DE1801452C2

DE1801452C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulvern durch Druckzerstaeuben einer Schmelze

Info

Publication number: DE1801452C2
Application number: DE19681801452
Authority: DE
Inventors: Wentzell Joseph M
Original assignee: Homogeneous Metals Inc
Current assignee: Homogeneous Metals Inc
Priority date: 1967-12-15
Filing date: 1968-10-05
Publication date: 1970-09-24
Also published as: SE353245B; FR1592705A; GB1194444A; DE1801452B1; CA928918A; BE723443A; US3510546A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- förmigen öfinung mit Löchern, Poren oder anderen richtung zum Herstellen von Metallpulvern durch Mitteln zum Emdiffundieren von Gas in das durch Druckzerstäuben einer Schmelze and anschließendes das Rohr hindurchtretende Metall versehen ist. Abkühlen der erhaltenen Pulverteilchen. In zweckmäßiger Äusgestailtung Jer Erfindung ist

Die Verwendung von Metallpulvern zum Herstellen 5 ferner vorgesehen, daß bei der Vorrichtung gemäß fester Gegenstände mit komplizierter Gestalt ist be- der ErSnäuag um den Schmelztiegel herum eise kannt Man hat seit langem erkannt, daß die Qualität ... induktionsspule angeordnet ist ' ·>

derartiger Gegenstände und die Schwierigkeiten der Vorzugsweise sieht man vor, iaß die Vakuum-

Erzielung sauberer Details weitgehend von der Quali- . 'Zerstäubungskammer geometrisch derart angeordnet tat des verwendeten Metallpulvers abhängt Es sind ίο ist, daß die Metall^artikeln zunächst aufwärts und viele Verfahren zum Herstellen von Metällpulvern dann abwärts wandern.

vorgeschlagen und mit gewissem Erfolg auch ange- C Es ist ferner vorgesehen, daß beim Gerät gemäß wendet worden. Beispielsweise ist es bekannt, zur der Erfindung unter dem Boden der Schmelzkammer Herstellung legierter Pulver eine Schmelze mittels eine mit einer Zutrittsöffnung versehene Beschik-Druckluft in eine Flüssigkeit zu spritzen. Bei einem 15 kungskammer angeordnet ist und daß der Schmelzanderen bekannten Verfahren wird die Schmelze ^s "tiegel aufeiner Hubvorichtunggelag|rt uad mit dieser durch ein Sieb in einen langen, luftgekühlten Zylinder aus der Beschickungskammer uäch oben in die gespritzt Dabei ist wesentlich, daß die Teilchen Schmelzkammer bewegbar ist schnell d ikiihien, ehe sie einander berühren. Die be- In weiterer Ausgestaltung kann dann der Schmelzkannten Verfahren sind jedoch alls kompliziert, teuer ao tiegel mittels der Hubvorrichtung in der Schmelzkam- und schwierig zu steuern, damit Metallpulver mit mer in eine erste Stellung innerhalb der Induktionsgleichmäßiger, hoher Qualität erzeugt werden. spule und in eine zweite Stellung bewegbar sein, in

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein der das Rohr der rohrförmigen öffnung teilweise in Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstelleu von den Schmelztiegel eintaucht

Metallpuivern durch Druckzerstäuben einer Schmelze 35 Die Erf ldung wird nun weiter an Hand eines Auszu schaffen, die verhältnismäßig einfach und leicht zu f iihningsbeispiels erläutert, wobei auf die Zeichnung steuern sind und ein Metallpulver gleichmäßig hoher Bezug genommen wird, die eine Ausführungsform Qualität erzeugen, das den Anforderungen der Pu!- des Geräts gemäß der Erfindung in senkrechtem vermetoilterhnik genügt Mit dem Verfahren und dem Längsschnitt zeigt

Gerät gemäß der Erfindung wird Metallpulver her- 30 Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist die vorrager :'jr Reinheit erzttigt, wobei die Metallpulver- Vorrichtung eine Schmelzkammer 10 auf, «Se von partikeln im wesentiieke.; gleichförmig und von her- einer zylindrischen Wand 11 gebildet wird, welche an vorragender Qualität sind. ihrem oberen Rand einen Flansch 12 sowie eine

Die Lösung dieser Aufgabe «rfolgt beim Verfahren Bodenplatte 13 aufweist An der Bodenplatte 13 ist gemäß der Erfindung dadurch, daß der Metallschmelze 35 innen eine Schutzschale 14 lösbar befestigt. Die ein Element im festen oder gasförmiges Zustand zu- Schmeizkammer ist cbea mit einer Deckplatte 15 vergegeben wird, dessen Dampfdruck wesentlich höher schlossen. Die Bodenplatte 13 ist mit einer öffnung als derjenige des Metalls ist, und die Schmelze in 13a versehen, durch die die Schmelzkammer mit einer Vakuumkammer zerstäubt wird. einer an der Unterseite der Bodenplatte 13 befestigten

Gemäß einer bevorzugten Ausfiihrungsiorm des 40 Beschickungskammer 16 verbunden ist. Die Beschik-Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß kyngskamnier 16 ist mit einer Zutnttsklappe 17 verdie Metallschmelze vor dem Zerstäuben mit einem sehen, und auf einem Schaft 19, der abgedichtet gleiinerten Gas, z. B. dem wegen seiner Wirtschaftlichkeit tend durch eine öffnung 20 im Boden der Beschikhäufig verwendeten und bekanntlich einen- hohen kungskasimer 16 hindurchgefühlt ist, ist ein senkrecht Dampfdruck aufweisenden Wasserstoff, gesättigt wird. 45 beweglicher Tiegelhalter· 18 montiert Elektrische

Eine andere Ausfühmngsfcrm des Verfahrens ge- Leitungen 21 treten durch die Außenwand 11 der maß der Erfindung sieht ve?, daß zu ds? zu ssrstäu- Schisdzkasssier hisdsrch; Sa jeae ist eine tadaRticssbenden Schmelze ein mit derselben chemisch nicht spule 22 angeschlossen, die mittig in der Schmeizreagierendes Metall zugegeben wird. kammer angeordnet ist Ein Schmelztiegel 23 ist vor-

Bei der Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver- 50 zugsweise auf einer Unterlage aus Sand 24 in einem fahrens erfolgt die Lösung der gestellten Aufgabe Haltering 23 auf dem Tiegelhalter 18 gelagert. Ein durch eine Schmeizkammer, die zur Regulierung des Übertragungsrohr 26 ist lösbar und dichtschlieSend Drucks in der Kammer über eine Leitung an eine in einer ÖSnung27 in der Deckplatte IS befestigt Vorrichtung zum Absaugen und Einleiten von Gas Eine Saug- und Druckleitung 28 is* an die Seitenwand unter Druck abgeschlossen ist, ferner durch einen 55 11 angeschlossen, um die Schmelzkammer 10 zu eva-SchmeJztJegel ja dieser Kammer, durch eine Vakuum' küieren oder unter Druck zu setzen. .Zerstäubungskammer über der Scbmelzk'arnnier, weir ...sf -'tij^r^er Schraeükaminer Iß ist eine Vakuiun- -terhin durch eine rohrfönnige ögnung, die die- ZErstöuMngskamJher^ vorgesehen, die aus einem Schmelz- und Vakuum-Zerstäubungskammer verbas- V ^Zylinder mit Endfiänschetf^l und 32 besteht, wöbsi det, wobei das Rohr teilweise in den Schniclztiegel 69 der Zylinder mit dem Flansch 3t an der Deckplatte hineinragt, durch einen VerscMaS zürn uffnen upd 15 bsfesiigi ist Das Ende des Ütssriiapsa^rohres 2δ Schließen der robnormigea uimnng und durch eine ;rägt in die VakuiinlrZerstäübiiägsiammsr 39 hinein an die Vakuum-Zerstaubungsäauimsf arigeschSossgae ""'and ist hier mit einer federad m SchlieSsieliung Ssagpumps zur Erzeugung eines gegenüber der geführten VerscfiJnSklapps 35 verschSossea, die von Schmelzkamsiier vennmderten Druckes in der Va- es:-einer iOfeke 37 lesigshalfSH ^jrd. ©Ιε'ValcEisioi-Zsr" kuum-Zerstäufjiuii^&aniiiier. ästäübun^bammer Mist oben mit einem am Flansch

In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung geoiäß 32 bsfestigisn Deckel 3S verschlosssis* der Erfindung ist vosgssshea, da3 das Rohr der rohr- Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Eise

Claims

1
3

„Charge des zu zerstäubenden Metalls wird in den Schmelztiegel 23 fiajseb^^i.^T'Sm'iiesel wird durch die^ ZutrittskJappe 17 Wndurctiraui die Sandjinterlage 24 gesteUtTDer Tjfegeljnut^Sem Metall wird ,dann mittels des &haftesi9 in|äie/Sjchiniej?kammer s ίο geheben, bis sich der TiegeLmneffiaiS tier luduktiopsspule 22 befindet Dana wir«! dal Metall mittels Induktionsheizung geschmolzen, und die Schmelzkammer wird über die Leitung 28 evakuiert Wenn die Charge geschmolzen hl, wird die Schmelzkammer »o mit einem Druckgas gefßüt, fc-^pielsweise mit Wasserstoff, der von der Schmskt -L^orbiert wird. Die Verschlußklappe 36 mto 4&i*~. durch Lösen der Klinke 37 gelöst ΐ-k Msh '-äarge zerstäubt durch das Übertragungsreb' '--* mndurch in die Vakuum-ZersiaübungskasOo^ 3f hinein, in der ein vakuum aufrechterhaltet: ■■ -rd. Insbesondere bei Verwendung eines löslichen Gases als ZugabeeSement explodiert das Metall in die Vakuiun-Zerstäubungskammer hinein, so daß ein feines Pulver entgeht, das abgekühlt ac wird, solange es sich noch im Schwebezustand befindet, woraufhin es in der Vakuiun-Zerstäubungs&ammer 30 gesammelt wird.

Eine Zutrittsöffnung 40 ist vorzugsweise auf de? Oberseite der Vakuum-Zerstäubungskammer vorgesehen und mit einer Platte 41 verschlossen, die dichtschließend an der öffnung 40 befestigt ist

Das Übertragungsrohr 26 ist vorzugsweise" mit feinen Löchern oder Bohrungen 42 versehen, durch die · das Gas in das aufsteigende Metall hineindiffundiert.

Gemäß dsr Darstellung sind Sichtrohse 43, 44,45 und 46 in der Schmelz- und Vakuum-Zerstäubungskammer vorgesehen.

Die Arbeitsweise des Verfahrens gemäß dsr Erfindung ergibt sich am besten aus einer Betrachtung des f.·. Igenden Beispiels.

Beispiel

Ein Schmelztiegel 23 wurde in der SchmeJzksmmer in die Induktionsspule 22 gebracht. Dieser Schmelztiegel enthielt Stücke aus einer Legierung mit folgender Zusammensetzung:

C 0,06%

Mn 0,50% «

Si 0,30%

Ni 57,0%

Cr 15,0%

Mo 5,3%

Ti 3,5"/_e

Al 4.4% ^s

Co 13,0%

Rest Eisen

Die Schmelzkammer wurde evakuiert und das Metall bis zum Aufschmelzen erhitzt Etwa 95 Minuten ü5 später wurde 30 Minuten lang Wasserstoff in die Schmelzkammer eingeleitet Gleichzeitig wurde die Leistung von 18 auf 24 kW erhöht, um die Kühlwirkung des Wasserstoffs auszugleichen. Die Temperatur der Metallschmelze wurde auf 1316° C {optisch gemessen) gchahea. Der Druck in dsr Sc&födzkssanisr wurde am Ende der Dnickperiode 5 Minuten lang auf 3,15 kp/cjü² gehalten, um die Diffusion des Wasserstoffs in -fie Metallschmelze sicherzustellen. Der Schmelztiegel vurde dsnn mit dem Schaft 19 angefcobsn, bis das Übsrtraguagsroh? Ί& sich dem Beden desTiegels nähert, und dceVersshioßkläppe M wurde gelöst Bas gesättigte Meeali wurde durch das Rohr 24» in dle.Vakuum-^rstäubuE^kaniiner 30,injiziert, die, äüXleinem Unterdrück vöe :&, Mikrpmiliiineter Kg-Saule gehalten wurde. ^.t* ä

_Ä, OaS₁SJCh ergebende kugelige Pulver tfatte^die fol-JenM'^ilb'änälyse: .!. ^', ,

j, KorngröSe.Hm ' ;'^ ". ■'" ,"'/»

840 bis ^17 ...... J 29

e- 840bis 157 ....... ..43

157 bis 63 ............. %1

ε. 127 bis 63 ...^....„:....-11-.8

unter 63 7,2

Uin eine möglichst größe Leistung zu erzielen, ver- ψψάέί Bian voixagiWeisc Gase. di& fs⁵ der metallschmelze löslich sind. Es wurde jedoch gefunden, daß eine Festsioß-Gas-fe^kticn im Metal?., wie etwa

C+Vs O₂-*-CC

lähaliche Ergebnisse erbringt. Man kann auch inerte, verhältnismäßig unlösliche Gase, wie etwa Argon, im Rahmea dec Erfiadung anwenden; hierbei ist die Exp!ostons%!rkuag jedoch sehr viel geringe*, und der Ertrag an befriedigendem Metallpulver ist kleiner. Mas kann auch ein Metal! mit höherem Dampfdruck, wie etwa Zink, zur Auslegung der Explosionswirkung in eisern Metall mit niedrigem Dampfdruck verwenden. Bei der Verwendung eines Metalls als Zugabeelement muß man dieses Metal! jedoch so auswählen, daß keine unerwünschten chemischen Reaktionen zwischen den Partnern auftreten.

Patestansprüche:

1. Verfahren zum Herstt'len von Metallpulvern durch Dnickzerstäuben einer Schmelze und anschließendes Abkühlen der erhaltenen Pulverteilchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschmelze ein Element im festen oder gasförmigen Zustand zugegeben wird, dessen Dampfdruck wesentlich höher als derjenige des Metalls ist, und daß die Schmelze in einer Vakuumkammer zerstäubt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze vor dem Zerstäuben mit einem inerten Gas, z. B. Wasserstoff, gesättigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ?u der zu zerstäubenden

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rendes Metall zugegeben wird.

4 Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schmelzkanuner (10), die zur Regulierung des Drucks in der Kammer über eine Leitung (2S) an eine Vorrichtung zum Absaugen und Einleiten von Gas unter Druck angeschlossen ist, durch e>nen Schmelztiegel (23) in dieser Kgnsmer(lQ), durch eine Vakuum-Zerstäubungskammer (30) übsr dsr Schsielzkanuns? {!©), durch eine rchrförmige öffnung (26, 27), di« die Schmelz- und Vakuum-Zerstäubungskammer verbindet, wot ei das Rohr (26) teilweise in den Schmelztiegel hineinragt, durch eben Verschluß (M, 31) zum öffnen und Schließen der rohrfönaigen öffnung (26, 21) and durch eine an die Vakuiiffl-ZersiMubüDgs-

kammer angeschlossene Säugpumpe zm ElZcU-

' gung eines gegenüber der Schmelzkammer verminderten Drucks in de^Vakuum-Zeifstiubungs-

⁴ '5. Vorrichtung nach Anspruch'4^ dadurch ge- „ _s kennzeichnet, daB das Rohr (24) der!rohrförmigen - 5 ' OffniMf (2T) Bit 'Lochern,' Poren"'odcr anderen ^ MiUcWi ZMB Etodiffundieren von Gu in das durch -- -das Rohr hindurchtretende Metall versehen ist.

6. Vorrichtung nach Ansprach 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß um den Schmelztiegel to (23) herum eine Icduktionsspule (22) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daB die Vakuum-Zerstäubungsfcanuner (3·) ^metrisch derart ange- ordnet ist, daB die Metaltpartikeln zunlchst aufwärts und dann abwärt* wandern.

,,*, ^₈ ^vorrichtung^rnach' einem^der/ Ansprüche 4 ' ' "*r bis 7, d&durctf gckennzeichnet.-.daB- unterldem ^r ι^v^ Boden (13) 'der Schnieizkammer (10).?eine imit . /

Boden (13) 'der Schmeizkammef (10)i eine imit einer ZutrittsöHnung (17) versehene Beschik-f, ' ,kungskammer (16) ^angeordnet ist und daß der _' V Schmelztiegel (23) auf einer Hubvorrichtung (») "'■ geiagert und mit dieser aus der Beschickutigskam- -mer nach oben in die Schmelzkammer (10) bewegbar ist

9. Vorrichtung mach den Ansprüchen 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelztiegel (23) mittels der Hubvorrichtung (19) in der Schmelzkammer (10) in eine erste Stellung innerhalb der Induktionsspule (22) und in eine zweite Stellung bewegbar ist, bei der das Rohr (26> der rohrförmigen öffnung (24, 27) teilweise in den Schmelztiegel eintaucht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen