisen- und/oder Nickeloxidteilchen in einem Mischer an die voroxydierten Teilchen angelagert und die Eisen- und/oder Nickeloxidteilchen bei überwachter Temperatur, z. B. bei oder nach dem Heißpressen, teilweise reduziert werden.