DE1533377C - Verfahren zur inneren Oxydation von Legierungspulver oder einer teilweise legierten Metallpulvermischung - Google Patents

Description

Durch die innere Oxydation von Legierungen aus einem relativ edlen Grundmetall, wie z. B. Cu, Ni, Fe, und einem unedleren Zusatzmetall, wie z. B. Al, Mg, Si, Zr, Ti, können feinstdisperse Oxidausscheidungen in einer tnetallischen Grundmasse erhalten werden. Die ausgeschiedenen Oxide steigern die Festigkeit und die Warmfestigkeit; sie stabilisieren weiterhin das Gefüge und erhöhen ferner die Schweißsicherheit und das Verschleißverhalten.

Der Zusatz an unedlen Metallen muß unter bestimmten Gesichtspunkten ausgewählt werden:

Das unedle Metall muß im Grundmetall löslich sein, um eine feine Oxiddispersion zu erhalten, und es muß hiervon eine gewisse Mindestmenge vorliegen, um genügend Oxideinlagerungen zu erzeugen. Andererseits darf ein gewisser Grenzgehalt nicht überschritten werden, damit überhaupt innere Oxydation eintritt. Der Ablauf der inneren Oxydation ist ferner noch von der Temperatur und vom Sauerstoffpartialdruck in der Glühatmosphäre abhängig. Am schnellsten geht der Vorgang vor sich, wenn der Partialdruck des Sauerstoffs in der Glühatmosphäre dem Zersetzungsdruck des Oxids des Grundmetalls bei der jeweiligen Glühtemperatur entspricht. Höherer Partialdruck führt zur Ausbildung einer bremsenden Deckschicht aus dem Grundmetalloxid, niedrigerer Partialdruck verlangsamt den Vorgang ebenfalls.

Verhältnismäßig sicher kann der richtige Partialdruck dadurch eingestellt werden, daß man die Probestücke in eine Mischung aus Grundmetall und Grundmetalloxid, vorzugsweise beide in Pulverform, einbettet. Das ist jedoch nur. bei kompakten Proben sinnvoll. Andererseits dauert die innere Oxydation von kompakten Proben größerer Dicke sehr lange, weil die Geschwindigkeit der inneren Oxydation (abhängig von Temperatur und Zusammensetzung) in der Größenordnung von einigen Mikron pro Stunde liegt. Die Temperatur darf im Interesse einer feindispersen Oxidausscheidung auch nicht zu hoch gewählt werden.

Zur Herstellung größerer Werkstücke aus durchgehend innerlich oxydiertem Material bedient man sich deshalb zweckmäßig der pulvermetallurgischen Herstellungsmethode:

Eine geeignete Legierung wird mechanisch, vorzugsweise durch Druckverdüsung, gepulvert. Die Pulverteilchen werden innerlich oxydiert. Die innerlich oxydierten Pulver werden durch Pressen und Sintern, vorzugsweise durch Strangpressen, verdichtet.

Die innere Oxydation von Legierungen mit einem Grundmetall unedler als Silber ist jedoch schwieriger. Nach einem bekannten Verfahren wird ein solches Legicrungspulver in die Pulvermischling aus Grund-metall und Grundmetälloxid eingepackt. Die spätere Abtrennung des innerlich oxydierten Legierungspulvers vom nicht, teilweise oder vollständig reduzierten Oxidpulver sowie vom nicht, teilweise oder vollständig oxydierten Grundmetallpulver ist recht schwierig. ,

Ein weiteres bekanntes Verfahren ist die zweistufige Oxydation. Zunächst wird das Pulver, z. B. an Luft, bis zu definierter Gewichtszunahme oxydiert, wobei eine äußere Oxidschicht entsteht. In einer zweiten Güihbchandlung unter neutraler Atmosphäre wird die äußere Oxidschicht zersetzt, und der frei werdende Sauerstoff diffundiert in das Legieriingspulver. Dieses Verfahren ist nicht nur umständlich, sondern vor allem auch schwierig zu überwachen und zu steuern. .

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur inneren Oxydation von Legierungspulver oder einer teilweise legierten Met'allpulvermischung mit einem Grundmetall unedler als Silber und einem Metall unedler als das Grundmetall, das gegenüber den vorbeschriebenen Verfahren erhebliche Vorteile aufweist. Gemäß der Erfindung werden die innerlich zu

ίο oxydierenden Pulver oder Pulvermischungen, die sich in der einen Kammer eines Zweikammersystems befinden, und ein Pulvergemisch aus einem Grundmetall und dem Oxid des Grundmetalls, das sich in der anderen Kammer befindet, bis zur teilweisen Zersetzung des Grundmetalloxids erhitzt.

Das Verfahren wird in einem beliebig ausgebildeten geschlossenen Zweikammersystem, beispielsweise in einem abgeschlossenen Rohr, durchgeführt. Bei dem Erhitzen in dem abgeschlossenen Rohr, beispiels-

ao weise in einem elektrisch beheizten Rohrofen, erfolgt eine teilweise Zersetzung des Grundmetalloxids, und es stellt sich der.der Zersetzungstemperatur des Oxids entsprechende Sauerstoffpartialdruck ein. Über die Erhitzungstemperatur läßt sich demnach die Reaktionsgeschwindigkeit der inneren Oxydation einstellen. ......

Das Erhitzen der Pulver kann durch eine Wärmequelle indirekt von außen erfolgen. Wegen der leichten technischen Durchführbarkeit ist die elektrische Widerstandserwärmung am einfachsten.

Die Gleichmäßigkeit der inneren Oxydation kann dadurch gefördert werden, daß das innerlich zu oxydierende Legierungspulver bzw.. die teilweise legierte Metallpulvermischung während des Erhitzens bewegt wird. Hierzu kann das Rohr gedreht oder geschaukelt und dabei das Pulver durch Leitbleche umgewälzt werden.

Nach Ablauf der zur vollständigen Oxydation der Pulverteilchen erforderlichen Glühzeit wird abgekühlt. Das Rohr kann dann geöffnet und das Innerlich oxydierte Pulver entnommen werden. Es ist ein Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung, daß mit ein und derselben Füllung an Grundmetall und Oxid des Grundmetalls mehrere Chargen Legierungspulver innerlich oxydiert werden können.

In manchen Fällen ist es vorteilhaft, einen ge-" schlossenen Gaskreislauf zu schaffen. Hierzu kann inertes Gas eingeleitet werden und der sich aus" dem Pulvergemisch Gruridmetall und Grundrneialloxid entwickelnde Sauerstoff durch das innerlich zu oxydierende Legierungspulver geleitet werden.

Geeignete Legierungspulver sind z. B. Cu-Al,

: Cu-Ti₁Ni-Al₁Ni-Zr₁Fe-Si.

Geeignete Grundmetallöxidmischüngeri sind z. B.

Cu-Cu₂O, Ni-NiO, Fe-Fe₂O₃.

Die Verwendung von einer Pulvermischung verschiedener Legierungspulver ergibt nach der Verarbeitung der innerlich oxydierten Mischung Sinterwerkstoffe mit interessanten Eigenschaften. Auch die Verwendung einer nur teilweise legierten Pülvermischung, d. h. einer Mischung, bei der die Warmbehandlung noch nicht zum vollständigen Korizentrationsausgleich der Legierungskomponenten geführt hat, führt nach der pulvermetallurgischen Verarbeitung der innerlich oxydierten Mischung zu Werkstoffen mit vorteilhaftem Gefüge.

Die Erfindung wird an Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In F i g. 1 ist ein Rohr 1 aus hitzebeständigem Material, beispielsweise, warmfestem Stahl, Quarz, Keramik oder feuerfeste Steine, in der Mitte oder außermittig mit einer Trennwand 2 versehen. In den dadurch entstandenen Rohrteil 3 wird das Legierungspulver 4 eingebracht. In dem anderen Rohrteil 5 befindet sich ein Gemisch 6 aus Grundmetall und Oxid des Grundmetalls; beide liegen in Pulverform oder als Granulat vor. Das Rohr wird über die Rohrleitung? evakuiert oder mit Inertgas gespült und anschließend durch Schließen des Hahnes 8 dicht verschlossen. Danach wird das gesamte Rohr in einem geeigneten Ofen auf die für die innere Oxydation vorgesehene Temperatur gebracht. Der Druckausgleich erfolgt über ein Ventil. Unter Zersetzung gibt das Grundmetalloxyd so viel Sauerstoff ab, bis der bei der eingestellten Temperatur im' Gleichgewicht stehende Sauerstoffpartialdruck erreicht bzw. erhalten bleibt. Der für die innere Oxydation der unedleren Metallkomponente des Legierungspulvers erforderliche Sauerstoff wird von dem zersetzenden Grundmetalloxid geliefert.

Ein Beispiel für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines Rührers ist in F i g. 2 dargestellt. In zwei beliebig ausgebildeten, durch eine Trennwand 13 voneinander getrennten Kammern 11 und 12 befindet sich das Pulvergemisch 14 aus Grundmetall und Oxid des Grundmetalls und das Legierungspulver 15. Letzteres wird unter Verwendung eines Rührers 16 gerührt.

Fig. 3 erläutert die Durchführung in einem geschlossenen Gaskreislauf. Der Gasstrom 21 passiert die auf die richtige Temperatur gebrachte Zersetzungskammer 22, in welcher sich das Gemisch 23 aus Grundmetall und Grundmetalloxid befindet, und belädt sich dabei mit Sauerstoff, entsprechend dem sich bei der Temperatur einstellenden Sauerstoffpartialdruck. Der Gasstrom tritt dann von unten in die Kammer 24 ein, in der sich das Legierungspulver 25 befindet, und schafft für das Legierungspulver ein Fließbett 26.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen innerlich oxydierten Pulver können beispielsweise als Ausgangspulver für pulvermetallurgisch hergestellte Bauteile und Fertigformteile verwendet werden. Es können daraus aber auch größere Rundplatten gepreßt und gesintert werden, die danach zu Profilen stranggepreßt werden. Ein weiterer Einsatz des erfindungsgemäß hergestellten Metallpulvers ist das Preß- oder Walzverdichten. Sintern und Walzen zu endlosen Bändern. Das pulvermetallurgisch weiterverarbeitete Pulver ergibt Werkstoffe mit gleichmäßigem Gefüge auch über größere Querschnitte und sehr gute Eigenschaftswerte, insbesondere hohe Warmfestigkeit.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur inneren Oxydation von Legierungspulver oder einer teilweise legierten Metallpulvermischung mit einem Grundmetall unedler als Silber und einem Metall unedler

»ο als das Grundmetall, dadurch gekennzeichnet, daß die innerlich zu oxydierenden Pulver oder Pulvermischungen, die sich in der einen Kammer eines Zweikammersystems befinden, und ein Pulvergemisch aus einem Grund-. metall und dem Oxid des Grundmetalls, das sich in der anderen Kammer befindet, bis zur teilweisen Zersetzung des Grundmetalloxids erhitzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulver mittels einer äußeren Wärmequelle erhitzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das innerlich zu oxydierende Legierungspulver bzw. die teilweise legierte Metallpulvermischung während des Erhitzens bewegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der frei werdende Sauerstoff in einem geschlossenen Gaskreislauf durch das innerlich zu oxydierende Legierungspulver bzw. die teilweise legierte Metallpulvermischung geleitet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen