DE1583746A1

DE1583746A1 - Verfahren zur Herstellung von Aluminiumpulver fuer Sinterzwecke

Info

Publication number: DE1583746A1
Application number: DE19671583746
Authority: DE
Inventors: Kahl Dipl-Chem Dr Georg; Holve Dipl-Ing Karen; Wincierz Dipl-Ing Dr Peter; Weber Dipl-Ing Dr Richard
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1967-09-30
Filing date: 1967-09-30
Publication date: 1970-09-24

Description

Prankfurt a.Main Dr.Ml/HWi

prov.No. 5 3 7 5

Verfahren zur Herstellung von Aluminiumpulver für Sinterzwecke.

Es ist bekannt, zur Herstellung von Aluminiumsinterkörpern hoher Warmfestigkeit als Ausgangswerkstoff Aluminiumblättohenpulver zu verwenden, das von 6 bis 15 i<> Aluminiumoxid enthält, Bs ist auch bekannt, zur Herstellung derartiger A3.uEiiniumblättchenpulver mit einem Oxidgehalt von mind. 4 i° sowie hohem Schüttgewioht, die Naßvermahlung in einem Lösungsmittel unter einem mindestens zeitweise verzögerten Sauerstoffzutritt vorzunehmen, wobei dem lösungsmittel noch in diesem lösliche und leicht oxidierbare Stoffe zugesetzt werden können ( DAS 1.166.595). Die Patentschrift macht jedoch keine Angaben £ darüber, welcher Art diese Stoffe sein sollen. Schliessiich iat on bekannt, Aluminiumblnttcbenpulver, die in Verbindung mit oin^r Tr.'igoraubstfn^ als sog. ALuminiumbronzen Vorwendung finden, durch Naßmahlung unter Luftzutritt in einem Lösungsmittel und unter Zu.s.'ttz von Stearin- oder

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Palmitinsäure oder deren Aluminiumsalzen, zu gewinnen.

( DAS 1.092.916). Um zu Aluminiumblättohenpulver dieser Verwendbarkeit zu gelangen, darf jedoch das Aluminium in keiner hohen Verdünnung im lösungsmittel vorliegen.

Das Verhältnis von Lösungsmittel zu Aluminium ist kleiner als

Das für die Herstellung von Bronze-Färben verwendete Aluminiumpulver hat ein niedriges bis 0,2 g/onr betragendes Sohüttgewicht und eine hohe Deckfläche

( 10-30.000 cm / g ). Aluminiumpulver mit diesen Eigenschaften

sind für Aluminiumsinterzwecke nicht brauchbar.

Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von für die Erzeugung von Aluminiumsinterkörpern hoher Warmfestigkeit geeignetem Aluminiumpulver mit hohem Schüttgewicht durch Kaßmahlung in einem lösungsmittel gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Naß¥ea*mahlung in inerter, gegebenenfalls sauerstoffhaltiger Mahlatmosphäre unter Einhaltung einos Verlriltnisees von Mahlflüssigkeit zu Mahlgut von 2:1 bis 5:1 und unter Zusatz eines lipophilen Stoffes in einer Menge von 0,01 bis 2 ^₄ vorzugsweise 0,04 bis 1 )o bezogen auf Aluminium, durchgeführt wird mit der Maßgabe, dal.! im Aluminiumpulver ein Kohlenstoffgehalt von 1 bis 2 >£ eingestellt wird.

Dem urfindungsgemüüs einzustellenden Kohlenstoff geh?!.Lt γοη 1 bis 2 )v kommt eine eiitacheidarüe Bedeutung zu, wenn

—3—

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• das Al-Pulver für die Herstellung von warmfesten Aluminiumsinterkörpern verwendet wird. Es wurde nämlich festgestellt, daß bei der Warmformgebung der Kohlenstoffgehalt des Aluminiumpulvers in dem "beanspruchten Bereich zu zahlreichen feindispers-verteilten Aluminiumcarbiden in dem Halbzeug führt, wodurch dessen Festigkeitseigenschaften eine "bedeutende Steigerung erfahren.

Die Anwesenheit dieser Aluminiumearbide läßt sich durch elektronenmikroskopische und röntgenografische Untersuchungen nachweisen.

Es wurde weiterhin festgestellt, daß weder die Trockenmahlung von Aluminiumpulver unter Zusatz eines Gleitmittels, noch die Naßmahlung von Aluminiumpulver in einem lösungsmittel allein zu einem für die Herstellung von Sintermaterial in der Praxis geeigneten Aluminiumpulver mit dem erfindungsgemäßen hohen Kohlenstoffgehalt führen, das für die Herstellung von hochwarmfestem Halbzeug geeignet ist.

Die erfindungsgemäß einzusetzenden lipophilen Zusatzstoffe sind neben den an sich für Zwecke der Aluminiummahlung bekannten Fettsäuren und Metallseifen die Ester von Fettsäuren mit ein- oder mehrwertigen Alkoholen, wie Äthylpalmitat, Butyllaurat, Äthylenglykoldilaurat, G-lycerintristearat, ferner einfachsubstituierte Ester mehrwertiger Säuren bzw. mehrwertiger Alkohole, z.B. Glycerinmonostearat oder -monoleat. re geeignete und erfindungsgemäß zu ver-

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wendende lipophile Stoffe sind Fettalkohole mit 10-20 C-Atomen, wie Lauryl-, öetyl- oder Stearylalkohol. Ferner höhere Paraffinkohlenwasserstoffe von WachsCharakter wie Paraffin, Oeresin. Des weiteren wachsartige Polyolefine mit Holgewichten zwischen 5.000 und 20.000. Schliesslich a"ber auch höhere zweiwertige Alkohole und deren Äther, Polyäther, wie Polyglycol.

Die %>t der vorgenannten G-leitmitteltypen an sich beeinflusst

die Eigenschaften des Sintermaterials in nicht nennenswertem

Sie dienen der
Ausmaß, lediglich Einführung des beanspruchten

Kohlenstoffgehaltes in das Aluminiumpulver nnkommt.

Als lösungsmittel für das erfindungsgemässe Verfahren eignen sich für Zwecke der Aluminiummahlung an sich bekannte Lösungsmittel wie aliphatische Kohlenwasserstoffe, z.B. Hexan, Heptan, Octan, G-emische von Benzinfraktionen, lackbenzin. Des weiteren eignen sich aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol und dessen alkylsubstituierte Derivate, ferner Zycloaliphatische Kohlenwasserstoffe wie Zyclohexan.

Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens sind an sich bekannte Mahlvorrichtungen geeignet wie Schwing- oder Kugelmühlen. Bei derartigen Einrichtungen muBs -lediglich Vorsorge dafür getroffen werden, dass das Mahlgut in inerter Mahlatmosphäre oder auch mit dosierter Sauerstoffzugabe behandelt werden kann. Ferner muß die Aufrechterhaltung einer

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konstanten und niedrigen Temperatur, wie Raumtemperatur, durch geeignete Kühlvorrichtungen möglich sein.

Gemäß dem Verfahren der Erfindung kann auch der zunächst inerten Mahlatmosphäre gegebenenfalls ein "bestimmter Sauerstoffgehalt zugeführt werden, um einen "bestimmten Aluminiumoxidgehalt in dem Aluminiumpulver, das für die Herstellung von hoch warmfesten Aluminiumsinterkörpern vorgesehen ist, einzustellen. Ein Aluminiumoxidgehalt zwischen 3 und 9 Ί» in dem Aluminiumpulver mit 1 - 2 fo Kohlenstoff ist "beispielsweise erwünscht, wenn es darauf ankommt, die Warm- und Zeitstandfestigkeit des Aluminiums zu verbessern.

Im allgemeinen wird aber ein Aluminiumpulver angestrebt, das nicht mehr als 8 jfi Aluminiumoxid aufweist.

Gemäß der Erfindung ist es in vorteilhafter Weise möglich, durch Naßmahlung ein Aluminiumpulver mit einem entsprechenden Kohlenstoffgehalt herzustellen. Durch die Zugabe von lipophilen Stoffen unter den erfindungsgemäßen Bedingungen, wird ferner das Schüttgewicht in günstiger Weise beeinflußt und stark erhöht. Die Teilchengröße*) wird außerdem deutlich kleiner, während die Verzerrung der Gitterstruktur erheblich zunimmt. Diese Gitterverzerrung entspricht einer Verfestigung

*) "Unter Teilchengröße wird hier der mittlere Durchmesser von Gitterbereichen mit einheitlicher Orientierung im Pulverkorn verstanden. Sie wird röntgenographisoh bestimmt und entspricht einem Gitterbereich, der einfallende Röntgenstrahlen kohärent zu streuen vermag. Diese Teilchengröße ist bei Metallen oft kleiner als ein Kristallit."

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der Teilchen.

Die Verbesserung der Festigkeitseigenschaften, "besonders in der Wärme von Sintermaterial, das unter Verwendung von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugtem Aluminiumpulver hergestellt wurde, "beträgt das ca. 1,7 bis 2,2-fache derjenigen Werte, die an Aluminiumsinterkörpern erreicht werden, die unter Verwendung vergleichbaren, jedoch in bekannter Weise nur naßgemahlenen Aluminiumpulvers hergestellt wurden. Diese bedeutende Steigerung der Festigkeitswerte ist auf das Vorhandensein von feindispersverteilten Aluminiumcarbiden neben gegebenenfalls grobdispersverteilten Aluminiumoxidpartikeln zurückzuführen.

In vorteilhafter Weise kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Mahldauer erheblich verkürzt werden. Sie beträgt nur nooh ein Drittel bis die Hälfte der Mahldauer bekannter Verfahren.

Zur Herstellung von Aluminiumsinterkörpern aus nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltem Aluminiumpulver können alle einschlägigen pulvermetallurgischen Verfahren angewendet werden, beispielsweise Kaltpressen, Sinterpressen oder Kaltpressen-Sintern-Warmpressen.

Die Erfindung wird anhand der nachstehenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

5 kg Aluminiumgrieß mit einem Oxidgehalt von 0,4 ^ und

15 Liter Benzin (Siedeintervall 155 bis 185⁰O) wurden in

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eine Kugelmühle chargiert. Das Mahlgefäß hatte "bei¹ einem Durchmesser von 80 cm und einer Länge von 40 cm ein Passungsvermögen von 150 1. Der Mahrbehälter war mit einem Mantel für Kühlflüssigkeit versehen, die mittels Thermostat auf einer Temperatur von 20⁰O ± 2⁰C gehalten wurde. Neben dem Ein- und Auslaßstutzen am Umfang des Mahlb ehält er s war noch in axialer Richtung eine mit Hahnen verschließbare Zuführung zum Einstellen der gewünschten G-asatmosphäre im Behälter angebracht.

Als Mahlkugeln wurden hochpolierte Stahlkugeln von 6 - 8 mm mit einem Gesamtgewicht von 270 kg verwendet. Die Umdrehungszahl der Kugelmühle betrug im Mittel 46 Umdrehungen pro Minute, Unter diesen Bedingungen wurden Chargen mit 0 und 10 g Stearinsäure/kg Aluminium hergestellt. Die Mahldauer betrug 12 Stunden bei einmaliger Füllung der Kugelmühle mit Luft als Mahlatmosphäre.

Die günstige Wirkung eines Gleitmittelzusatzes bei der Naßmahlung auf die Eigenschaften des Aluminiumpulvers und des hieraus hergestellten Halbzeugs geht aus nachstehender Tab. I hervor.

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Tabelle I

Gleit-

aittel-

menge

g/kg Al-Grieß

Schuttgewicht

g/cm^

Köraangsparameter

(/um)

Teilchen m.eJTfheitl. Orientierung

Größe λ Gitter-

Q rer-

( Ä) zerrung7)

•Warmhärte ■C-Gehalt dee

i^Pulver :Slnt«raat.·)

o 35O⁰C

(kp/mm )

OO UJ CO

O 10

0,35

0,75

*) aintergepreßt

330 2,53

72 2,15

0,63,

0,85.

0,5 23,0

1,45

cn oo co

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Beispiel 2

Unter sonst gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 angegeben, wurden dem Aluminiumgrieß jeweils verschiedene lipophile Stoffe zugesetzt, und zwar Ä'thylpalmitat, Polyglycol und Äthylglykol. Die mit diesen Gleitmitteln erreichten Eigenschaftswerte sind in der nachfolgenden Tabelle II aufgeführt. Die Mahlatmosphäre während des Versuches war im Gegensatz zu den in Beispiel 1 angeführten Mahlbedingungen Stickstoff. Bas gemahlene Aluminiumpulver hatte einen Aluminiumoxidgehalt von 3,9 # "bei den in der Tabelle II angegebenen Kohlenstoffgehalten.

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Tabelle II

Gleit mittel sorte	Sclxütt- ge- wicht (g/cm³)	Köroungs- paraiaeter d· η	Teilchen m.einheitl. Orientierung Grosse Gitter-	C- Gehalt i.	Warmliärte des Sintermat
		(/■um)	^ ' zerrung		bei 350^DC p (kp/mm )
Ztkylpalmitat	0,49	100 2,26	_ _		39,2
Polyglycol .	0,70	53 1,50	342 1,0O₅	1,25	43.0
JLthy !glycol	0,70	53 1,52	342 0,9I₁	1.30	43.0
Stearinsäure	0,51	77 2,14	346 0,8O₂	1,45	46,2

I O

♦) Stranggepresst

cn

OO

co

cn

5375 Beispiel 3

Es wurde wiederum die Arbeitsweise des Beispiel 1 angewendet, ;jedoch wurde als Gleitmittel Polyglycol mit mittlerem Molekulargewicht in einer Menge von 10 g/kg Aluminium eingesetzt. Sie Mahlatmosphäre "bestand aus Stickstoff. Zur Erzielung eines höheren Oxidgehaltes von 8 # wurde ein Sauerstoffpartialdruck von 50 - 100 !Dorr eingestellt.

Aus den Eigenschaftswerten der Tab. III geht hervor, daß durch eine Erhöhung des Oxidgehaltes die Eigenschaften des Sintermaterials in der Wärme noch verbessert werden.

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Tabelle III

Oxid- j ge halt	Sohütt- ge- wicht (g/cm³ )	Pulvereigenschaj Körnungs parameter	η	:ten *) Teilchen mit einheitl.	3rung Gitter ver zerrung	C-Gehalt im Pulver	Eigenschaften v. stranggepresst. Sintermaterial	3,5	. HB kp/ mm	350° 0	kp/ mm.	/	HB kp/ 2 mm	<ΓΌ, 2/1 kp/ ram r	8,0
ö Ml«		d¹ (/um )		Onentic Grosse (D			Räumt emp eratur	2,9					1	9,0 ' j i
1839							mm					IV) I
ο3,9 to» «ι» «η	0,72		2,15		0,8O₃	1.2		120	16,3	1,3	46
8,1	0,79	70	1,08	382	0,85₀	1,2		132	21,9	1,2	61
33	401	49,5
47,6

> ♦) mit Grleitmittelzusatz ( Polyglycol ) naßgemahlene Pulver

cn oo CO

O)

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von für die Erzeugung von Aluminium-Sinterkörpern hoher Warmfestigkeit geeignetem Aluminiumpulver mit hohem Schüttgewicht durch Naßmahlung in einem lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß die Haßmahlung in inerter, gegebenenfalls sauerstoffhaltiger Mahlatmosphäre unter Einhaltung eines Verhältnisses von Mahlflüssigkeit zu Mahlgut von 2:1 bis 5:1 und unter Zusatz eines lipophilen Stoffes in einer Menge von 0,01 - 2 #, vorzugsweise 0,04 - 1 i* bezogen auf Aluminium, durchgeführt wird, mit der Maßgabe, daß im Aluminiumpulver ein Kohlenstoffgehalt von 1 bis 2 # eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlung in sauerstoffhaltiger Mahlatmosphäre durchgeführt wird mit der Maßgabe, daß neben einem Kohlenstoffgehalt von 1 - 2 #, ein Aluminiumoxidgehalt von 3 - 9 #» vorzugsweise 4 - 8 #, eingestellt wird.

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