DE19535444C2 - Process for the powder metallurgical manufacture of articles and articles produced in this way - Google Patents

Process for the powder metallurgical manufacture of articles and articles produced in this way

Info

Publication number
DE19535444C2
DE19535444C2 DE19535444A DE19535444A DE19535444C2 DE 19535444 C2 DE19535444 C2 DE 19535444C2 DE 19535444 A DE19535444 A DE 19535444A DE 19535444 A DE19535444 A DE 19535444A DE 19535444 C2 DE19535444 C2 DE 19535444C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
powder
metal
water
phosphoric acid
acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE19535444A
Other languages
German (de)
Other versions
DE19535444A1 (en
Inventor
Paul-Friedrich Dr Ing Scholz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SCHOLZ PAUL FRIEDRICH DR ING
Original Assignee
SCHOLZ PAUL FRIEDRICH DR ING
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SCHOLZ PAUL FRIEDRICH DR ING filed Critical SCHOLZ PAUL FRIEDRICH DR ING
Priority to DE19535444A priority Critical patent/DE19535444C2/en
Publication of DE19535444A1 publication Critical patent/DE19535444A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE19535444C2 publication Critical patent/DE19535444C2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/22Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip
    • B22F3/225Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip by injection molding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/06Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
    • B22F9/08Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
    • B22F9/082Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen von Gegenständen oder Halbzeug, wobei man eine Auf­ schlämmung aus einem Metallpulver oder Metallegierungspulver mit einem Schmelzpunkt über 1000°C und einem Bindemittel unter Druck in eine Form gibt und den erhaltenen Formkörper sintert. Dieses Naßpulverdruckgießen stellt eine Variante des bekannten Schlickergießverfahrens dar und wird im folgenden näher erläutert.The invention relates to a method for powder metallurgy Manufacture of objects or semi-finished products, taking one on slurry from a metal powder or metal alloy powder with a melting point above 1000 ° C and a binder below Gives pressure in a mold and sinters the molded body obtained. This wet powder die casting represents a variant of the known Slip casting process and is closer below explained.

In der Pulvermetallurgie, die das endabmessungsnahe wirt­ schaftliche Fertigen von Serienteilen ermöglicht, werden Werk­ stoffe und Werkstücke aus pulverförmigen Metall hergestellt. 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 series parts becomes possible fabrics and workpieces made from powdered metal. There are three main steps. First the metal powder is made into a certain shape brought and finally at elevated temperatures Compaction of the material sintered.

Das oben genannte Naßpulverdruckgießen ist aus verschiedenen bekannten Formgebungstechniken entwickelt worden:The above wet powder die casting is of various types 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 Dauerform 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 pressure in Shed permanent molds. The melt solidifies quickly. Due to the high pressure, even the finest details are molded. The high cost of permanent form enables one economical die casting usually only if enough high quantities.

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 the Plast processing for the shaping of complicated small parts used with large quantities. It is a combination of the 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 Metallpullver. 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 method (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 Reduktionsbedingungen 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 ten reduction 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 denn 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 then 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 Schlickergießverfahren wur­ den dabei die Produktivität und Qualität der Produkte deutlich verbessert, da die jeweiligen Gießparameter (Porengrößenverteilung der vollporösen Kunststofform, Füllzeit, Fülldruck, usw.) individuell den Filtrationseigenschaften 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 pressureless slip casting process 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 used casting compound can be adjusted.

Beim Herstellen von Metallpulvern oder Metallegierungspulvern aus einem korrodierenden, eisenhaltigen Werkstoff mit einem Schmelzpunkt über 1000°C durch Zerstäuben einer Metallschmelze bzw. einer Metallegierungsschmelze mittels Druckwasserverdüsung handelt es sich um den ersten Schritt im pulvermetallurgischen Herstellen von Gegenständen entsprechend der Erfindung.When manufacturing metal powders or metal alloy powders made of a corrosive, ferrous material with a Melting point above 1000 ° C by atomizing a metal melt or a metal alloy melt by means of pressurized water atomization is the first step in powder metallurgy Manufacture of articles according to the invention.

Bei der Druckwasserverdüsung zur Herstellung von Metallpulvern, wobei unter diesem Begriff immer auch Metalllegierungspulver 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 Pulverpartikel, 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 Rohpulver würde zu Bauteilen mit einer nicht ausreichenden Festigkeit führen. Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt, Inertgas in den Zerstäubungsraum einzuspeisen.In pressurized water atomization for the production of metal powders, with this term also always metal alloy powder a beam of molten metal hits one water jet emerging from a nozzle at high pressure and will broken down into fine particles. That is advantageous the rough, jagged (scratchy) surface of the Powder particles, the strength of the following manufactured green body increased. In addition to dividing the However, molten metal also finds an oxidation of the fresh generated fine metallic particles due to a reaction 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 powder would become components with insufficient strength to lead. To solve this problem, it is known to use inert gas in feed the atomization room.

Mit dieser Maßnahme kann der Sauerstoffgehalt der Rohpulver zwar erheblich herabgesetzt werden, er ist jedoch noch zu hoch, um das Rohpulver unmittelbar zur pulvermetallurgischen 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 powder may be significantly reduced, but it is still too high, around the raw powder directly to the powder metallurgical To be able to use manufacturing. Therefore, the raw powder needs to be on 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 Korrrosion, die sogennante 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 α-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 properties of the iron-phosphorus alloys relevant in connection with the invention are briefly mentioned here. The two-substance system Fe-P shows that phosphorus severely constricts the γ region. In the temperature range of sintering used from 1000 ° C to about 1250 ° C for iron-phosphorus alloys with 0.2 to 0.5 wt .-% phosphorus the α-γ mixed crystal region. The pure α phase can be found in the range from 0.5 to 2.8% by weight of phosphorus. (Hansen and Anderko, Constitution of binary Alloys, New York, Toronto, London 1958, McGraw-Hill). In the α-phase the diffusion rate is a power of ten greater than in the γ-phase, so that the sintering in the α-region is significantly faster than in the γ-region of the usual non-ferritic iron alloys (Böhm, Introduction to Metallurgy p. 88, BI university pocketbooks No. 196 / 196a). The phosphorus released during the polymerization of phosphoric acid or phosphates on the iron particle surface under reducing conditions reacts with the iron base material to form intermediate Fe 3 P, Fe 2 P-FeP and FeP 2 alloys. The temporary liquid phase that occurs in some cases also causes a very high sintering activity and rounds off the existing pore spaces. This effect reduces the notch effect emanating from the pores and improves the strength of the sintered material (Schatt, powder metallurgy, sintered and composite materials, p. 150 ff, Hühig Verlag, Heidelberg). In addition, the material strengthening of α-Fe by phosphorus is particularly effective (Hornbogen, Hochfeste 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 H 3 BO 3 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 (HBO 2 ) n , which, when heated further, forms boron trioxide B 2 O 3 , which easily dissolves metal oxides under glass formation (Trzebiatowiski, textbook on inorganic chemistry; VEB German Publishing House of Sciences, Berlin 1970).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, im Verfahren der eingangs genannten Art eine ausreichende Festigkeit des Grün­ körpers während des gesamten Aufheizvorgangs zu gewährleisten, so daß im Gegensatz zum Stand der Technik mit dem Naßpulver­ druckgießen auch große Bauteile mit Hinterschneidungen, Innen­ konturen und anderen komplizierten Formen herstellbar sind.The object of the present invention is in the method of sufficient strength of the green body during the entire heating process, so that in contrast to the prior art with the wet powder Die casting also large components with undercuts, inside contours and other complicated shapes can be produced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Binde­ mittel eingesetzt werden, die mit dem Metall- bzw. Metallegie­ rungspulver und/oder mit dessen Oxidschicht unter Bildung eines Glases reagieren.This object is achieved in that bandage agents are used with the metal or metal alloy Powder and / or with its oxide layer to form a Glases react.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird also nicht angestrebt, 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 Festigkeit des Grünlings in jeder Phase des Aufheizvorgangs sicherzustellen.In contrast to the prior art, the aim is not the binder almost completely during the heating process to remove from the green body. Rather is the presence the binder is desired even at higher temperatures, for a sufficiently high strength of the green compact in each Ensure phase of the heating process.

Vorgeschlagen wird außerdem, das als Metall- bzw. Metallegie­ rungspulver ein mit Wasser verdüstes, aus einem korrosiven, eisenhaltigen Werkstoff bestehendes Pulver eingesetzt wird, wobei das Verdüsungswasser ein Abbeiz- und Passivierungsmittel enthält. Dieses Metallpulver ist zum unmittelbaren Einsatz im pulvermetallurgischen Herstellungsverfahren geeignet und braucht nach der Pulverherstellung nicht mehr nachbehandelt zu werden.It is also proposed as a metal or metal alloy a powder atomized with water, from a corrosive, iron-containing material existing powder is used, wherein the atomizing water is a pickling and passivating agent contains. This metal powder is for immediate use in powder metallurgical manufacturing process suitable and no longer needs post-treatment after powder production become.

Vorzugsweise enthält das Abbeiz- und Passivierungsmittel Phosphorsäure, insbesondere Metaphosphorsäure, und/oder wasser­ lösliche Verbindungen dieser Säure, z. B. Phosphate oder Poly­ phosphate. 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 poly phosphates.  

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 atomization water 0.05 to 5% by weight, in particular 0.05 to 0.1% by weight, of phosphoric acid and / or contains their water-soluble compounds.

Dabei ist es außerdem vorteilhaft, wenn man das Verdüsungs­ wasser im Kreislauf führt.It is also advantageous if you have the atomization circulates water.

Vorzugsweise werden Phosphorsäure und/oder Phosphorsäure­ verbindungen als Bindemittel eingesetzt. Ein solches Binde­ mittel hat die zusätzliche Funktion einer Korrosionsschutz­ schicht und ist insbesondere für korrosive, eisenhaltige Pulver von Vorteil.Phosphoric acid and / or phosphoric acid are preferred compounds used as binders. Such a bandage medium has the additional function of corrosion protection layer and is particularly suitable for corrosive, iron-containing powders advantageous.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorge­ schlagen, daß man Borsäure und/oder Borsäureverbindungen als Bindemittel einsetzt, insbesondere im Falle von korrosions­ beständigen eisenhaltigen Pulvern. In diesem Falle ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das Bindemittel zusätzlich 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 modifizieren. Es stehen also mehr Freiheitsgrade bei der Auswahl der Zusammensetzung zur Verfügung.In a further embodiment of the invention is pre suggest that one as boric acid and / or boric acid compounds Binder used, especially in the case of corrosion resistant ferrous powders. In this case it is furthermore advantageous if the binder additionally Contains phosphoric acid and / or phosphoric acid compounds. The formed, disperse glass phase as the desired "Alloy component" of the metallic material can be in this case, modify to a particularly large extent. So there are more degrees of freedom when choosing the Composition available.

Ein Teil des Bindemittels kann schon bei der Herstellung des Metallpulvers hinzugegeben werden. Wenn man das Metall- bzw. Metallegierungspulver durch Zerstäuben einer Metallschmelze bzw. Metallegierungsschmelze mittels Druckwasserverdüsung herstellt, kann das Verdüsungswasser Phosphorsäure, ins­ besondere Metaphosphorsäure, und/oder wasserlösliche Verbin­ dungen dieser Säure enthalten. In diesem Fall dient die Zugabe, wie bereits oben ausgeführt worden ist, gleichzeitig zum Ent­ fernen von Oxidschichten auf dem Pulver und dem Passivieren der blanken metallischen Pulveroberflächen. Part of the binder can be used in the manufacture of the Metal powder can be added. If you look at the metal or Metal alloy powder by atomizing a molten metal or metal alloy melt using pressurized water atomization produces, the atomizing water phosphoric acid, ins special metaphosphoric acid, and / or water-soluble compound contain this acid. In this case, the addition serves as already explained above, at the same time as the ent removal of oxide layers on the powder and passivation of the bare metallic powder surfaces.  

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß man die Aufschlämmung in eine aus offen­ porigem 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 (abgekürzt als 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 suggested that you open the slurry in one out porous plastic existing form there. In contrast to the stand the technique in which the mold is generally made of gypsum, the plastic mold can be used several times. In particular it is suggested that the shape be essentially Polymethyl methacrylate (abbreviated as PMMA) exists. In this Plastic containing styrene, which during the Making the mold can be removed again the porosity.

Zusammengefaßt ergeben sich daher die folgenden Vorteile der aus offenporigem Kunststoff bestehenden Gießform gegenüber 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 Oberflächen­ beschaffenheit 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 Gegensatz dazu muß beim Gießen aus der Metallschmelze die beginnende Erstarrung beachtet werden.In summary, the following advantages of the mold made of open-pore plastic compared to the Casting with a lost mold, for example a plaster mold. The ongoing effort for molding and for core production not applicable. Waste-free production with a very high level metallic application is possible. In addition to the Free of voids, good dimensional stability and surfaces Condition achieved because of an exact filling of the mold is guaranteed. A careful filling of the form is namely possible because the mold is relatively slow when pouring cold can be loaded. In contrast, when pouring out the beginning of solidification of the metal melt.

Die Erfindung umfaßt schließlich noch pulvermetallurgisch her­ gestellte Gegenstände oder Halbzeug, insbesondere aus einem eisenhaltigen Werkstoff, die durch Phosphat- und/oder Borat­ gläser an der Pulverpartikeloberfläche und zwischen den Pulver­ partikeln gekennzeichnet sind. Finally, the invention also comprises powder metallurgy items or semi-finished goods, in particular from a ferrous material caused by phosphate and / or borate glasses on the powder particle surface and between the powders particles are marked.  

Besonders geeignet zur Herstellung hochbelasteter Bauteile wie Pleuel oder Dieselkolben nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren sind ferritische Werkstoffe, vorzugsweise auf der Legierungsbasis Silizium und Phosphor. Die hier erzielbare hohe Sinteraktivität er­ möglicht eine sehr hohe Dichte und Homogenität des Werkstücks. Die hervorragende Eignung dieser Legie­ rungen für die Verarbeitung im erfindungsgemäßen Verfahren ist in den nachfolgend kurz genannten beson­ deren Materialeigenschaften begründet.Particularly suitable for the production of highly stressed Components such as connecting rods or diesel pistons according to the inventions processes according to the invention are ferritic materials, preferably on the alloy basis silicon and Phosphorus. The high sintering activity that can be achieved here possible a very high density and homogeneity of the Workpiece. The excellent suitability of this alloy stations for processing in the invention The procedure is special in the following their material properties justified.

Die Legierungselemente Silizium und Phosphor bil­ den mit dem α-Eisen Substitutionsmischkristalle und be­ wirken eine lineare Zunahme der Streckgrenze und Zugfestigkeit. Phosphor zeigt die höchste Wirksamkeit auf die Festigkeit, hat aber einen stark versprödenden Einfluß. Neben den Festigkeitseigenschaften spielen die Zähigkeitseigenschaften eine wichtige Rolle. Mit stei­ gender Mischkristallhärte verringert sich die Zähigkeit. Daß trotz Erhöhung des Legierungsgehaltes mancher mischkristallbildender Elemente die Zähigkeit verbes­ sert wird, liegt an der Bildung eines feinkörnigen Gefü­ ges. Ein feinkörniges Sinterwerkstoffgefüge wird z. B. durch einen Legierungsanteil von 0,2 bis 0,3% Vanadin ohne Wärmebehandlung erzielt.The alloying elements silicon and phosphorus bil the with the α-iron substitution mixed crystals and be act a linear increase in the yield strength and Tensile strenght. Phosphorus shows the highest effectiveness on strength, but has a very brittle Influence. In addition to the strength properties, the Toughness properties play an important role. With stei mixed hardness decreases the toughness. That despite the increase in the alloy content, some mixed crystal-forming elements improve toughness is due to the formation of a fine-grained structure total A fine-grained sintered structure is z. B. due to an alloy content of 0.2 to 0.3% vanadium achieved without heat treatment.

Die Erfindung wird nachstehend in konkreten Bei­ spielen und anhand der einzigen Zeichnung (Fig. 1) nä­ her erläutert, die ein Prozeßschema des erfindungsge­ mäßen Naßpulverdruckgießens zeigt.The invention is explained below in concrete case and with reference to the single drawing ( Fig. 1) explained in more detail, which shows a process diagram of the wet powder die casting according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend den nachfolgenden Ausführungsbeispielen besteht zusam­ mengefaßt aus folgenden Prozeßschritten:
The method according to the following exemplary embodiments consists of the following process steps:

  • 1. Rohstoffgewinnung
    • 1. 1.1 Verdüsen der Metallschmelze mit Hochdruck­ wasser und Erzeugen eines Metallpulvers mit ei­ nem Teilchengrößenspektrum von 1 bis 63 µm und niedrigem Sauerstoffgehalt
    • 2. 1.2 Trennen des Metallpulvers vom Verdüsungs­ wasser in einer Drucknutsche
    • 3. 1.3 Mischen des feuchten Metallpulvers mit einem wasserlöslichen, umweltschonenden Binder, z. B. Phosphorsäure, zu einem gießfähigem Schlicker mit einem Feststoffgehalt von 60 bis 85 Vol. %
    1. Extraction of raw materials
    • 1. 1.1 atomizing the molten metal with high pressure water and producing a metal powder with a particle size range of 1 to 63 microns and low oxygen content
    • 2. 1.2 Separate the metal powder from the atomizing water in a pressure filter
    • 3. 1.3 Mixing the damp metal powder with a water-soluble, environmentally friendly binder, e.g. As phosphoric acid, to a pourable slip with a solids content of 60 to 85 vol.%
  • 2. Formgebung
    • 1. 2.1 Bau einer Form, nämlich eines vollporösen Kunststoffwerkzeugs mit netzartigen, offenen Ka­ nälen, die zur Entwässerung des im Werkzeug un­ ter Druck eingespritzten Schlickers dienen
    • 2. 2.2 Druckgießen mit dem Metallpulverschlicker, wobei die Werkzeughaltbarkeit etwa 20.000 Schuß beträgt
    2. Shape
    • 1. 2.1 Construction of a mold, namely a fully porous plastic tool with mesh-like, open channels, which serve to drain the slurry injected under pressure into the tool
    • 2. 2.2 Die casting with the metal powder slurry, the tool durability is about 20,000 shots
  • 3. Verdichten
    • 1. 3.1 Trocknen der Grünlinge
    • 2. 3.2 Dichtsintern der Bauteile unter reduzierenden Bedingungen in einem Durchlaufofen
    3. Compact
    • 1. 3.1 Drying the green compacts
    • 2. 3.2 Sealing of the components under reducing conditions in a continuous furnace
Beispiel 1example 1

Die flüssige Metallschmelze, die im ersten Ausfüh­ rungsbeispiel eine korrodierende, hauptsächlich aus Ei­ sen bestehenden 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 Metall­ strahl trifft unter einem vorgegebenen Winkel, z. B. 20°, auf den Wasserstrahl und wird von diesem zu einem feinen Metallpulver mit Korngrößen von weniger als 63 µm zerteilt. Die Druckwasserverdüsung führt hier zu Pulverpartikeln mit einer unregelmäßigen Oberfläche, wodurch in vorteilhafter Weise eine gegenseitige Ver­ klammerung der Pulverpartikel beim Schichtaufbau im Hohlraum des Druckgießwerkzeuges ermöglicht wird. Das Verdüsungswasser enthält 0,05 bis 0,1 Gew.-% Phosphorsäure.The liquid molten metal, which in the first embodiment is a corrosive alloy consisting mainly of eggs, 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 emerging from the funnel 1 liquid metal jet hits at a predetermined angle, for. B. 20 °, on the water jet and is divided by this into a fine metal powder with grain sizes of less than 63 microns. The pressurized water atomization here leads to powder particles with an irregular 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% by weight phosphoric acid.

Das mit einem Sauerstoffgehalt von weniger als 0,5% erhaltene feine Metallpulver wird zusammen mit dem Verdüsungswasser über eine Leitung 4 einer Drucknut­ sche 5 zugeleitet. Nach dem Abfiltern unter einem Druck von 2 bar gibt man das Pulver, das eine Rest­ feuchte von etwa 5% aufweist, in einen Mischer 6. Das Filtrat wird zum Wassertank 2 zurückgeführt. Die wäh­ rend des laufenden Verfahrens anfallenden Schlämm­ stoffe mit Korngrößen unter 1 µm werden über eine Leitung 7 abgezogen, um die Trocknungs- und Sinter­ zeit des nachfolgend hergestellten Grünlings zu verkür­ zen.The fine metal powder obtained with an oxygen content of less than 0.5% is fed together with the atomizing water via a line 4 to a pressure groove 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 during the current process 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 Schlic­ ker 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 vorhan­ dene oder neu entstandene dünne Oxidschichten unter Reibung in Anwesenheit der wäßrigen Phosphorsäure abgebeizt, eine weitere Korrosion der Metallpulver un­ terbunden und die metallischblanken Pulveroberflächen durch die sich bildende sehr dünne Eisenphosphat­ schicht bzw. anderer dreiwertiger, unlöslicher Metall­ phosphate der entsprechenden Legierungen passiviert. Die Viskosität und der pH-Wert des Gießschlickers können durch Zugabe von Additiven eingestellt werden.In the mixer 6 is a homogeneous, pourable slurry from 60 to 85 wt .-% metal powder, 35 to 12 wt .-% water and 5 to 1 wt .-% 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 pickled under friction in the presence of the aqueous phosphoric acid, further corrosion of the metal powder is prevented and the bright metallic powder surfaces are formed by the very thin iron phosphate layer or other trivalent, insoluble metal passivated phosphates of the corresponding alloys. The viscosity and pH of the casting slip can be adjusted by adding additives.

Der homogenisierte wäßrige Schlicker wird in eine offenporige Kunststofform 8 aus PMMA unter einem Druck bis zu 50 bar eingespritzt. Während sich die Schichten aus wasserverdüstem Metallpulver an der vollporösen Werkzeugwand aufbauen, die offene Poren mit etwa 20 µm Durchmesser oder weniger und ein Po­ renvolumen von 20 Vol.-% hat, wird die wäßrige Trä­ gerflüssigkeit gleichmäßig abgetrennt, so daß keine Ent­ mischung (Segregation, Sedimentation) oder Verdich­ tung (Dilatation) erfolgt. Die abgetrennte Trägerflüssig­ keit wird in einem sauren Kationentauscher regeneriert und zum Mischer 6 zurückgeführt. Im Ionentauscher wird das in der Trägerflüssigkeit enthaltende Eisen­ phosphat zu Phosphorsäure umgewandelt. Eine um­ weltschonende Wasserwirtschaft ist damit gewährlei­ stet. 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 water-atomized metal powder build up on the fully porous tool wall, the open pores with a diameter of about 20 microns or less and a Po volume of 20 vol .-%, the aqueous carrier liquid is separated evenly, so that no separation (segregation , Sedimentation) or compaction (dilation). The separated carrier liquid speed 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% getrocknet. Dabei bilden sich zwischen den Pulverparti­ keln Phosphorsäurebrücken bzw. Brücken aus Meta­ phosphaten oder Polyphosphaten aus. Der Trocknungs­ vorgang des Grünlings läuft zerstörungsfrei ab, da die Feuchte ungehindert durch die Poren der Kunststoff­ form 8 austreten kann.The green compact is left to a residual moisture of less than 5% dried. This creates between the powder batches phosphoric acid bridges or bridges made of meta phosphates or polyphosphates. The drying the process of the green body runs non-destructively, since the Moisture unhindered by the pores of the plastic form 8 can emerge.

Der getrocknete Grünling wird in einer ersten Zone eines Durchlaufofens 10 weiter getrocknet, in der mitt­ leren Zone in Anwesenheit von Wasserstoff bzw. Endo­ gas (Gemisch aus Erdgas und Wasserstoff) oder Inert­ gas gesintert und schließlich in einer dritten Zone ge­ kühlt. Beim Sintern wird der Sauerstoffgehalt der Phosphate sowie der kristallisierten Phosphorsäure durch karbothermische Reduktion des in der Metallma­ trix entsprechend höher legierten Kohlenstoffanteils abgebaut. Die glasartigen Eisen-Phosphor-Dispergie­ rungen zwischen den einzelnen Pulverpartikeln erhö­ hen die Festigkeit des gesinterten Werkstücks.The dried green compact is further dried in a first zone of a continuous furnace 10 , sintered in the middle zone in the presence of hydrogen or endogas (mixture of natural gas and hydrogen) or inert gas and finally cooled in a third zone. During sintering, the oxygen content of the phosphates and of the crystallized phosphoric acid is reduced by carbothermal reduction of the proportion of carbon which is correspondingly higher in the metal matrix. The glass-like iron-phosphor dispersions between the individual powder particles increase the strength of the sintered workpiece.

Zusammengefaßt stellt sich die erforderliche Festig­ keit der Grünlinge für die nachfolgende Fertigungs­ schritte 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 Un­ terdruck und die Grenzflächenkräfte der Restfeuchte in den Poren des Grünlings erhöht. Schließlich bilden sich Phosphorsäure- und Phosphatbrücken (bzw. Borsäure- und Boratbrücken im nachfolgenden Ausführungsbei­ spiel) zwischen den sich berührenden Pulverteilchen beim Trocknen und Erhitzen der Formlinge aus.In summary, the required strength is obtained green parts for the subsequent production steps of demolding, drying and sealing sintering through three effects. For one, they cling to one another irregularly shaped metal powder particles when Layer structure in the cavity of the die casting tool. Second, the strength is due to the capillary Un pressure and the interfacial forces of the residual moisture in the green body's pores increased. Finally form Phosphoric acid and phosphate bridges (or boric acid and borate bridges in the following embodiment game) between the touching powder particles drying and heating the moldings.

Beispiel 2Example 2

Im zweiten Ausführungsbeispiel wird ein aus korro­ sionsbeständigem Metall bestehendes gesintertes Werkstück hergestellt. Das Verfahren läuft im wesentli­ chen wie im ersten Ausführungsbeispiel ab. Das Abbeiz- und Passivierungsmittel im Verdüsungswasser reagiert mit den korrosionsbeständigen Werkstoffen (Edelstäh­ len) nur unmerklich bei der im Prozeß vorkommenden Wassertemperatur von etwa 40°C. Da ein Wechseln des Verdüsungswassers für unterschiedliche Werkstoffe un­ wirtschaftlich ist, wird dotiertes Verdüsungswasser auch bei korrosionsbeständigen Werkstoffen bevorzugt ver­ wendet.In the second embodiment, a corro sion-resistant metal Workpiece manufactured. The process runs essentially chen as in the first embodiment. The stripping and passivating agent in the atomizing water reacts with the corrosion-resistant materials (stainless steel len) only imperceptibly with the one occurring in the process Water temperature around 40 ° C. Because a change of Atomizing water for different materials doped atomizing water is also economical in the case of corrosion-resistant materials, preferably ver turns.

Anstelle des beim Mischen und Homogenisieren des Schlickers zugesetzten Phosporsäure- bzw. Phosphat­ anteils wird hier jedoch Borsäure mit einem Anteil von etwa 2 Gew.-% eingesetzt. Beim Sintern des entstande­ nen Grünlings scheiden sich Metalloxide mit dem ver­ bliebenen Bortrioxid als feindispergierte Glasphasen im Grundwerkstoff der Metallmatrix aus.Instead of mixing and homogenizing the Schlickers added phosphoric acid or phosphate however, boric acid with a share of about 2 wt .-% used. When sintering the resulting Green bodies separate metal oxides with the ver remained boron trioxide as finely dispersed glass phases in the Base material of the metal matrix.

Beispiel 3Example 3

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 An­ teilen von Additiven, zum Beispiel Ammonium-Alginat eingesetzt. Beim Trocknungsvorgang des Gießlings ver­ flüchtigt sich der größte Anteil der Borsäure zusammen mit der Restfeuchte. Beim Sintern reagieren die in ge­ ringen Anteilen noch vorhandenen Metalloxide auf den Pulverteilchenoberflächen mit der verbliebenen, äu­ ßerst geringen Menge an Bortrioxid und Natrium­ phosphat zu einer fein dispergierten Glasphase, die zur Verfestigung der Metallmatrix beiträgt.In a modification of embodiment 2, an aqueous mixture of 0.2 to 0.5% by weight of Na 2 HPO 4 , about 2% by weight of boric acid and small amounts of additives, for example ammonium alginate, is used as the binder. During the drying process of the casting, most of the boric acid evaporates together with the residual moisture. During sintering, the small amounts of metal oxides still present on the powder particle surfaces react with the remaining, extremely small amount of boron trioxide and sodium phosphate to form a finely dispersed glass phase, which contributes to the solidification of the metal matrix.

Abschließend werden die Vorteile des erfindungsge­ mäßen Verfahrens zusammengefaßt.Finally, the advantages of the fiction method summarized.

Die Formgebungstechnologie besteht in der optima­ len Verknüpfung der Rohstoffgewinnung feiner, wasser­ verdüster, d. h. unregelmäßig geformter, metallischer Pulver mit dem Formgebungsverfahren Druckgießen zur wirtschaftlichen Herstellung komplizierter, endab­ messungsnaher, metallischer Bauteile analog zur Her­ stellung von Keramikteilen unter Zuhilfenahme von Phosphor- und/oder Borsäure bzw. deren wasserlösli­ chen Salze oder Verbindungen.The shaping technology consists of optima len linking of raw material extraction of fine, water gloomy, d. H. irregularly shaped, metallic Powder using the die casting process complicated to manufacture economically, endab measurement-related, metallic components similar to the Her provision of ceramic parts with the help of Phosphoric and / or boric acid or their water-soluble Chen salts or compounds.

Die folgenden Vorteile des erfindungsgemäßen Her­ stellverfahrens werden im Falle eisenmetallischer Werkstoffe erreicht.The following advantages of the Her invention setting procedures are in the case of ferrous metallic Materials reached.

Wasserverdüste Metallpulver können direkt nach der Verdüsung ohne Aufarbeitung als wäßriger Schlicker unter Zuhilfenahme von Phosphorsäure und/oder deren Salze als Abbeiz- und Passivierungsmittel nach dem Druckgießverfahren 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 Spraying without working up as an aqueous slip with the help of phosphoric acid and / or its Salts as pickling and passivating agents after Die casting processes are processed into molded parts. The very high sintering activity of the fine, ruggedly cooled raw powder for making very dense components close to the final dimension (<95% of the theoretical density).

Gleichzeitig dienen wasserlösliche Phosphorsäure­ verbindungen (z. B. Phosphate, Metaphosphate, Ester der Phosphorsäure, Phosphorproteide) als Bindemittel­ zusatz, so daß beim Trocknen und Erwärmen der Gieß­ linge kein Entfestigungsloch bis zum Einsetzen der Sin­ terreaktion der eisenmetallischen Werkstoffe auftritt. Die Phosphate polymerisieren, und die verdampfende Restfeuchte entweicht ohne zerstörerische Wirkung durch die offenen Poren zwischen den Pulverpartikeln.At the same time, water-soluble phosphoric acid is used compounds (e.g. phosphates, metaphosphates, esters of phosphoric acid, phosphorus proteins) as binders additive, so that when drying and heating the casting do not make a softening hole until the Sin is inserted reaction of the ferrous metallic materials occurs. The phosphates polymerize, and the evaporating Residual moisture escapes without destroying it through the open pores between the powder particles.

Eine kurze Sinterdauer wird durch den geringen An­ teil flüchtiger Bestandteile erreicht, die nur aus Rest­ feuchte und eventuellen Reduktionsprodukten der Phosphate mit dem Kohlenstoffanteil aus der Legierung des Grundwerkstoffs bzw. den Phosphorproteiden be­ stehen.A short sintering time is due to the low An partially volatile components, which only from the rest damp and possible reduction products of Phosphates with the carbon content from the alloy of the base material or the phosphorus proteins stand.

Die auf der Oberfläche der Metallpulverpartikel er­ zeugte Dünnschicht aus Eisenpolyphosphat bzw. Eisen­ metaphosphat und/oder die beim Erwärmen sich bilden­ den Alkaliphosphatgläser bzw. Phosphor-Eisenlegie­ rungen wirken sinteraktivierend. Die sich ausbildenden Sinterbrücken erhalten durch den eindiffundierenden Phosphor eine Verfestigung, und die Poren werden gut eingerundet.He on the surface of the metal powder particles  produced thin layer of iron polyphosphate or iron metaphosphate and / or which form when heated the alkali phosphate glasses or phosphorus iron alloy stanchions have a sinter activating effect. The developing ones Sintered bridges get through the diffusing Phosphorus solidifies and the pores become good 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 phosphate deposited on the metal particle surfaces layers, 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 konven­ tionellen Pulvermetall-Werkstoffen verbessern die Wirtschaftlichkeit und verdichten gleichzeitig die zu sin­ ternden Bauteile sehr gut, so daß auch die dynamischen Werkstoffeigenschaften gesteigert werden. Durch die Verwendung schmelzlegierter Pulver wird die Homoge­ nität des Werkstoffs sichergestellt.The very high sintering activity of the ferritic Si and / or P alloys is used. The relatively small Sintering temperatures and times compared to the conventional ones tional powder metal materials improve Economic efficiency and at the same time condense to sin terenden components very well, so that the dynamic Material properties can be increased. Through the The use of melt-alloyed powder becomes homogeneous guaranteed of the material.

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 finely dispersing glass with the phosphate salts and contributes to the solidification of the material.

Die Verfahrensführung des gesamten Herstellprozes­ ses ist durch die leicht und sicher zu erfassenden Ferti­ gungsparameter prozeßfähig. Innerhalb der Prozeßket­ tenverknüpfung zwischen Rohstoffgewinnung, Schlic­ keraufbereitung, Formgebung und Verfestigung besteht für die optimierbaren Steuerungsparameter eine Wech­ selwirkung. Es kann problemlos innerhalb der Verfah­ renskette eingegriffen werden, um einen gewünschten Effekt zu erzielen.The procedure of the entire manufacturing process It is easy and safe to grasp process parameters. Within the process chain Linkage between raw material extraction, Schlic core preparation, shaping and hardening a change for the optimizable control parameters interaction. It can be done easily within the process can be intervened to a desired one To achieve effect.

Im Fall der korrosionsbeständigen, eisenmetallischen Werkstoffen werden die folgenden Vorteile erreicht.In the case of corrosion-resistant, ferrous metal Materials have the following advantages.

Wasserverdüste feine Metallpulver können direkt nach der Verdüsung ohne Aufarbeitung als wäßriger Schlicker unter Zuhilfenahme von Borsäure und Dina­ triumhydrogenphosphat als Reinigungs- und Haftmittel nach dem Druckgießverfahren zu Formteilen verarbei­ tet werden.Water atomized fine metal powder can directly after spraying without working up as an aqueous Slips with the help of boric acid and dina trium hydrogen phosphate as a cleaning and adhesive agent processed into molded parts using the die casting process be tested.

Das Borsäure-Phosphatgemisch und ihre polymeri­ sierte Produkte dienen in Verbindung mit NH3-Alginat bzw. Phosphorproteiden als Binder, wobei die Borsäure sich beim Erhitzen weitgehend mit den Wasserdämpfen verflüchtigt.The boric acid-phosphate mixture and its polymerized products serve in conjunction with NH 3 alginate or phosphorus proteids as binders, the boric acid largely evaporating with the water vapors when heated.

Die Sinterdauer ist kurz durch den geringen Anteil flüchtiger Bestandteile, die nur aus Restfeuchte, Anteile der Borsäure und Additive bestehen, und durch die hohe Sinteraktivität der feinen, schroff abgekühlten Rohpul­ ver mit Korngrößen unter 63 µm.The sintering time is short due to the low proportion volatile constituents that only consist of residual moisture, proportions of boric acid and additives, and due to the high Sintering activity of the fine, ruggedly cooled raw powder ver with grain sizes below 63 µm.

Die mit den oxidischen Verunreinigungen auf den Partikeloberflächen sich bildende feindisperse Bor- bzw. Phosphatglasphase trägt durch ihre Kontakthafts­ tellen zur Maßhaltigkeit bei und wirkt zusätzlich disper­ sionsverfestigend auf die Metallmatrix.The one with the oxidic impurities on the Finely dispersed boron particles or phosphate glass phase contributes through their contact contribute to the dimensional accuracy and also has a disperous effect sion-hardening on the metal matrix.

Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, daß anforde­ rungsgerechte Bauteileigenschaften durch die Kombi­ nation von Phosphorsäure im Verdüsungswasser mit Borsäure oder mit anderen Peptisatoren im wäßrigen Gießschlicker eingestellt werden können. Konzentra­ tion, Einwirkzeit und Temperatur der Säuren und Inhi­ bitoren beeinflussen die "Schichtstärke" auf den Pulver­ partikeloberflächen im Gießling, wodurch die ge­ wünschten Werkstoffeigenschaften beim Sintern ge­ steuert erzeugt werden können.Further advantages result from the fact that requirements Component properties that meet the requirements of the combination nation of phosphoric acid in the atomizing water Boric acid or with other peptizers in the aqueous Cast slurry can be adjusted. Concentra tion, exposure time and temperature of acids and inhi bitters influence the "layer thickness" on the powder particle surfaces in the casting, whereby the ge desired material properties during sintering controls can be generated.

BezugszeichenlisteReference list

11

Trichter
funnel

22nd

Wassertank
Water tank

33rd

Hochdruckpumpe
high pressure pump

44th

Leitung
management

55

Drucknutsche
Pressure filter

66

Mischer
mixer

77

Leitung
management

88th

Kunststofform
Plastic mold

99

Ionentauscher
Ion exchanger

1010th

Durchlaufofen
Continuous furnace

Claims (11)

1. Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen von Gegen­ ständen oder Halbzeug, wobei man eine Aufschlämmung aus einem Metallpulver oder Metallegierungspulver mit einem Schmelzpunkt über 1000°C und einem Bindemittel unter Druck in eine Form gibt und den erhaltenen Formkörper sintert, dadurch gekennzeichnet, daß Bindemittel eingesetzt werden, die mit dem Metall- bzw. Metallegierungspulver und/oder mit dessen Oxidschicht unter Bildung eines Glases reagieren.1. A process for the powder-metallurgical manufacture of objects or semi-finished products, wherein a slurry of a metal powder or metal alloy powder with a melting point above 1000 ° C and a binder is put under pressure into a mold and the molded body obtained is sintered, characterized in that binders are used which react with the metal or metal alloy powder and / or with its oxide layer to form a glass. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall- bzw. Metallegierungspulver ein mit Wasser verdüstes, aus einem korrosiven, eisenhaltigen Werkstoff bestehendes Pulver eingesetzt wird, wobei das Verdüsungs­ wasser ein Abbeiz- und Passivierungsmittel enthält.2. The method according to claim 1, characterized, that as a metal or metal alloy powder with water atomized, from a corrosive, ferrous material existing powder is used, the atomization water contains a stripping and passivating agent. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbeiz- und Passivierungsmittel Phosphorsäure, ins­ besondere Metaphosphorsäure, und/oder wasserlösliche Ver­ bindungen dieser Säure enthält.3. The method according to claim 2, characterized, that the stripping and passivating agent phosphoric acid, ins special metaphosphoric acid, and / or water-soluble ver contains bonds of this acid. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdüsungswasser 0,05 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,05 bis 0,1 Gew.-%, an Phosphorsäure und/oder deren wasserlösliche Verbindungen enthält.4. The method according to claim 3, characterized, that the atomizing water 0.05 to 5 wt .-%, in particular 0.05 to 0.1% by weight of phosphoric acid and / or its contains water-soluble compounds. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verdüsungswasser im Kreislauf führt.5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized, that the atomizing water is circulated. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Phosphorsäure und/oder Phosphorsäureverbindungen als Bindemittel eingesetzt werden.6. The method according to any one of the preceding claims,  characterized, that phosphoric acid and / or phosphoric acid compounds as Binders are used. 7. Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Borsäure und/oder Borsäureverbindungen als Bindemittel eingesetzt werden.7. The method as claimed in one of the preceding claims, characterized, that boric acid and / or boric acid compounds as binders be used. 8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel zusätzlich Phosphorsäure und/oder Phosphorsäureverbindungen enthält.8. The method according to the preceding claim, characterized, that the binder additionally phosphoric acid and / or Contains phosphoric acid compounds. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aufschlämmung in eine aus offenporigem Kunst­ stoff bestehende Form gibt.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that the slurry into an open-pored art existing form there. 10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Form im wesentlichen aus Polymethylmethacrylat besteht.10. The method according to the preceding claim, characterized, that the form is essentially polymethyl methacrylate consists. 11. Pulvermetallurgisch hergestellte Gegenstände oder Halbzeug, insbesondere aus einem eisenhaltigen Werkstoff, gekennzeichnet durch Phosphat- und/oder Boratgläser an der Pulverpartikel­ oberfläche und zwischen den Pulverpartikeln.11. Objects or semi-finished products manufactured by powder metallurgy, especially from a ferrous material, marked by Phosphate and / or borate glasses on the powder particles surface and between the powder particles.
DE19535444A 1995-01-20 1995-09-23 Process for the powder metallurgical manufacture of articles and articles produced in this way Expired - Fee Related DE19535444C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19535444A DE19535444C2 (en) 1995-01-20 1995-09-23 Process for the powder metallurgical manufacture of articles and articles produced in this way

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19501604 1995-01-20
DE19535444A DE19535444C2 (en) 1995-01-20 1995-09-23 Process for the powder metallurgical manufacture of articles and articles produced in this way

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19535444A1 DE19535444A1 (en) 1996-07-25
DE19535444C2 true DE19535444C2 (en) 1999-07-22

Family

ID=7751895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19535444A Expired - Fee Related DE19535444C2 (en) 1995-01-20 1995-09-23 Process for the powder metallurgical manufacture of articles and articles produced in this way

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19535444C2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19716514C1 (en) * 1997-04-19 1998-06-10 Scholz Paul Friedrich Dr Ing Power metallurgical production of metallic semi-finished products
US6261336B1 (en) * 2000-08-01 2001-07-17 Rutgers, The State University Of New Jersey Stable aqueous iron based feedstock formulation for injection molding

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2232760B1 (en) * 1972-06-29 1973-03-22 Mannesmann AG, 4000 Düsseldorf METHOD OF CHANGING THE BULK DENSITY OF IRON POWDER
US3764295A (en) * 1971-05-14 1973-10-09 Hoeganaes Ab Method of manufacturing low alloy steel powder having a low content of oxidic constituents
US4437883A (en) * 1982-02-12 1984-03-20 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Process for producing metal powder
US4469313A (en) * 1981-06-19 1984-09-04 Sumitomo Metal Industries Apparatus for production of metal powder
DE3525752C2 (en) * 1984-08-30 1987-12-03 Nippon Kokan K.K., Tokio/Tokyo, Jp
EP0260812A2 (en) * 1986-09-15 1988-03-23 Inco Alloys International, Inc. Production of water atomized powder metallurgy products
DE4120706A1 (en) * 1991-06-22 1992-12-24 Forschungszentrum Juelich Gmbh METHOD FOR PRODUCING SEALED SINTER WORKPIECES

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3764295A (en) * 1971-05-14 1973-10-09 Hoeganaes Ab Method of manufacturing low alloy steel powder having a low content of oxidic constituents
DE2232760B1 (en) * 1972-06-29 1973-03-22 Mannesmann AG, 4000 Düsseldorf METHOD OF CHANGING THE BULK DENSITY OF IRON POWDER
US4469313A (en) * 1981-06-19 1984-09-04 Sumitomo Metal Industries Apparatus for production of metal powder
US4437883A (en) * 1982-02-12 1984-03-20 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Process for producing metal powder
DE3525752C2 (en) * 1984-08-30 1987-12-03 Nippon Kokan K.K., Tokio/Tokyo, Jp
EP0260812A2 (en) * 1986-09-15 1988-03-23 Inco Alloys International, Inc. Production of water atomized powder metallurgy products
DE4120706A1 (en) * 1991-06-22 1992-12-24 Forschungszentrum Juelich Gmbh METHOD FOR PRODUCING SEALED SINTER WORKPIECES

Also Published As

Publication number Publication date
DE19535444A1 (en) 1996-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1212160B1 (en) Mixture of two particulate phases used in the production of a green compact that can be sintered at higher temperatures
DE1758845C3 (en) Process for the production of precision casting molds for reactive metals
DE69018019T2 (en) METHOD FOR PRODUCING MOLDED BODIES FROM MIXTURES OF HEAT-CURABLE BINDERS AND POWDER WITH DESIRED CHEMICAL PROPERTIES.
DE2157845C3 (en) Process for the manufacture of refractory articles
DE1936153B2 (en) PROCESS AND CASTING FORM FOR PRODUCING CASTINGS WITH BALL GRAPHITE
EP0864551A2 (en) Manufacturing process of element containing ceramic-metal composite material and element made thereby
DE3214242C2 (en)
DE2520993C3 (en) Refractory mass on the basis of silicic acid anhydride and its use for the production of the lining of a pouring funnel and a method for treating such a lining
DE2900440C2 (en)
DE3231100C2 (en)
DE1767967B1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING SINTER BODIES FROM AL METHOD FOR MANUFACTURING SINTER BODIES FROM AL
EP3006136A1 (en) Use of a basic composition as infiltration agent for the moulding material of a mould for preventing white coverings (pitted surfaces) on castings, related methods, casting moulds and kits
DE19535444C2 (en) Process for the powder metallurgical manufacture of articles and articles produced in this way
EP3986634A1 (en) Sized molds obtainable from a molding material mixture containing an inorganic bonding agent and phosphatic compounds and oxidic boron compounds and method for production and use thereof
DE756272C (en) Process for the production of objects from aluminum-silicon alloys
DE3313736A1 (en) HIGH-STRENGTH MOLDED BODY FROM A MECHANICALLY MACHINABLE POWDER METAL ALLOY ON IRON-BASED, AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
DE2025793C3 (en) Application of the process for the production of metallic sintered bodies of high density on a casting slip with powdered metal oxides
DE19908952A1 (en) Ceramic moulding material for production of vessels and moulds for melting and casting of e.g. superalloys, titanium and titanium alloys
DE69307820T2 (en) Composition for the production of products made of pure lime, as well as application and method of application
EP0181317B1 (en) Process for manufacturing a porous filter body from metal powder
DE2708265C3 (en) Process for the production of a self-hardening and water-soluble form
EP1781433A2 (en) Removable core for casting metal and method for producing a core
DE2458682A1 (en) METHOD OF MANUFACTURING A MOLDED BODY FROM SILICON NITRIDE
DE2354024C3 (en) Process for the production of a ceramic material based on silicon aluminum oxynitride
DE10011977C1 (en) Sizing agent for coating sand castings for the production of castings from magnesium and magnesium alloys

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee