DE19535444A1 - Prodn. of metal (alloy) powder from corroding material - Google Patents
Prodn. of metal (alloy) powder from corroding materialInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem pulvermetallur gischen Herstellen von Gegenständen oder Halbzeug mittels des Naßpulverdruckgießens, das eine Variante des bekannten Schlickergießverfahrens darstellt und im folgenden näher erläutert wird.The invention is concerned with powder metallurgy Chemical manufacture of objects or semi-finished products of wet powder die casting, which is a variant of the known Represents slip casting process and in more detail below is explained.
In der Pulvermetallurgie, die das endabmessungsnahe wirt schaftliche Fertigen von Serienteilen ermöglicht, werden Werkstoffe und Werkstücke aus pulverförmigen Metall herge stellt. Dabei unterscheidet man im wesentlichen drei Schritte. Zunächst wird das Metallpulver hergestellt, in eine bestimmte Form gebracht und schließlich bei erhöhten Temperaturen zur Verdichtung des Werkstoffes gesintert.In powder metallurgy, which is close to the final dimensions economic production of serial parts are made possible Materials and workpieces made of powdered metal poses. There are essentially three Steps. First, the metal powder is made in brought a certain shape and eventually increased Sintered temperatures to compress the material.
Das oben genannte Naßpulverdruckgießen ist aus verschie denen bekannten Formgebungstechniken entwickelt worden:The above wet powder die casting is from various the known shaping techniques have been developed:
Beim Druckgießen werden flüssige NE-Legierungen (Zinn-, Blei-, Aluminium- und Magnesiumlegierungen) unter hohem Druck in Dauerformen vergossen. Die Erstarrung der Schmelze erfolgt rasch. Durch den hohen Druck werden auch feinste Einzelheiten abgeformt. Die hohen Kosten der Dau erform ermöglichen ein wirtschaftliches Druckgießen in der Regel nur bei genügend hohen Stückzahlen.During die casting, liquid non-ferrous alloys (tin, Lead, aluminum and magnesium alloys) under high Shed pressure in permanent molds. The solidification of the The melt takes place quickly. Due to the high pressure too the finest details are molded. The high cost of dhow Erform enable economical die casting in the Usually only if the number of items is high enough.
Das Metallpulver-Spritzgießverfahren wird in Anlehnung an die Plastverarbeitung für die Formgebung komplizierter Kleinteile mit großen Stückzahlen genutzt. Es ist eine Kombination der Sinter- und Spritzgießtechnologie. Die Formgebung erfolgt im Spritzgießverfahren, die Verdichtung durch das Sintern. Verarbeitet werden im allgemeinen kunststoffgefüllte, sehr feine Metall-, Hartmetall- oder Keramikpulver. Das Austreiben der thermoplastischen Form gebungshilfe begrenzt diese Fertigungstechnologie auf kleine und dünne Teile. Beim thermischen Entfernen des Bindemittels (Pyrolyse) entstehen einerseits zerstöre rische Dampfdrücke und andererseits existiert ein Tem peraturbereich mit nur geringer Festigkeit des Formkörpers (Entfestigungsloch) unterhalb der Temperatur, bei welcher das Sintern einsetzt.The metal powder injection molding process is based on plastic processing for shaping more complicated Small parts used with large numbers. It is one Combination of sintering and injection molding technology. The Shaping is done by injection molding, compression by sintering. Processed in general plastic-filled, very fine metal, hard metal or Ceramic powder. The expulsion of the thermoplastic form Giving aid limits this manufacturing technology small and thin parts. When thermally removing the Binders (pyrolysis) on the one hand destroy steam pressures and on the other hand there is a tem temperature range with only low strength of the molded body (Softening hole) below the temperature at which sintering begins.
Das Naßpulvergießen modifiziert obiges Verfahren (DE 41 20 706 A1). Ausgegangen wird von einer gut fließenden Mischung aus einer Trägerflüssigkeit (z. B. Alkohol), einem Binder und dem Metallpulver. Diese Suspension wird in eine Form, z. B. aus Silikonkautschuk, gegossen. Bei der anschließenden Trocknung zieht sich der Binder zu winzigen Brücken zwischen den Metallteilchen zusammen und sichert dem Grünling Halt und Gestalt. Nach dem Trocknen wird der Gießling entformt und der Binderanteil von 2 bis 5 Vol.-% durch Erwärmen bis 350°C zersetzt. Abschließend werden die metallischen Pulverteilchen zu einem nahezu kompakten Bauteil gesintert.Wet powder casting modifies the above process (DE 41 20 706 A1). It is assumed that the flow is good Mixture of a carrier liquid (e.g. alcohol), a binder and the metal powder. This suspension will in a form, e.g. B. cast from silicone rubber. At the binder dries after the subsequent drying tiny bridges between the metal particles together and secures the green body hold and shape. After drying the casting is demolded and the binder content from 2 to 5 vol .-% decomposed by heating to 350 ° C. Finally the metallic powder particles become almost compact component sintered.
Auch hier tritt das Problem des Entfestigungslochs auf. Der bei der Aufschlämmung des Metallpulvers zugegebene Binder soll beim Sintern des Grünkörpers (Gießlings) mög lichst vollständig aus der Masse bzw. dem Grünkörper ent weichen, so daß unerwünschte Rückstände nicht im Werkstück verbleiben. Als Binder werden im Stand der Technik Wachse sowie Kunststoffe eingesetzt. Bekannt ist außerdem aus der DE 41 20 706 A1, als Binder Wachs, Schellack oder Polymethacryl-methylester (PMMA) einzusetzen. Bei diesen bekannten Verfahren hat der Grünkörper während des Aufhei zens nach der Zersetzung des organischen Binders und vor dem Einsetzen des Sintervorgangs eine nur sehr geringe Festigkeit, die in der industriellen Herstellung zur er heblichen Problemen führen kann.The problem of the softening hole also arises here. The one added in the slurry of the metal powder Binder should be possible when sintering the green body (castings) as completely as possible from the mass or the green body give way so that unwanted residues are not in the workpiece remain. In the prior art, waxes are used as binders as well as plastics. It is also known from the DE 41 20 706 A1, as a binder wax, shellac or Use polymethacrylic methyl ester (PMMA). With these the green body has known processes during the heating zens after the decomposition of the organic binder and before the onset of the sintering process is only a very small one Strength used in industrial manufacturing can cause significant problems.
Im Verfahren nach der EP 0 260 812 A2 wird eine wäßrige Aufschlämmung (Slurry) aus wasserlöslichem Ethylcellulose- Binder, Kohlenstoff und wasserverdüstem, unreduziertem Metallpulver zu Formlingen extrudiert und unter gesteuer ten Induktionsbedingungen des Binderkohlenstoffanteils so gesintert, daß der Sauerstoffgehalt der Metallformlinge abgebaut wird.In the process according to EP 0 260 812 A2, an aqueous one is used Slurry from water-soluble ethyl cellulose Binder, carbon and water-atomized, unreduced Metal powder extruded into moldings and under control induction conditions of the binder carbon content sintered that the oxygen content of the metal moldings is broken down.
Das Schlickergießverfahren, bei dem das Metallpulver zu einer gießfähigen Masse (Schlicker) aufgeschlämmt wird, ist aus der Keramik entlehnt. Der Schlicker wird drucklos in poröse, saugfähige Formen (i.a. aus Gips) vergossen. Durch Absaugen kann die Trägerflüssigkeit beschleunigt entfernt werden. Der Formkörper wird aus der zerlegbaren Form entnommen und dem Sinterprozeß zugeführt. Das Verfah ren eignet sich hauptsächlich für die Herstellung von großflächigen Filterkörpern bzw. Hohlkörpern, bei denen nach dem Erreichen einer bestimmten Wanddicke der noch flüssige Schlicker wieder ausgegossen wird.The slip casting process in which the metal powder a pourable mass (slurry) is slurried, is borrowed from ceramics. The slip is depressurized Poured into porous, absorbent forms (generally made of plaster). The carrier liquid can be accelerated by suction be removed. The molded body is made from the dismantled Form removed and fed to the sintering process. The procedure Ren is mainly suitable for the production of large filter bodies or hollow bodies in which after reaching a certain wall thickness the liquid slip is poured out again.
Im Verfahren nach der DE 35 25 752 C2 wurde das Schlicker gießen von Formlingen so modifiziert, daß ein über den Schmelzpunkt erwärmtes Gemisch aus tertiärem Butanol und dem Metallpulver in eine Form gefüllt wird, in der der Schlicker unter Kühlung erstarrt.The slip was used in the process according to DE 35 25 752 C2 pour moldings modified so that one over the Melting point heated mixture of tertiary butanol and the metal powder is filled into a form in which the Slurry solidified under cooling.
Das Schlickergießverfahren wurde in der keramischen Ver fahrenstechnik zum Druckgießverfahren von wäßrigen, mahl technisch aufbereiteten Pulvergemischen weiterentwickelt. Dieses Verfahren, bei dem man die Aufschlämmung von Metallpulver unter Druck in die Gießform preßt, wird in dieser Patentanmeldung als "Naßpulverdruckgießen" bezeich net. Gegenüber dem drucklosen Schickergießverfahren wur den dabei die Produktivität und Qualität der Produkte deutlich verbessert, da die jeweiligen Gießparameter (Porengrößenverteilung der vollporösen Kunststofform, Füllzeit, Fülldruck, usw.) individuell den Filtrations eigenschaften der verwendeten Gießmasse angepaßt werden können.The slip casting process was used in ceramic ver Driving technology for the die casting process of aqueous, meal technically processed powder mixtures further developed. This process, in which the slurry of Presses metal powder into the mold under pressure referred to this patent application as "wet powder die casting" net. Compared to the pressure-free Schickergießverfahren was the productivity and quality of the products significantly improved since the respective casting parameters (Pore size distribution of the fully porous plastic mold, Filling time, filling pressure, etc.) individually the filtration Properties of the casting compound used are adjusted can.
Zum einen betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Her stellen von Metallpulvern oder Metallegierungspulvern aus einem korrodierenden, eisenhaltigen Werkstoff mit einem Schmelzpunkt über 1000°C durch Zerstäuben einer Metall schmelze bzw. einer Metallegierungsschmelze mittels Druck wasserverdüsung. Es handelt sich damit um den ersten Schritt im pulvermetallurgischen Herstellen von Gegen ständen entsprechend der Erfindung.On the one hand, the invention relates to a method for manufacturing exhibit metal powders or metal alloy powders a corrosive, ferrous material with a Melting point above 1000 ° C by atomizing a metal melt or a metal alloy melt by means of pressure water atomization. It is the first Step in powder metallurgy manufacturing counter stood according to the invention.
Bei der Druckwasserverdüsung zur Herstellung von Metall pulvern, wobei unter diesem Begriff immer auch Metall legierungspulver zu verstehen sind, trifft ein Strahl der Metallschmelze auf einen mit Hochdruck aus einer Düse austretenden Wasserstrahl und wird von diesem in feinste Teilchen zerlegt. Vorteilhaft ist die dabei erhaltene rauhe, zerklüftete (spratzige) Oberfläche der Pulverparti kel, die die Festigkeit des nachfolgend hergestellten Grünlings erhöht. Neben der Zerteilung der Metallschmelze findet jedoch auch eine Oxidation der frisch erzeugten feinen metallischen Partikel aufgrund einer Reaktion der heißen Schmelze mit dem Verdüsungswasser statt. Die erhal tenden Pulver können nicht unmittelbar zur Formgebung weiterverarbeitet werden, denn der Oxidgehalt der Rohpul ver würde zu Bauteilen mit einer nicht ausreichenden Festigkeit führen. Zur Lösung dieses Problems ist es be kannt, Inertgas in den Zerstäubungsraum einzuspeisen.In pressurized water atomization for the production of metal powder, with this term also always metal alloy powder are understood, a beam hits the Molten metal on a high pressure from a nozzle escaping water jet and is of the finest Particles disassembled. The one obtained is advantageous rough, jagged (scratchy) surface of the powder batches kel, the strength of the subsequently manufactured Grünlings increased. In addition to the fragmentation of the molten metal however, it also finds an oxidation of the freshly produced fine metallic particles due to a reaction of the hot melt with the atomizing water instead. The receive Powders tend not to be directly shaped be further processed because the oxide content of the raw pulp ver would become components with an insufficient Lead strength. To solve this problem it is knows to feed inert gas into the atomization chamber.
Mit dieser Maßnahme kann der Sauerstoffgehalt der Rohpul ver zwar erheblich herabgesetzt werden, er ist jedoch noch zu hoch, um das Rohpulver unmittelbar zur pulvermetallur gischen Herstellung einsetzen zu können. Daher müssen die Rohpulver auf jeden Fall durch Glüh- und Reduktionsbehand lungen, zum Beispiel in wasserstoffhaltiger Atmosphäre, nachbehandelt werden.With this measure, the oxygen content of the raw pulp ver are significantly reduced, but it is still too high to directly transfer the raw powder to the powder metallurgy to be able to use chemical production. Therefore, the Raw powder in any case through annealing and reduction treatment lungs, for example in a hydrogen-containing atmosphere, be treated.
Bekannt sind außerdem aus Phosphaten bestehende Korro sionsschutzschichten für Eisen und Stahl. Diese Schichten wurden schon zu Beginn dieses Jahrhunderts durch Tauchen der Werkstücke in siedende Phosphorsäure und in saure eisenphosphathaltige Lösungen aufgebracht. Bei diesem Korrosionsschutzverfahren wird zunächst die dünne Oxid schicht auf dem eisenhaltigen Werkstück abgebeizt und dann eine Phosphatschicht zum Schutz vor weiterer Korrosion, die sogenannte Passivierungsschicht, aufgebracht. Die Kombination von Beizen und Passivieren ist unter dem Be griff "Bondertechnik" bekannt.Korro consisting of phosphates are also known sion protection layers for iron and steel. These layers have been diving since the beginning of this century of the workpieces in boiling phosphoric acid and in acid solutions containing iron phosphate applied. With this Corrosion protection process is first the thin oxide layer on the iron-containing workpiece and then pickled a phosphate layer to protect against further corrosion, the so-called passivation layer. The Combination of pickling and passivation is under the Be handle "Bondertechnik" known.
Bekannt ist ferner die Verwendung von Phosphaten als Bin der bei der Herstellung von feuerfesten Massen. So enthal ten einige feuerfeste Stampf- und Flickmassen saures Alu minumphosphat als sogenannter "Mineralleim". Ferner sind Binder für körnige feuerfeste Mischungen auf der Basis von saurem Zirkonphosphat bekannt.The use of phosphates as a bin is also known of the manufacture of refractory masses. So include some fireproof ramming and patching acidic aluminum minum phosphate as a so-called "mineral glue". Furthermore are Binder for granular refractory mixtures based on acidic zirconium phosphate known.
Die im Zusammenhang mit der Erfindung relevanten Eigen schaften der Eisen-Phosphorlegierungen seien hier kurz genannt. Das Zweistoffsystem Fe-P zeigt, daß Phosphor das γ-Gebiet stark einschnürt. Im Temperaturbereich des ange wandten Sinterns von 1000°C bis etwa 1250°C existiert für Eisen-Phosphorlegierungen mit 0,2 bis 0,5 Gew.-% Phos phor das α-γ-Mischkristallgebiet. Im Bereich von 0,5 bis 2,8 Gew.-% Phosphor ist die reine α-Phase zu finden. (Hansen u. Anderko, Constitution of binary Alloys, New York, Toronto, London 1958, McGraw-Hill). In der α-Phase ist die Diffusionsgeschwindigkeit um eine Zehnerpotenz größer als in der γ-Phase, so daß das Sintern im u-Gebiet deutlich schneller abläuft als im γ-Gebiet der üblichen nichtferritischen Eisenlegierungen (Böhm, Einführung in die Metallkunde S. 88, BI-Hochschultaschenbücher Nr. 196/196a). Der bei der Polymerisation von Phosphorsäure bzw. Phosphaten auf der Eisenpartikeloberfläche unter reduzierenden Bedingungen freigesetzte Phosphor reagiert mit dem Eisengrundwerkstoff zu intermediären Fe₃P-, Fe₂P- FeP- und FeP₂-Legierungen. Die dabei teilweise auftretende temporäre Flüssigphase bewirkt zusätzlich eine sehr hohe Sinteraktivität und rundet dabei die bestehenden Poren räume ab. Dieser Effekt mindert die von den Poren ausge hende Kerbwirkung und verbessert die Festigkeit des Sin terwerkstoffs (Schatt, Pulvermetallurgie, Sinter- und Verbundwerkstoffe, S. 150 ff, Hühtig Verlag, Heidelberg). Hinzu kommt, daß die Werkstoffverfestigung des α-Fe durch Phosphor besonders effektvoll ist (Hornbogen, Hochfeste Werkstoffe, S. 14, Verlag Stahleisen Düsseldorf 1974).The relevant in connection with the invention The iron-phosphorus alloys are brief here called. The two-substance system Fe-P shows that phosphorus γ region severely constricted. In the temperature range of the applied sintering from 1000 ° C to about 1250 ° C exists for iron-phosphorus alloys with 0.2 to 0.5 wt .-% Phos phor the α-γ mixed crystal region. In the range of 0.5 to 2.8% by weight of phosphorus is found in the pure α phase. (Hansen and Anderko, Constitution of binary Alloys, New York, Toronto, London 1958, McGraw-Hill). In the α phase is the rate of diffusion by a power of ten larger than in the γ phase, so that the sintering in the u region runs much faster than in the γ area of the usual nonferritic iron alloys (Böhm, introduction to Metallkunde p. 88, BI university pocketbooks no. 196 / 196a). The one in the polymerization of phosphoric acid or phosphates on the iron particle surface below reducing conditions released phosphorus reacts with the iron base material to intermediate Fe₃P-, Fe₂P- FeP and FeP₂ alloys. The partially occurring temporary liquid phase also causes a very high one Sinter activity and thereby rounds the existing pores clear away. This effect reduces that from the pores notch effect and improves the strength of the sin terwerkstoff (Schatt, powder metallurgy, sintered and Composite materials, p. 150 ff, Hühig Verlag, Heidelberg). In addition, the material hardening of the α-Fe by Phosphorus is particularly effective (horn bow, high strength Werkstoffe, p. 14, Verlag Stahleisen Düsseldorf 1974).
Ferner spielen auch die Eigenschaften von Borsäure und Boraten in dieser Erfindung eine Rolle. Die Löslichkeit der Borsäure H₃BO₃ in Wasser steigt mit der Temperatur an (19,5 g/l bei 0°C; 291 g/l bei 100°C) . Die Borsäure ist in Anwesenheit von Wasserdämpfen stark flüchtig. Beim Erwärmen geht Borsäure in Metaborsäure (HBO₂)n über, die beim weiteren Erhitzen Bortrioxid B₂O₃ bildet, das leicht unter Glasbildung Metalloxide löst (Trzebiatowiski, Lehr buch der anorganischen Chemie; VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin 1970).The properties of boric acid and borates also play a role in this invention. The solubility of boric acid H₃BO₃ in water increases with temperature (19.5 g / l at 0 ° C; 291 g / l at 100 ° C). The boric acid is highly volatile in the presence of water vapors. When heated, boric acid converts to metaboric acid (HBO₂) n , which forms boron trioxide B₂O₃ on further heating, which easily dissolves metal oxides under glass formation (Trzebiatowiski, textbook on inorganic chemistry; VEB German Publishing House of Sciences, Berlin 1970).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zum unmit telbaren Einsatz im pulvermetallurgischen Herstellungs verfahren geeignetes Metallpulver, insbesondere aus einem korrodierenden eisenhaltigen Werkstoff, bereitzustellen, das nach der Pulverherstellung nicht mehr nachbehandelt zu werden braucht, wobei das Metallpulver durch Druckwasser verdüsung der entsprechenden Metallschmelze hergestellt wird.The invention is based, to the immit the task Can be used in powder metallurgical manufacturing process suitable metal powder, in particular from a to provide corrosive ferrous material, which is no longer treated after the powder production are needed, the metal powder by pressurized water atomization of the corresponding molten metal becomes.
Dazu schlägt der Erfinder vor, daß das Verdüsungswasser ein Abbeiz- und Passivierungsmittel enthält. To this end, the inventor suggests that the atomization water contains a stripping and passivating agent.
Abbeiz- und Passivierungsmittel zum Entfernen dünner Oxid schichten und Aufbringen von dünnen Konversionsschichten auf Eisen- und Stahlteilen sind zwar an sich bekannt, wie bereits oben ausgeführt worden ist.Stripping and passivating agent for removing thin oxide layers and application of thin conversion layers on iron and steel parts are known as such has already been stated above.
Erfindungsgemäß werden diese Mittel jedoch schon während der Herstellung der Metallpulver eingesetzt, so daß man sauerstoffarme Pulverpartikel mit dünnen Konversions schichten, also Korrosionsschutzschichten erhält. Die Pulver können ohne weitere Nachbehandlung unmittelbar für die pulvermetallurgische Herstellung von Gegenständen und Halbzeug eingesetzt werden.According to the invention, however, these agents are already during the production of the metal powder used so that one low-oxygen powder particles with thin conversions layers, i.e. receives corrosion protection layers. The Powders can be used immediately without further treatment the powder metallurgical manufacture of objects and Semi-finished products are used.
Vorzugsweise enthält das Abbeiz- und Passivierungsmittel Phosphorsäure, insbesondere Metaphosphorsäure, und/oder wasserlösliche Verbindungen dieser Säure, z. B. Phosphate oder Polyphosphate.The pickling and passivating agent preferably contains Phosphoric acid, especially metaphosphoric acid, and / or water-soluble compounds of this acid, e.g. B. Phosphates or polyphosphates.
Vorgeschlagen wird weiterhin, daß das Verdüsungswasser 0,05 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,1 Gew.-%, an Phosphorsäure und/oder deren wasserlösliche Verbindungen enthält.It is also proposed that the atomizing water 0.05 to 5% by weight, in particular 0.05 to 0.1% by weight Phosphoric acid and / or its water-soluble compounds contains.
Dabei ist es außerdem vorteilhaft, wenn man das Ver düsungswasser im Kreislauf führt.It is also advantageous if the Ver jet water in the circuit.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es außerdem, eine ausreichende Festigkeit des Grünkörpers während des gesam ten Aufheizvorgangs zu gewährleisten, so daß im Gegensatz zum Stand der Technik mit dem Naßpulverdruckgießen auch große Bauteile mit Hinterschneidungen, Innenkonturen und anderen komplizierten Formen herstellbar sind.The object of the present invention is also a sufficient strength of the green body throughout to ensure ten heating process, so that in contrast to the state of the art with wet powder die casting too large components with undercuts, inner contours and other complicated shapes can be produced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Bindemittel eingesetzt werden, die mit dem Metall- bzw. Metallegierungspulver und/oder mit dessen Oxidschicht unter Bildung eines Glases reagieren. This object is achieved in that Binders are used that are associated with the metal or Metal alloy powder and / or with its oxide layer react to form a glass.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird also nicht ange strebt, das Bindemittel während des Aufheizvorgangs nahezu vollständig aus dem Grünkörper zu entfernen. Vielmehr ist die Anwesenheit des Bindemittels auch noch bei höheren Temperaturen erwünscht, um eine ausreichend hohe Festig keit des Grünlings in jeder Phase des Aufheizvorgangs sicherzustellen.In contrast to the prior art, there is no mention the binder almost strikes during the heating process completely removed from the green body. Rather is the presence of the binder even at higher ones Temperatures desired to achieve a sufficiently high strength speed of the green body in every phase of the heating process ensure.
Vorzugsweise werden, insbesondere im Falle von korrodie renden, eisenhaltigen Pulvern, Phosphorsäure und/oder Phosphorsäureverbindungen als Bindemittel eingesetzt. Ein solches Bindemittel hat die zusätzliche Funktion einer Korrosionsschutzschicht.Be preferred, especially in the case of corrody iron-containing powders, phosphoric acid and / or Phosphoric acid compounds used as binders. On such a binder has the additional function of a Corrosion protection layer.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorge schlagen, daß man Borsäure und/oder Borsäureverbindungen als Bindemittel einsetzt, insbesondere im Falle von korro sionsbeständigen eisenhaltigen Pulvern. In diesem Falle ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das Bindemittel zusätz lich Phosphorsäure und/oder Phosphorsäureverbindungen enthält. Die gebildete, disperse Glasphase als gewünschter "Legierungsbestandteil" des metallischen Werkstoffs läßt sich in diesem Fall in einem besonders großen Umfang modi fizieren. Es stehen also mehr Freiheitsgrade bei der Aus wahl der Zusammensetzung zur Verfügung.In a further embodiment of the invention is pre suggest that you use boric acid and / or boric acid compounds used as a binder, especially in the case of corro sion-resistant iron-containing powders. In this case it is also advantageous if the binder additional Lich phosphoric acid and / or phosphoric acid compounds contains. The formed, disperse glass phase as the desired one "Alloy component" of the metallic material leaves In this case, modes change to a particularly large extent fection. So there are more degrees of freedom when off choice of composition available.
Ein Teil des Bindemittels kann schon bei der Herstellung des Metallpulvers hinzugegeben werden. Dazu wird vorge schlagen, daß man das Metall- bzw. Metallegierungspulver durch Zerstäuben einer Metallschmelze bzw. Metallegie rungsschmelze mittels Druckwasserverdüsung herstellt, wobei das Verdüsungswasser Phosphorsäure, insbesondere Metaphosphorsäure, und/oder wasserlösliche Verbindungen dieser Säure enthält. In diesem Fall dient die Zugabe, wie bereits oben ausgeführt worden ist, gleichzeitig zum Ent fernen von Oxidschichten auf dem Pulver und dem Passi vieren der blanken metallischen Pulveroberflächen. Part of the binder can be used in the manufacture of the metal powder are added. For this is pre suggest that the metal or metal alloy powder by atomizing a molten metal or metal alloy production melt using pressurized water atomization, wherein the atomizing water is phosphoric acid, in particular Metaphosphoric acid, and / or water-soluble compounds this contains acid. In this case, the addition serves as has already been carried out above, at the same time as the Ent far from oxide layers on the powder and the pass four of the bare metallic powder surfaces.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß man die Aufschlämmung in eine aus offenporigem Kunststoff bestehende Form gibt. Im Gegensatz zum Stand der Technik, in dem die Form im allgemeinen aus Gips besteht, kann die Kunststofform mehrfach verwendet werden. Insbesondere wird vorgeschlagen, daß die Form im wesentlichen aus Polymethylmethacrylat (PMMA) besteht. In diesem Kunststoff enthaltende Styrolanteile, die während der Herstellung der Form wieder daraus entfernt werden, ermöglichen die Porosität.In a further preferred embodiment of the invention it is suggested that you turn the slurry into one existing porous plastic shape. In contrast to the state of the art in which the shape is generally made up of If there is gypsum, the plastic mold can be used several times will. In particular, it is proposed that the form in consists essentially of polymethyl methacrylate (PMMA). In this plastic containing styrene, which during removed from the mold during manufacture, enable the porosity.
Zusammengefaßt ergeben sich daher die folgenden Vorteile der aus offenporigem Kunststoff bestehenden Gießform ge genüber dem Gießen mit verlorener Form, zum Beispiel einer Gipsform. Der laufende Aufwand für das Formen und für die Kernherstellung entfällt. Ein abfallfreies Produzieren mit sehr hohem metallischem Ausbringen ist möglich. Außerdem werden neben der Lunkerfreiheit eine gute Maßhaltigkeit sowie Oberflächenbeschaffenheit erreicht, da eine exakte Füllung der Gießform gewährleistet ist. Ein sorgfältiges Füllen der Form ist nämlich möglich, da beim kalten Gießen die Form relativ langsam beschickt werden kann. Im Gegen satz dazu muß beim Gießen aus der Metallschmelze die be ginnende Erstarrung beachtet werden.In summary, there are the following advantages the mold made of open-pore plastic compared to casting with lost mold, for example one Plaster mold. The ongoing effort for molding and for that No core production. Waste-free production with very high metallic output is possible. also in addition to the absence of cavities, good dimensional accuracy as well as surface quality achieved because an exact Filling the mold is guaranteed. A careful one Filling the mold is possible because cold pouring the mold can be loaded relatively slowly. In the opposite The set must be when casting from the molten metal beginning to solidify.
Die Erfindung umfaßt schließlich noch pulvermetallurgisch hergestellte Gegenstände oder Halbzeug, insbesondere aus einem eisenhaltigen Werkstoff mit einem Schmelzpunkt über 1000°C, die durch Phosphat- und/oder Boratgläser an der Pulverpartikeloberfläche und zwischen den Pulverpartikeln gekennzeichnet sind.Finally, the invention also includes powder metallurgy manufactured objects or semi-finished products, in particular from an iron-containing material with a melting point above 1000 ° C, which by phosphate and / or borate glasses at the Powder particle surface and between the powder particles Marked are.
Besonders geeignet zur Herstellung hochbelasteter Bauteile wie Pleuel oder Dieselkolben nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind ferritische Werkstoffe, vorzugsweise auf der Legierungsbasis Silizium und Phosphor. Die hier er zielbare hohe Sinteraktivität ermöglicht eine sehr hohe Dichte und Homogenität des Werkstücks. Die hervorragende Eignung dieser Legierungen für die Verarbeitung im erfin dungsgemäßen Verfahren ist in den nachfolgend kurz genann ten besonderen Materialeigenschaften begründet.Particularly suitable for the production of highly stressed components such as connecting rods or diesel pistons according to the invention Processes are ferritic materials, preferably based on the alloy base silicon and phosphorus. The one here Targetable high sintering activity enables a very high Density and homogeneity of the workpiece. The excellent Suitability of these alloys for processing in the invent The method according to the invention is briefly mentioned in the following ten special material properties.
Die Legierungselemente Silizium und Phosphor bilden mit dem α-Eisen Substitutionsmischkristalle und bewirken eine lineare Zunahme der Streckgrenze und Zugfestigkeit. Phos phor zeigt die höchste Wirksamkeit auf die Festigkeit, hat aber einen stark versprödenden Einfluß. Neben den Festig keitseigenschaften spielen die Zähigkeitseigenschaften eine wichtige Rolle. Mit steigender Mischkristallhärte verringert sich die Zähigkeit. Daß trotz Erhöhung des Legierungsgehaltes mancher mischkristallbildender Elemente die Zähigkeit verbessert wird, liegt an der Bildung eines feinkörnigen Gefüges. Ein feinkörniges Sinterwerkstoffge füge wird z. B. durch einen Legierungsanteil von 0,2 bis 0,3% Vanadin ohne Wärmebehandlung erzielt.The alloying elements silicon and phosphorus also form the α-iron substitution mixed crystals and effect one linear increase in yield strength and tensile strength. Phos phor shows the highest effectiveness on strength, has but a very brittle influence. In addition to the festig properties play the toughness properties an important role. With increasing mixed crystal hardness the toughness decreases. That despite increasing the Alloy content of some mixed crystal elements toughness is improved due to the formation of a fine-grained structure. A fine-grained sintered material add z. B. by an alloy content of 0.2 to 0.3% vanadium achieved without heat treatment.
Die Erfindung wird nachstehend in konkreten Beispielen und anhand der einzigen Zeichnung (Fig. 1) näher erläutert, die ein Prozeßschema des erfindungsgemäßen Naßpulverdruck gießens zeigt.The invention is explained below in concrete examples and with reference to the single drawing ( Fig. 1), which shows a process diagram of the wet powder printing according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend den nachfol genden Ausführungsbeispielen besteht zusammengefaßt aus folgenden Prozeßschritten:The method according to the following ing exemplary embodiments consists of following process steps:
- 1 Rohstoffgewinnung1 raw material extraction
- 1.1 Verdüsen der Metallschmelze mit Hochdruckwasser und Erzeugen eines Metallpulvers mit einem Teilchengrößenspek trum von 1 bis 63 µm und niedrigem Sauerstoffgehalt1.1 atomizing the molten metal with high pressure water and Generate a metal powder with a particle size spec range from 1 to 63 µm and low oxygen content
- 1.2 Trennen des Metallpulvers vom Verdüsungswasser in einer Drucknutsche1.2 Separate the metal powder from the atomizing water in a pressure nutsche
- 1.3 Mischen des feuchten Metallpulvers mit einem wasser löslichen, umweltschonenden Binder, z. B. Phosphorsäure, zu einem gießfähigem Schlicker mit einem Feststoffgehalt von 60 bis 85 Vol.-% 1.3 Mix the damp metal powder with water soluble, environmentally friendly binder, e.g. B. phosphoric acid, to a pourable slurry with a solids content from 60 to 85 vol .-%
- 2 Formgebung2 shaping
- 2.1 Bau einer Form, nämlich eines vollporösen Kunststoff werkzeugs mit netzartigen, offenen Kanälen, die zur Ent wässerung des im Werkzeug unter Druck eingespritzten Schlickers dienen2.1 Building a mold, namely a fully porous plastic tool with net-like, open channels that are used for ent watering the injected into the mold under pressure Serve slip
- 2.2 Druckgießen mit dem Metallpulverschlicker, wobei die Werkzeughaltbarkeit etwa 20.000 Schuß beträgt2.2 Die casting with the metal powder slurry, the Tool durability is about 20,000 shots
- 3 Verdichten3 compaction
- 3.1 Trocknen der Grünlinge3.1 Drying the green compacts
- 3.2 Dichtsintern der Bauteile unter reduzierenden Bedin gungen in einem Durchlaufofen3.2 Sealing of the components under reducing conditions in a continuous furnace
Die flüssige Metallschmelze, die im ersten Ausführungsbei spiel eine korrodierende, hauptsächlich aus Eisen beste henden Legierung ist, wird in einen Trichter 1 gegossen. Das sogenannte Verdüsungswasser wird aus einem Wassertank 2 mittels einer Hochdruckpumpe 3 einer an sich bekannten Flachstrahl- oder Ringschlitz-Düse zugeführt, aus der das Wasser in einem feinen Strahl unter einem Druck von 150 bis 200 bar austritt. Der aus dem Trichter 1 austretende flüssige Metallstrahl trifft unter einem vorgegebenen Winkel, z. B. 20°, auf den Wasserstrahl und wird von die sem zu einem feinen Metallpulver mit Korngrößen von weni ger als 63 µm zerteilt. Die Druckwasserverdüsung führt hier zu Pulverpartikeln mit einer unregelmäßigen Ober fläche, wodurch in vorteilhafter Weise eine gegenseitige Verklammerung der Pulverpartikel beim Schichtaufbau im Hohlraum des Druckgießwerkzeuges ermöglicht wird. Das Verdüsungswasser enthält 0,05 bis 0,1 Gew.-% Phosphor säure.The liquid molten metal, which in the first embodiment is a corrosive alloy consisting mainly of iron, is poured into a funnel 1 . The so-called atomizing water is fed from a water tank 2 by means of a high-pressure pump 3 to a flat jet or ring slot nozzle known per se, from which the water emerges in a fine jet under a pressure of 150 to 200 bar. The liquid metal jet emerging from the funnel 1 hits at a predetermined angle, for. B. 20 °, on the water jet and is divided by the sem into a fine metal powder with grain sizes of less than 63 microns ger. The pressurized water atomization leads here to powder particles with an irregular upper surface, which advantageously enables mutual clinging of the powder particles when building up the layer in the cavity of the die casting tool. The atomizing water contains 0.05 to 0.1 wt .-% phosphoric acid.
Das mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 0,5% er haltene feine Metallpulver wird zusammen mit dem Ver düsungswasser über eine Leitung 4 einer Drucknutsche 5 zugeleitet. Nach dem Abfiltern unter einem Druck von 2 bar gibt man das Pulver, das eine Restfeuchte von etwa 5% aufweist, in einen Mischer 6. Das Filtrat wird zum Wasser tank 2 zurückgeführt. Die während des laufenden Verfahrens anfallenden Schlämmstoffe mit Korngrößen unter 1 µm werden über eine Leitung 7 abgezogen, um die Trocknungs- und Sinterzeit des nachfolgend hergestellten Grünlings zu verkürzen.The with an oxygen content of less than 0.5% he kept fine metal powder is fed together with the Ver jetting water via a line 4 to a pressure filter 5 . After filtering off under a pressure of 2 bar, the powder, which has a residual moisture of about 5%, is placed in a mixer 6 . The filtrate is returned to the water tank 2 . The resulting sludge with grain sizes below 1 micron are withdrawn via a line 7 in order to shorten the drying and sintering time of the green body subsequently produced.
Im Mischer 6 wird ein homogener, gießfähiger Schlicker aus 60 bis 85 Gew.-% Metallpulver, 35 bis 12 Gew.-% Wasser und 5 bis 1 Gew.-% Phosphorsäure bzw. Metaphosphorsäure oder Polyphosphorsäure und/oder eines Gemisches aus diesen Säuren oder deren Verbindungen hergestellt. Während des Mischens und Homogenisierens werden gegebenenfalls noch vorhandene oder neu entstandene dünne Oxidschichten unter Reibung in Anwesenheit der wäßrigen Phosphorsäure abge beizt, eine weitere Korrosion der Metallpulver unterbunden und die metallischblanken Pulveroberflächen durch die sich bildende sehr dünne Eisenphosphatschicht bzw. anderer dreiwertiger, unlöslicher Metallphosphate der entsprechen den Legierungen passiviert. Die Viskosität und der pH-Wert des Gießschlickers können durch Zugabe von Additiven ein gestellt werden.In the mixer 6 , a homogeneous, pourable slip of 60 to 85% by weight of metal powder, 35 to 12% by weight of water and 5 to 1% by weight of phosphoric acid or metaphosphoric acid or polyphosphoric acid and / or a mixture of these acids or their connections made. During the mixing and homogenization, any existing or newly formed thin oxide layers are abge stained with friction in the presence of the aqueous phosphoric acid, further corrosion of the metal powder is prevented and the shiny metallic powder surfaces are formed by the very thin iron phosphate layer or other trivalent, insoluble metal phosphates passivated the alloys. The viscosity and pH of the casting slip can be adjusted by adding additives.
Der homogenisierte wäßrige Schlicker wird in eine offen porige Kunststofform 8 aus PMMA unter einem Druck bis zu 50 bar eingespritzt. Während sich die Schichten aus was serverdüstem Metallpulver an der vollporösen Werkzeugwand aufbauen, die offene Poren mit etwa 20 µm Durchmesser oder weniger und ein Porenvolumen von 20 Vol.-% hat, wird die wäßrige Trägerflüssigkeit gleichmäßig abgetrennt, so daß keine Entmischung (Segregation, Sedimentation) oder Ver dichtung (Dilatation) erfolgt. Die abgetrennte Trägerflüs sigkeit wird in einem sauren Kationentauscher regeneriert und zum Mischer 6 zurückgeführt. Im Ionentauscher wird das in der Trägerflüssigkeit enthaltende Eisenphosphat zu Phosphorsäure umgewandelt. Eine umweltschonende Wasser wirtschaft ist damit gewährleistet. Gegebenenfalls kann, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, auch die Regeneration entfallen.The homogenized aqueous slip is injected into an open-pore plastic mold 8 made of PMMA under a pressure of up to 50 bar. While the layers of what server-smeared metal powder build up on the fully porous tool wall, the open pores with a diameter of about 20 microns or less and a pore volume of 20 vol .-%, the aqueous carrier liquid is separated evenly, so that no segregation (segregation, sedimentation ) or compression (dilation). The separated carrier liquid is regenerated in an acidic cation exchanger and returned to the mixer 6 . In the ion exchanger, the iron phosphate contained in the carrier liquid is converted to phosphoric acid. This guarantees environmentally friendly water management. If necessary, as can be seen from FIG. 1, the regeneration can also be omitted.
Der Grünling wird auf eine Restfeuchte von unter 5% ge trocknet. Dabei bilden sich zwischen den Pulverpartikeln Phosphorsäurebrücken bzw. Brücken aus Metaphosphaten oder Polyphosphaten aus. Der Trocknungsvorgang des Grünlings läuft zerstörungsfrei ab, da die Feuchte ungehindert durch die Poren der Kunststofform 8 austreten kann.The green body is dried to a residual moisture of less than 5%. Phosphoric acid bridges or bridges of metaphosphates or polyphosphates are formed between the powder particles. The drying process of the green body runs non-destructively since the moisture can escape through the pores of the plastic mold 8 unhindered.
Der getrocknete Grünling wird in einer ersten Zone eines Durchlaufofens 10 weiter getrocknet, in der mittleren Zone in Anwesenheit von Wasserstoff bzw. Endogas (Gemisch aus Erdgas und Wasserstoff) oder Inertgas gesintert und schließlich in einer dritten Zone gekühlt. Beim Sintern wird der Sauerstoffgehalt der Phosphate sowie der kristal lisierten Phosphorsäure durch karbothermische Reduktion des in der Metallmatrix entsprechend höher legierten Kohlenstoffanteils abgebaut. Die glasartigen Eisen-Phos phor-Dispergierungen zwischen den einzelnen Pulverparti keln erhöhen die Festigkeit des gesinterten Werkstücks.The dried green body is further dried, sintered in a first zone of a continuous furnace 10 in the central zone in the presence of hydrogen and endothermic gas (mixture of natural gas and hydrogen) or an inert gas and finally cooled in a third zone. During sintering, the oxygen content of the phosphates and the crystallized phosphoric acid is reduced by carbothermal reduction of the correspondingly higher proportion of carbon in the metal matrix. The glass-like iron-phosphorus dispersions between the individual powder particles increase the strength of the sintered workpiece.
Zusammengefaßt stellt sich die erforderliche Festigkeit der Grünlinge für die nachfolgende Fertigungsschritte des Entformens, Trocknen und Dichtsinterns durch drei Effekte ein. Zum einen verklammern sich die unregelmäßig geformten Metallpulverpartikel beim Schichtaufbau im Hohlraum des Druckgießwerkzeuges. Zweitens wird die Festigkeit durch den kapillaren Unterdruck und die Grenzflächenkräfte der Restfeuchte in den Poren des Grünlings erhöht. Schließlich bilden sich Phosphorsäure- und Phosphatbrücken (bzw. Bor säure- und Boratbrücken im nachfolgenden Ausführungsbei spiel) zwischen den sich berührenden Pulverteilchen beim Trocknen und Erhitzen der Formlinge aus. In summary, the required strength arises the green parts for the subsequent production steps of the De-molding, drying and internal sealing by three effects on. On the one hand, the irregularly shaped ones cling to one another Metal powder particles in the layer structure in the cavity of the Die casting tool. Second, the strength is through the capillary negative pressure and the interfacial forces of the Residual moisture in the pores of the green body increased. Finally form phosphoric acid and phosphate bridges (or boron acid and borate bridges in the following execution game) between the touching powder particles at Drying and heating the moldings.
Im zweiten Ausführungsbeispiel wird ein aus korrosionsbe ständigem Metall bestehendes gesintertes Werkstück herge stellt. Das Verfahren läuft im wesentlichen wie im ersten Ausführungsbeispiel ab. Das Abbeiz- und Passivierungs mittel im Verdüsungswasser reagiert mit den korrosions beständigen Werkstoffen (Edelstählen) nur unmerklich bei der im Prozeß vorkommenden Wassertemperatur von etwa 40°C. Da ein Wechseln des Verdüsungswassers für unterschied liche Werkstoffe unwirtschaftlich ist, wird dotiertes Verdüsungswasser auch bei korrosionsbeständigen Werk stoffen bevorzugt verwendet.In the second embodiment, one is made from corrosion constant metal existing sintered workpiece poses. The procedure is essentially the same as in the first Embodiment from. The stripping and passivation Medium in the atomizing water reacts with the corrosion resistant materials (stainless steels) only imperceptibly the water temperature in the process of about 40 ° C. Because changing the atomizing water for different materials is uneconomical, is endowed Atomizing water even with a corrosion-resistant plant preferred substances.
Anstelle des beim Mischen und Homogenisieren des Schlickers zugesetzten Phosporsäure- bzw. Phosphatanteils wird hier jedoch Borsäure mit einem Anteil von etwa 2 Gew.-% eingesetzt. Beim Sintern des entstandenen Grünlings scheiden sich Metalloxide mit dem verbliebenen Bortrioxid als feindispergierte Glasphasen im Grundwerkstoff der Metallmatrix aus.Instead of mixing and homogenizing the Schlickers added phosphoric acid or phosphate content however, boric acid with a share of about 2 % By weight used. When the resulting green body is sintered metal oxides separate with the remaining boron trioxide as finely dispersed glass phases in the base material of the Metal matrix.
In Abwandlung des Ausführungsbeispiels 2 wird als Binder ein wäßriges Gemisch aus 0,2 bis 0,5 Gew.-% Na₂HPO₄, etwa 2 Gew.-% Borsäure und geringen Anteilen von Additiven, zum Beispiel Ammonium-Alginat eingesetzt. Beim Trocknungsvor gang des Gießlings verflüchtigt sich der größte Anteil der Borsäure zusammen mit der Restfeuchte. Beim Sintern rea gieren die in geringen Anteilen noch vorhandenen Metall oxide auf den Pulverteilchenoberflächen mit der verblie benen, äußerst geringen Menge an Bortrioxid und Natrium phosphat zu einer fein dispergierten Glasphase, die zur Verfestigung der Metallmatrix beiträgt. In a modification of the embodiment 2 is used as a binder an aqueous mixture of 0.2 to 0.5 wt .-% Na₂HPO₄, about 2 wt .-% boric acid and small amounts of additives, for Example ammonium alginate used. During the drying process The casting of the casting evaporates most of the Boric acid together with the residual moisture. When sintering rea greed the metal still present in small proportions oxide on the powder particle surfaces with the remaining extremely small amount of boron trioxide and sodium phosphate to a finely dispersed glass phase, which for Solidification of the metal matrix contributes.
Abschließend werden die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zusammengefaßt.In conclusion, the advantages of the invention Procedure summarized.
Die Formgebungstechnologie besteht in der optimalen Ver knüpfung der Rohstoffgewinnung feiner, wasserverdüster, d. h. unregelmäßig geformter, metallischer Pulver mit dem Formgebungsverfahren Druckgießen zur wirtschaftlichen Herstellung komplizierter, endabmessungsnaher, metal lischer Bauteile analog zur Herstellung von Keramikteilen unter Zuhilfenahme von Phosphor- und/oder Borsäure bzw. deren wasserlöslichen Salze oder Verbindungen.The shaping technology consists of the optimal ver linking the raw material extraction of fine, water-atomized, d. H. irregularly shaped, metallic powder with the Shaping process die casting for economical Manufacture of complex, near-dimensional metal lical components analogous to the production of ceramic parts with the help of phosphoric and / or boric acid or their water-soluble salts or compounds.
Die folgenden Vorteile des erfindungsgemäßen Herstellver fahrens werden im Falle eisenmetallischer Werkstoffe er reicht.The following advantages of the manufacturer according to the invention driving in the case of ferrous metal materials enough.
Wasserverdüste Metallpulver können direkt nach der Ver düsung ohne Aufarbeitung als wäßriger Schlicker unter Zuhilfenahme von Phosphorsäure und/oder deren Salze als Abbeiz- und Passivierungsmittel nach dem Druckgießverfah ren zu Formteilen verarbeitet werden. Dabei bleibt die sehr hohe Sinteraktivität der feinen, schroff abgekühlten Rohpulver zur Herstellung sehr dichter, endabmessungsnaher Bauteile (< 95% der theoretischen Dichte) erhalten.Water atomized metal powder can be used directly after the ver spraying without working up as an aqueous slip under With the help of phosphoric acid and / or its salts as Stripping and passivating agent after the die casting process be processed into molded parts. The remains very high sintering activity of the fine, ruggedly cooled Raw powder for the production of very dense, close to final dimensions Components (<95% of theoretical density) received.
Gleichzeitig dienen wasserlösliche Phosphorsäureverbindun gen (z. B. Phosphate, Metaphosphate, Ester der Phosphor säure, Phosphorproteide) als Bindemittelzusatz, so daß beim Trocknen und Erwärmen der Gießlinge kein Entfesti gungsloch bis zum Einsetzen der Sinterreaktion der eisen metallischen Werkstoffe auftritt. Die Phosphate polymeri sieren, und die verdampfende Restfeuchte entweicht ohne zerstörerische Wirkung durch die offenen Poren zwischen den Pulverpartikeln.At the same time, water-soluble phosphoric acid compounds serve gene (e.g. phosphates, metaphosphates, esters of phosphorus acid, phosphorus protein) as a binder additive, so that no softening when drying and heating the castings hole until the sintering reaction of the iron begins metallic materials occurs. Polymer phosphates sieren, and the evaporating residual moisture escapes without destructive effect through the open pores between the powder particles.
Eine kurze Sinterdauer wird durch den geringen Anteil flüchtiger Bestandteile erreicht, die nur aus Restfeuchte und eventuellen Reduktionsprodukten der Phosphate mit dem Kohlenstoffanteil aus der Legierung des Grundwerkstoffs bzw. den Phosphorproteiden bestehen.A short sintering time is due to the small proportion volatile components achieved only from residual moisture and possible reduction products of the phosphates with the Carbon content from the alloy of the base material or the phosphorus proteins.
Die auf der Oberfläche der Metallpulverpartikel erzeugte Dünnschicht aus Eisenpolyphosphat bzw. Eisenmetaphosphat und/oder die beim Erwärmen sich bildenden Alkaliphosphat gläser bzw. Phosphor-Eisenlegierungen wirken sinter aktivierend. Die sich ausbildenden Sinterbrücken erhalten durch den eindiffundierenden Phosphor eine Verfestigung, und die Poren werden gut eingerundet.The one created on the surface of the metal powder particles Thin layer of iron polyphosphate or iron metaphosphate and / or the alkali phosphate formed on heating Glasses or phosphorus-iron alloys have a sintering effect activating. The sinter bridges that form are preserved solidification through the diffusion of phosphorus, and the pores are well rounded.
Durch die sehr dünnen und äußerst gleichmäßig auf den Metallpartikeloberflächen abgelagerten Phosphat schichten erfolgt die Sinterschrumpfung isotrop. Die Maßhaltigkeit ist daher gewährleistet.Due to the very thin and extremely even on the Layers of phosphate deposited on metal particle surfaces the sintering shrinkage is isotropic. The dimensional accuracy is therefore guaranteed.
Die sehr hohe Sinteraktivität der ferritischen Si- und/oder P-Legierungen wird genutzt. Die relativ geringen Sintertemperaturen und -zeiten gegenüber den konventionel len Pulvermetall-Werkstoffen verbessern die Wirtschaft lichkeit und verdichten gleichzeitig die zu sinternden Bauteile sehr gut, so daß auch die dynamischen Werkstoff eigenschaften gesteigert werden. Durch die Verwendung schmelzlegierter Pulver wird die Homogenität des Werk stoffs sichergestellt.The very high sintering activity of the ferritic Si and / or P alloys are used. The relatively small Sintering temperatures and times compared to conventional ones len powder metal materials improve the economy and at the same time condense those to be sintered Components very well, so that the dynamic material properties can be increased. By using it melt-alloyed powder becomes the homogeneity of the work ensured.
Der Oxidbelag der Metallpartikeloberflächen bildet mit den Phosphatsalzen feindispergierendes Glas und trägt zur Verfestigung des Werkstoffs bei.The oxide coating of the metal particle surfaces forms with the Phosphate salts fine dispersing glass and contributes to Solidification of the material at.
Die Verfahrensführung des gesamten Herstellprozesses ist durch die leicht und sicher zu erfassenden Fertigungspara meter prozeßfähig. Innerhalb der Prozeßkettenverknüpfung zwischen Rohstoffgewinnung, Schlickeraufbereitung, Formge bung und Verfestigung besteht für die optimierbaren Steu erungsparameter eine Wechselwirkung. Es kann problemlos innerhalb der Verfahrenskette eingegriffen werden, um einen gewünschten Effekt zu erzielen. The procedure of the entire manufacturing process is through the easy and safe to grasp manufacturing para meters process capable. Within the process chain link between raw material extraction, slurry processing, molding Practice and consolidation exist for the optimizable tax an interaction. It can be done easily intervene within the process chain in order to achieve a desired effect.
Im Fall der korrosionsbeständigen, eisenmetallischen Werk stoffen werden die folgenden Vorteile erreicht.In the case of corrosion-resistant, ferrous metal work The following advantages are achieved.
Wasserverdüste feine Metallpulver können direkt nach der Verdüsung ohne Aufarbeitung als wäßriger Schlicker unter Zuhilfenahme von Borsäure und Dinatriumhydrogenphosphat als Reinigungs- und Haftmittel nach dem Druckgießverfahren zu Formteilen verarbeitet werden.Water atomized fine metal powder can be used directly after the Spraying without working up as an aqueous slip under With the help of boric acid and disodium hydrogen phosphate as a cleaning and adhesive agent after the die casting process processed into molded parts.
Das Borsäure-Phosphatgemisch und ihre polymerisierte Pro dukte dienen in Verbindung mit NH₃-Alginat bzw. Phosphor proteiden als Binder, wobei die Borsäure sich beim Erhit zen weitgehend mit den Wasserdämpfen verflüchtigt.The boric acid-phosphate mixture and its polymerized pro Products are used in conjunction with NH₃-alginate or phosphorus Proteins as binders, the boric acid being zen largely evaporated with the water vapors.
Die Sinterdauer ist kurz durch den geringen Anteil flüch tiger Bestandteile, die nur aus Restfeuchte, Anteile der Borsäure und Additive bestehen, und durch die hohe Sin teraktivität der feinen, schroff abgekühlten Rohpulver mit Korngrößen unter 63 µm.The sintering time is short due to the low proportion components that only consist of residual moisture, proportions of Boric acid and additives exist, and due to the high Sin interactivity of the fine, ruggedly cooled raw powder with Grain sizes below 63 µm.
Die mit den oxidischen Verunreinigungen auf den Partikel oberflächen sich bildende feindisperse Bor- bzw. Phosphat glasphase trägt durch ihre Kontakthaftstellen zur Maßhal tigkeit bei und wirkt zusätzlich dispersionsverfestigend auf die Metallmatrix.The one with the oxide impurities on the particles Finely dispersed boron or phosphate surfaces glasphase contributes to the Maßhal through its contact points activity and also has a dispersion-strengthening effect on the metal matrix.
Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, daß anforderungsge rechte Bauteileigenschaften durch die Kombination von Phosphorsäure im Verdüsungswasser mit Borsäure oder mit anderen Peptisatoren im wäßrigen Gießschlicker eingestellt werden können. Konzentration, Einwirkzeit und Temperatur der Säuren und Inhibitoren beeinflussen die "Schichtstärke" auf den Pulverpartikeloberflächen im Gieß ling, wodurch die gewünschten Werkstoffeigenschaften beim Sintern gesteuert erzeugt werden können.Further advantages result from the fact that requirements right component properties by the combination of Phosphoric acid in the atomizing water with boric acid or with other peptizers in the aqueous casting slip can be. Concentration, exposure time and temperature of acids and inhibitors affect the "Layer thickness" on the powder particle surfaces in the casting ling, whereby the desired material properties at Sintering can be generated in a controlled manner.
BezugszeichenlisteReference list
1 Trichter
2 Wassertank
3 Hochdruckpumpe
4 Leitung
5 Drucknutsche
6 Mischer
7 Leitung
8 Kunststofform
9 Ionentauscher
10 Durchlaufofen 1 funnel
2 water tank
3 high pressure pump
4 line
5 pressure filters
6 mixers
7 line
8 plastic mold
9 ion exchangers
10 continuous furnace
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