DE19925197A1 - Spritzgußfähige Metallpulverzusammensetzung und Spritzguß- und Sinterverfahren unter Verwendung einer derartigen Zusammensetzung - Google Patents
Spritzgußfähige Metallpulverzusammensetzung und Spritzguß- und Sinterverfahren unter Verwendung einer derartigen ZusammensetzungInfo
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Abstract
Eine spritzgießfähige Metallpulverzusammensetzung, welche keine Entbindeverformung bewirkt, wird erhalten. Diese Zusammensetzung besteht aus einem Metallpulver und einem organischen Bindemittel. Die Komponenten, welche das organische Bindemittel bilden, sind: DOLLAR A a. Polyoxymethylen mit einer Vikat-Erweichungstemperatur A >= 150 DEG C, DOLLAR A b. Polypropylen mit einer Vikat-Erweichungstemperatur B >= 130 DEG C, DOLLAR A c. eine organische Verbindung, deren Viskosität bei der Vikat-Erweichungstemperatur A nicht mehr als 200 mPaÈs beträgt, und DOLLAR A d. ein thermoplastisches Harz, dessen Vikat-Erweichungstemperatur nicht höher als B ist.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Tech
nik zum Herstellen eines nach einem Spritzgußverfah
ren geformten Körpers aus Metallpulver und kann zum
Herstellen eines gesinterten Produkts aus dem geform
ten Körper, und insbesondere bezieht sie sich auf die
chemische Aufbereitung eines organischen Bindemit
tels, das bei einem derartigen Spritzgußverfahren
verwendet wird.
In den letzten Jahren wurde zur Formung von Metall
produkten mit komplizierter Gestalt ein Spritzgußver
fahren verwendet. Dieses Spritzgußverfahren umfaßt
die Schritte des Hinzufügens verschiedener organi
scher Verbindungen und thermoplastischer Harze zu ei
nem Metallpulver, um diesem eine Fließfähigkeit zu
verleihen, des Erwärmens und Kneten der Mischung, des
Spritzgießens von dieser als einem Rohmaterial für
die Formung, und des Entbindens und Sinterns des ge
formten Körpers, wodurch ein gesintertes Produkt er
halten wird. Für spritzgußfähige Zusammensetzungen,
welche bisher verwendet wurden, insbesondere spritz
gußfähige Zusammensetzungen, die Metallpulver verwen
den, wurden in den meisten Fällen von Polyäthylen,
Polypropylen, Metacrylsäureester-Copolymeren und
Äthylenvinylacetat-Copolymer als Verbindungen mit ho
hem Molekulargewicht und Paraffin, Karnaubawachs usw.
als Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht Ge
brauch gemacht, um Bindemittel zu erhalten.
Wenn diese verwendet werden, ist jedoch, da der Pro
zentsatz des Entbindens niedrig ist, wenn nicht die
thermische Entbindungstemperatur hoch ist, der Nach
teil gegeben, daß der restliche Kohlenstoffgehalt des
gesinterten Körpers hoch ist. Da weiterhin die ther
mische Verformungstemperatur eines als Bindemittel
verwendeten Harzes niedrig ist, besteht der andere
Nachteil, daß die Verformung, welche während des
thermischen Entbindens auftritt, groß ist. Weiterhin
ist der Wirkungsgrad gering, da das Entbinden und das
Sintern in verschiedenen Öfen durchgeführt werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
gesinterten Körper zu schaffen, welcher keine Defekte
aufweist, durch Verwenden einer spritzgußfähigen Zu
sammensetzung, welche ein hohes thermisches Zerset
zungsvermögen aufweist und welche kaum eine thermi
sche Entbindungsverformung bewirkt während des Erwär
mens in einem Metallpulver-Spritzgußverfahren, wo
durch in großem Maße die für das herkömmliche thermi
sche Entbinden und Sintern benötigte Zeit reduziert
wird.
Gemäß der Erfindung wird die obige Aufgabe dadurch
gelöst, daß bei einem Verfahren, bei welchem eine Mi
schung eines Metallpulvers und eines organischen Bin
demittels als ein Ausgangsmaterial verwendet und dann
einem Spritzgußvorgang unterzogen wird, und der ge
formte Körper dann entbunden und gesintert wird, um
ein beabsichtigtes Produkt zu ergeben, die Komponen
ten des organischen Bindemittels für das Metallpulver
sind: (a) Polyoxymethylen, (b) Polypropylen, (c) eine
organische Verbindung, dessen Viskosität bei der Vi
kat-Erweichungstemperatur des Polyoxymethylens gleich
200 mPa.s oder weniger ist, und (d) ein thermoplasti
sches Harz, dessen Vikat-Erweichungstemperatur nicht
höher ist als die Vikat-Erweichungstemperatur des Po
lyoxymethylens, wodurch das Problem gelöst wird.
D.h., gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Sub
stanz, die zusammengesetzt ist aus einem Polypropy
len, dessen Vikat-Erweichungstemperatur nicht gerin
ger als 150°C ist, einem Polypropylen, dessen Vikat-
Erweichungstemperatur nicht geringer als 130°C ist,
einem organischen Bindemittel, dessen Viskosität bei
der Vikat-Erweichungstemperatur des Polyoxymethylens
nicht größer als 200 mPa.s ist, und einem thermopla
stischen Harz, dessen Vikat-Erweichungstemperatur
nicht höher als die des Polypropylens, als ein Binde
mittel zu einem Metallpulver hinzugefügt, die Mi
schung dann dem Spritzgußverfahren unterzogen, der
hierdurch erhaltene geformte Körper direkt in einen
Sinterofen eingebracht, in welchem er auf eine Tempe
raturanstiegsgeschwindigkeit von 5 bis 150°C/h zwi
schen Behandlungstemperaturen von 50 und 600°C und
bei Drücken von 0,1 bis 500 Torr erwärmt wird, die
Temperatur dann für eine weitere Erwärmung mit einer
Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 50 bis 400°C/h
bis zu einer maximalen Temperatur von etwa 1500°C er
höht, wodurch ein gesinterter Metallkörper in kurzer
Zeit erhalten wird, welcher keine Defekte wie eine
Verformung, Blasen und Risse aufweist und dessen
restlicher Kohlenstoffgehalt des Bindemittels sehr
gering ist.
Bei der vorliegenden Erfindung ist das als die orga
nische Bindemittelkomponente (a) verwendete Polyoxy
methylen eine unerläßliche Substanz dahingehend, daß
es die Festigkeit des geformten Körpers erhöht, eine
Verformung des geformten Körpers verhindert, welche
beim Sintern bei Temperaturen von nicht mehr als
600°C auftritt, und nach dem Sintern nicht übrig
bleibt. Mit anderen Worten, die charakteristische Ei
genschaft dieser Komponente, deren Vikat-Erweichungs
temperatur nicht niedriger als 150°C ist und welche
nicht während des thermischen Spaltens übrig bleibt,
kann kaum in irgendeiner Substanz mit Ausnahme von
Polyoxymethyl gefunden werden. Wenn die Menge von
hinzugefügtem Polyoxymethylen weniger als 5 vol% ist,
ist die Festigkeit des geformten Körpers niedrig, und
die Verformung bei Temperaturen von nicht mehr als
600°C beim Sintern nimmt zu. Wenn die Menge von hin
zugefügtem Polyoxymethylen 20 vol% übersteigt, muß
die Spritzguß-Temperatur erhöht werden, wobei die
Neigung auftritt, Defekte in dem geformten Körper zu
erzeugen. Weiterhin führt ein kräftiges thermisches
Spalten bei Temperaturen von nicht mehr als 600°C
beim Sintern zu Rissen und Blasen. Wenn die Vikat-
Erweichungstemperatur des verwendeten Polyoxymethy
lens niedriger als 150°C ist, verformt sich der ge
formte Körper in einem Temperaturbereich von nicht
mehr als 600°C beim Sintern.
Das als die Komponente (b) des organischen Binders
nach der Erfindung verwendete Polypropylen verleiht
dem geformten Körper Zähigkeit und verhindert ein
Spalten während des Sinterns und eine Trennung von
hinzugefügten Verbindungen mit niedrigem Schmelz
punkt. Dieses Harz hat auch ein charakteristisches
Merkmal derart, daß es nach dem Sintern nicht übrig
bleibt. Eine ähnliche Eigenschaft wird bei Polyäthy
len und Äthylenvinylacetat-Copolymer gefunden, aber
ihre Vikat-Erweichungstemperaturen sind nicht höher
als 130°C, so daß sie nicht verwendet werden können.
Wenn die Menge von hinzuzufügendem Polypropylen weni
ger als 10 vol% ist, findet ein Ausschwitzen von
Wachs in einem großen Ausmaß während des Formens
statt, was zu Defekten in dem gesinterten Körper
führt. Wenn weiterhin die Menge von hinzuzufügendem
Polypropylen 40 vol% überschreitet, wird die Verfor
mung des geformten Körpers bei nicht mehr als 600°C
während des Sinterns größer. Wenn die Vikat-
Erweichungstemperatur des verwendeten Polypropylens
geringer als 130°C ist, verformt sich der geformte
Körper in einem Temperaturbereich von nicht mehr als
600°C beim Sintern.
Wenn weiterhin eine organische Verbindung, welche die
Komponente (c) ist, deren Viskosität bei der Vikat-
Erweichungstemperatur des Polyoxymethylens nicht mehr
als 200 mPa.s ist, verwendet wird, tritt sie zu der
Oberfläche des geformten Körpers aus und verhindert,
daß der geformte Körper sich bei Temperaturen von
nicht mehr als 600°C beim Sintern verformt, reißt und
Blasen bildet. Wenn eine organische Verbindung ver
wendet wird, deren Viskosität in den Temperaturbe
reich der Vikat-Erweichungstemperatur des Polyoxyme
thylens mehr als 200 mPa.s ist, wird das Ausschwitzen
von Wachs aus dem geformten Körper in einem Tempera
turbereich von nicht mehr als 600°C beim Sintern sel
ten gefunden, so daß Mängel wie Risse und Blasen in
dem gesinterten Körper auftreten.
Hinsichtlich einer organischen Verbindung (Komponente
c) bei der vorliegenden Erfindung wird Gebrauch ge
macht von einer oder mehreren Substanzen, die ausge
wählt sind aus der Gruppe bestehend aus Fettsäuree
stern, Fettsäureamiden, Phthalsäureestern, Paraffin,
Mikrokristallinwachs, Polyäthylenwachs, Prolypropy
lenwachs, Karnaubawachs, Montanwachs, Urethanwachs,
Maleinsäureanhydrid-Denaturierungswachs und Polygly
kolverbindungen. Wenn die Menge der hinzugefügten or
ganischen Verbindung geringer als 40 vol%, nimmt die
Fließfähigkeit während des Formens ab, wodurch Brüche
oder Risse in dem geformten Körper bewirkt werden.
Wenn weiterhin die hinzuzufügende Menge 89 vol% über
schreitet, besteht die Neigung, daß sich Grate auf
einem geformten Körper bilden, wodurch dessen Festig
keit abnimmt.
Schließlich verleiht das Hinzufügen eines thermopla
stischen Harzes wie der Komponente (d), deren Vikat-
Erweichungstemperatur nicht höher als die des Poly
propylens (b) ist, dem geformten Körper eine Ge
schmeidigkeit, wodurch verhindert wird, daß Defekte
wie Schweißstellen und Luftblasen während des Formens
auftreten. Wenn die Menge des hinzugefügten ther
moplastischen Harzes (d) geringer ist als 5 vol%,
führt dies zu einer Erhöhung der Viskosität des ge
formten Körpers und zur Erzeugung von Defekten wie
Schweißstellen und Luftblasen während des Formens.
Wenn weiterhin die Menge des hinzugefügten thermopla
stischen Harzes (b) 30 vol% überschreitet, ist der
geformte Körper geschmeidig und seine Verformung bei
einer Temperatur, die nicht höher als 600°C während
des Sinterns ist, wird verstärkt. Hinsichtlich dieses
thermoplastischen Harzes (d) kann Gebrauch gemacht
werden von einer oder mehreren Substanzen, die ausge
wählt sind aus der Gruppe bestehend aus Polyäthylen,
einem amorphen Polyolefin, Äthylenvinylacetat-
Copolymer, Acrylharz, Polyvinyl-Butyralharz und Gly
cidyl-Metacrylatharz.
Wenn die Summe der Komponenten (a), (b), (c) und (d)
des organischen Bindemittels nach der vorliegenden
Erfindung weniger als 30 vol% relativ zu dem Metall
pulver beträgt, hat der geformte Körper die Neigung,
spröde zu sein. Wenn weiterhin die Summe der Kompo
nenten (a), (b), (c) und (d) des organischen Binde
mittels nach der vorliegenden Erfindung 60 vol% über
schreitet, hat der geformte Körper die Neigung, sich
in einem Temperaturbereich von nicht mehr als 600°C
beim Sintern zu verformen.
Um eine spritzgußfähige Zusammensetzung vorzuberei
ten, wird ein organisches Bindemittel bestehend aus
den Komponenten (a), (b), (c) und (d) zusammen mit
einem Metallpulver geknetet unter Verwendung einer
schubweise oder kontinuierlich arbeitenden Knetma
schine, und die Mischung wird in wenige Millimeter
pulverisiert, einem Spritzgußvorgang unterzogen,
gesintert unter Verwendung eines Sinterofens allein
ohne einen Entbindungsofen, nachbehandelt, falls er
forderlich, wodurch ein Produkt erhalten wird. Beim
Sintern des geformten Körpers wird der Druck bei ei
ner Temperatur zwischen 50°C und 600°C auf 0,1 bis
500 Torr eingestellt, wodurch die hinzugefügte orga
nische Verbindung (c) zu der Oberfläche des geformten
Körpers entweicht und verdampft. Wenn der Druck ge
ringer als 0,1 Torr ist, verdampft die organische
Verbindung (c), bevor sie zu der Oberfläche des ge
formten Körpers entweicht, so daß sie Risse oder Bla
sen in dem geformten Körper bewirkt. Wenn der Druck
500 Torr überschreitet, entweicht die organische Ver
bindung (c) kaum und die ungenügende Entfernung der
organischen Verbindung (c) aus dem geformten Körper
bewirkt Brüche oder Blasen in dem geformten Körper
während des thermischen Spaltens des Polyoxymethylens
(a), Polypropylens (b) und des thermoplastischen Har
zes (d).
Bezüglich der Metallpulver, die für die vorliegende
Erfindung verwendet werden, können Pulver aus rost
freiem Stahl, Eisenmaterial, Titan, Kupfer, Nickel
usw. genannt werden. Die durchschnittliche Teilchen
größe von zu verwendenden Metallpulvern beträgt vor
zugsweise 1 bis 30 µm. Wenn die Teilchengröße des Me
tallpulvers nicht größer als 1 µm ist, muß eine grö
ßere Menge des für die Formung erforderlichen Binde
mittels verwendet werden, wodurch die Tendenz be
steht, daß Defekte wie Verformung, Risse und Blasen
während des Entbindens erzeugt werden. Wenn weiterhin
die durchschnittliche Teilchengröße nicht kleiner als
30 µm ist, besteht die Neigung, daß das Pulver und
das Bindemittel sich während des Formens trennen und
die Dichte ist nach dem Sintern geringer, so daß die
Festigkeit des erhaltenen gesinterten Körpers eben
falls geringer ist.
Die obige Zusammensetzung nach der Erfindung wird ei
nem Spritzgußvorgang unterzogen, der erhärtete ge
formte Körper wird direkt in einen Sinterofen einge
bracht, in welchem er bei einer Temperaturanstiegsge
schwindigkeit von 5 bis 150°C/h zwischen Verarbei
tungstemperaturen von 50 bis 600°C bei einem Druck
von 0,1 bis 500 Torr erwärmt wird, die Temperatur
dann mit einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von
50 bis 400°C/h angehoben, so daß er bei 900 bis
1500°C gesintert wird, wodurch ein gesinterter Körper
ohne Defekte wie Verformung, Blasen und Rissen und
sehr wenig restlichem Kohlenstoff von dem Bindemittel
in kurzer Zeit erhalten werden kann. In diesem Fall
wird, wenn die Sintertemperatur nicht höher als 900°C
ist, der gesinterte Körper nicht ausreichend dicht.
Wenn die maximale Temperatur 1500°C überschreitet,
besteht die Gefahr, daß der geformte Körper geschmol
zen wird; Sorgfalt sollte angewendet werden.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, welche zeigt,
wie ein geformter Körper in einen Ofen ein
gebracht wird.
Die Erfindung wird nun genauer beschrieben mit Bezug
auf Ausführungsbeispiele von dieser und vergleichende
Beispiele, aber die Erfindung ist hierauf nicht be
schränkt.
Zuerst wurden Polyoxymethylen und Polypropylen in ei
nen Druckkneter getan und bei 160°C geschmolzen. Da
nach wurden SUS316L-Pulver (durchschnittliche Teil
chengröße: 10 µm), Paraffin (Schmelzpunkt 63°C), Po
lypropylen und Polyvinylbutyral in den Kneter einge
bracht und während 40 Minuten geknetet. Der geknetete
Körper wurde herausgenommen und pulverisiert, um eine
formbare Zusammensetzung zu erhalten. Dann wurde die
se bei einer Formungstemperatur von 150°C einem
Spritzgießvorgang unterzogen, um einen geformten Kör
per zu erhalten, welcher 4 mm dick, 10 mm breit und
60 mm lang war.
Formbare Zusammensetzung | |
SUS316L-Pulver | 100 Gewichtsteile |
Gesamte Menge an Bindemittel | 7,8 Gewichtsteile |
Bindemittelaufbereitung | |
Polyoxymethylen (Vikat-Erweichungstemperatur 157°C) | 10,0 vol% |
Polypropylen (Vikat-Erweichungstemperatur 150°C) | 20,0 vol% |
Paraffinwachs (Viskosität beträgt nicht mehr als 100 mPa.s bei einer Vikat-Erweichungstemperatur von 157°C) | 40,0 vol% |
Polypropylenwachs (Viskosität beträgt nicht mehr als 100 mPa.s bei einer Vikat-Erweichungstemperatur von 157°C) | 10,0 vol% |
Polyvinylbutyral (Vikat-Erweichungstemperatur: nicht höher als 80°C) | 20,0 vol% |
Zuerst wurden Polyoxymethylen und Polypropylen in ei
nen Druckkneter getan und bei 160°C geschmolzen. Da
nach wurden SUS316L-Pulver (durchschnittliche Teil
chengröße: 12 µm), Paraffinwachs (Schmelzpunkt 46°C),
Karnaubawachs und Polybuthyl-Metacrylat in den Kneter
getan und während 40 Minuten geknetet. Der geknetete
Körper wurde herausgenommen und pulverisiert, um eine
formbare Zusammensetzung zu erhalten. Dann wurde die
se bei einer Formungstemperatur von 170°C einem
Spritzgießvorgang unterzogen, um einen geformten Kör
per zu erhalten, welcher 4 mm dick, 10 mm breit und
60 mm lang war.
Formbare Zusammensetzung | |
SUS304-Pulver | 100 Gewichtsteile |
Gesamtmenge an Bindemittel | 7,8 Gewichtsteile |
Bindemittelaufbereitung | |
Polyoxymethylen (Vikat-Erweichungstemperatur 157°C) | 20,0 vol% |
Polypropylen (Vikat-Erweichungstemperatur 150°C) | 20,0 vol% |
Paraffinwachs (Viskosität beträgt nicht mehr als 100 mPa.s bei einer Vikat-Erweichungstemperatur von 157°C) | 40,0 vol% |
Karnaubawachs (Viskosität beträgt nicht mehr als 100 mPa.s bei einer Vikat-Erweichungstemperatur von 157°C) | 10,0 vol% |
Polybutyl-Methacrylat (Vikat-Erweichungstemperatur: nicht höher als 80°C) | 10,0 vol% |
Zuerst wurden Polyoxymethylen und Polypropylen in ei
nen Druckkneter getan und bei 160°C geschmolzen. Da
nach wurden 8% Eisen-Nickel-Pulver (durchschnittliche
Teilchengröße: 8 µm), Glycidyl-Methacrylat, Paraffin
wachs (Schmelzpunkt 63°C) und Urethanwachs in den
Kneter eingebracht und während 40 Minuten geknetet.
Der geknetete Körper wurde herausgenommen und pulve
risiert, um eine formbare Zusammensetzung zu erhal
ten. Dann wurde diese bei einer Formungstemperatur
von 160°C einem Spritzgießvorgang unterzogen, um ei
nen geformten Körper zu erhalten, welcher 4 mm dick,
10 mm breit und 60 mm lang war.
Formbare Zusammensetzung | |
2% Eisen-Nickel-Pulver | 100 Gewichtsteile |
Gesamtmenge an Bindemitteln | 7,0 Gewichtsteile |
Bindemittelaufbereitung | |
Polyoxymethylen (Vikat-Erweichungstemperatur 157°C) | 10,0 vol% |
Polypropylen (Vikat-Erweichungstemperatur 150°C) | 20,0 vol% |
Paraffinwachs (Viskosität beträgt nicht mehr als 100 mPa.s bei einer Vikat-Erweichungstemperatur von 157°C) | 45,0 vol% |
Karnaubawachs (Viskosität beträgt nicht mehr als 100 mPa.s bei einer Vikat-Erweichungstemperatur von 157°C) | 15,0 vol% |
Glycidyl-Methacrylat (Vikat-Erweichungstemperatur: nicht höher als 100°C) | 10,0 vol% |
Wie bei den Beispielen 1 bis 3 wurden zuerst Äthylen
vinylacetat-Copolymer, welches ein thermoplastisches
Harz ist, Polystryrol und Polybuthyl-Methacrylat in
einen Druckkneter getan, in welchem sie bei 160°C ge
schmolzen wurden. Danach wurde SUS316L-Pulver (durch
schnittliche Teilchengröße: 10 µm) und Paraffinwachs
(Schmelzpunkt 46°C) in den Kneter eingebracht und
während 40 Minuten geknetet. Der geknetete Körper
wurde herausgenommen und pulverisiert, um eine form
bare Zusammensetzung zu erhalten. Dann wurde diese
bei einer Formungstemperatur von 140°C einem Spritz
gießvorgang unterzogen, um einen geformten Körper zu
erhalten, welcher 4 mm dick, 10 mm breit und 60 mm
lang war.
Formbare Zusammensetzung | |
SUS316L-Pulver | 100 Gewichtsteile |
Gesamte Menge an Bindemittel | 7,8 Gewichtsteile |
Bindemittelaufbereitung | |
Äthylenvinylacetat-Copolymer (Vikat-Erweichungstemperatur 157°C) | 20,0 vol% |
Polystyrol (Vikat-Erweichungstemperatur 120°C) | 15,0 vol% |
Polybutyl-Methacrylat (Vikat-Erweichungstemperatur nicht höher als 80°C) | 15 vol% |
Paraffinwachs (Viskosität beträgt nicht mehr als 100 mPa.s bei einer Vikat-Erweichungstemperatur von 157°C) | 50,0 vol% |
Zuerst wurden Äthylenvinylacetat-Copolymer, welches
ein thermoplastisches Harz ist, und ein Polyäthylen
hoher Dichte in einen Druckkneter getan, in welchem
sie bei 160°C geschmolzen wurden. Danach wurden
SUS316L-Pulver (durchschnittliche Teilchengröße: 10
µm) und Paraffinwachs (Schmelzpunkt 46°C) in den Kne
ter eingebracht und während 40 Minuten geknetet. Der
geknetete Körper wurde herausgenommen und pulveri
siert, um eine formbare Zusammensetzung zu erhalten.
Dann wurde diese bei einer Formungstemperatur von
140°C einem Spritzgießvorgang unterzogen, um einen
geformten Körper zu erhalten, der 4 mm dick, 10 mm
breit und 60 mm lang war.
Formbare Zusammensetzung | |
SUS316L-Pulver | 100 Gewichtsteile |
Gesamtmenge an Bindemittel | 7,8 Gewichtsteile |
Bindemittelaufbereitung | |
Äthylenvinylacetat-Copolymer (Vikat-Erweichungstemperatur 57°C) | 25,0 vol% |
Hochdichtes Polyäthylen | 25,0 vol% |
Paraffinwachs (Viskosität beträgt nicht mehr als 100 mPa.s bei einer Vikat-Erweichungstemperatur von 157°C) | 50,0 vol% |
Zuerst wurden Polyoxymethylen und Polypropylen in ei
nen Druckkneter getan und bei 160°C geschmolzen. Da
nach wurden SUS316L-Pulver (durchschnittliche Teil
chengröße: 10 µm), Paraffinwachs (Schmelzpunkt 46°C)
und Polyvinylbutyral in den Kneter eingebracht und
während 40 Minuten geknetet. Der geknetete Körper
wurde herausgenommen und pulverisiert, um eine form
bare Zusammensetzung zu erhalten. Dann wurde diese
bei einer Formungstemperatur von 150°C einem Spritz
gießvorgang unterzogen, um einen geformten Körper mit
4 mm Dicke, 10 mm Breite und 60 mm Länge zu erhalten.
Formbare Zusammensetzung | |
SUS316L-Pulver | 100 Gewichtsteile |
Gesamtmenge an Bindemitteln | 7,8 Gewichtsteile |
Bindemittelaufbereitung | |
Polyoxymethylen (Vikat-Erweichungstemperatur 157°C) | 10,0 vol% |
Polypropylen (Vikat-Erweichungstemperatur 150°C) | 20,0 vol% |
Polypropylenwachs (Viskosität beträgt nicht mehr als 100 mPa.s bei einer Vikat-Erweichungstemperatur von 157°C) | 50,0 vol% |
Polyvinyl-Butyral (Vikat-Erweichungstemperatur nicht höher als 80°C)) | 20,0 vol% |
Die spritzgußgeformten Körper, die in den Beispielen
1 bis 3 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 erhalten
wurden, wurden jeweils in einem Ofen gesetzt, wie in
Fig. 1 gezeigt ist, erwärmt, wobei die Temperatur in
dem Ofen bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit
von 30°C/h von 50°C auf 260°C an einer Stickstoffat
mosphäre von 5 Torr angehoben wurde, dann wurde die
Temperatur mit einer Anstiegsgeschwindigkeit von
50°C/h von 260° auf 400°C angehoben und danach all
mählich um 50 bis 400°C/h angehoben, und eine Sinte
rung wurde bewirkt bei den jeweils erreichten maxima
len Temperaturen. In dem Ofen wurde der geformte Kör
per an seinen gesamten überliegenden Längsendberei
chen auf einem Paar von Stützen 2, 3 wie Brückenträ
gern gestützt, und die Anwesenheit oder Abwesenheit
von Defekten und die Größe der Verformung (Abweichung
usw.) des geformten Körpers nach dem Sintern wurde
beobachtet. Ergebnisse waren wie in Tabelle 1 ge
zeigt.
Zufriedenstellende geformte Körper wurden in den obi
gen Vergleichsbeispielen 1 bis 3 nicht erhalten, wäh
rend solche in den Beispielen 1 bis 3 keine Abnormi
täten hatten und daher wurden sie sorgfältig gesin
tert bei einer maximalen Temperatur von nicht mehr
als 1500°C. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Anhand der Ergebnisse der Beispiele und Vergleichs
beispiele ist ersichtlich, daß in dem Fall der Ver
gleichsbeispiele 1 und 2, da davon ausgegangen wird,
daß Formungsdefekte aus der Abwesenheit von Polyoxy
methylen und Polypropylen resultieren, festzustellen
ist, daß die erste Komponente (a) des organischen
Bindemittels ein Polyoxymethylen sein sollte, dessen
Vikat-Erweichungstemperatur nicht niedriger als 150°C
ist, und die zweite Komponente (b) ein Polypropy
len sein sollte, dessen Vikat-Erweichungstemperatur
nicht niedriger als 130°C ist, und in dem Fall des
Vergleichsbeispiels 3, da angenommen wird, daß Defek
te aus der übermäßig hohen Viskosität des Polypropy
len-Wachses resultieren, welches die Komponente (c)
ist, ist festzustellen, daß die Viskosität der or
ganischen Verbindung, welche die dritte Komponente
(c) ist, nicht mehr als 200 mPa.s bei der Vikat-
Erweichungstemperatur der ersten Komponente (a) be
tragen sollte. Weiterhin ist es als ein bekanntes Er
fordernis betreffend diesen Typ von Zusammensetzung
leicht verständlich, daß es erforderlich ist, daß
die Vikat-Erweichungstemperatur des thermoplastischen
Harzes, welches die vierte Komponente (d) ist, nicht
höher ist als die der zweiten Komponente (b).
Betreffend die Komponenten des organischen Bindemit
tels ist in Tabelle 3 ein Beispiel gezeigt, bei wel
chem die organische Verbindung (c) in der Zusammen
setzung des Beispiels 1, bei dem SUS316L als ein Me
tallpulver verwendet wird, allein aus Paraffinwachs
besteht, wobei die Verhältnisse der Komponenten ver
ändert werden.
Bei den obigen Verhältnissen wurden für die Beispiele
4 bis 6 keine Defekte wie Risse und Blasen in dem ge
formten Körper, dem entbundenen Körper und dem gesin
terten Körper beobachtet.
Beim Vergleichsbeispiel 4 traten eine Verformung und
Blasenbildung während des Entbindevorgangs auf. Dies
bedeutet, daß, da die prozentuale Zugabe des Binde
mittels mit 72 vol% übermäßig hoch ist, die gesamte
Komposition ihre Eigenschaften als eine wesentliche
organische Bindemittelphase zeigt, wobei die plasti
sche Verformung überall erscheint.
Beim Vergleichsbeispiel 5 trat die Verformung während
des Entbindevorgangs auf. In diesem Fall wird ange
nommen, daß die Ursache darin besteht, daß, während
die prozentuale Zugabe des Bindemittels so relativ
hoch wie 60 vol% ist, das Polyoxymethylen, welches
zur Erhöhung der Festigkeit des geformten Körpers
mehr als die gesamte Menge der Bindemittel beiträgt,
in einer abnorm geringen Menge von 3 vol% vorliegt.
Beim Vergleichsbeispiel 6 wurden Luftblasen und Risse
während des Spritzgießvorgangs erzeugt. Es wird ange
nommen, daß der Grund hierfür sich aus dem Umstand
ergibt, daß, da das Polypropylen, welches dem geform
ten Körper Zähigkeit verleiht, in einer geringen Men
ge von nur 5 vol% vorliegt, das Wachs während des
Formens ausschwitzt.
Beim Vergleichsbeispiel 7 konnte das Metallpulver
nicht in der diesem hinzugefügten organischen Verbin
dung dispergieren. Dies ergibt sich daraus, daß die
prozentuale Zugabe von organischen Bindemitteln mit
25 vol% extrem klein ist.
Nach allem zeigen diese Ergebnisse, daß der Prozent
satz des dem Metallpulver zugegebenen organischen
Bindemittels und die Verhältnisse der Komponenten des
organischen Bindemittels, innerhalb der geeigneten
Bereiche sind.
Wie insoweit beschrieben wurde, ermöglicht es die
spritzgußfähige Metallpulverzusammensetzung nach der
Erfindung, anders als die herkömmliche, einen entbun
denen Körper in gutem Zustand in kurzer Zeit zu er
halten, welcher keine Verformung sowie keine Risse,
Blasen usw. nach dem Entbindevorgang aufweist. Als
eine Folge kann ein gesinterter Körper, welcher in
seiner dimensionalen Genauigkeit überlegen ist, in
einer kurzen Zeit erhalten werden.
Claims (5)
1. Spritzgießfähige Metallpulverzusammensetzung,
welche ein Metallpulver und ein organisches Bin
demittel aufweist, worin die Komponenten, welche
das organische Bindemittel bilden, sind:
- a. Polyoxymethylen mit einer Vikat- Erweichungstemperatur A ≧ 150°C,
- b. Polypropylen mit einer Vikat- Erweichungstemperatur B ≧ 130°C,
- c. eine organische Verbindung, deren Viskosität bei der Vikat-Erweichungstemperatur A nicht mehr als 200 mPa.s beträgt, und
- d. ein thermoplastisches Harz, dessen Vikat- Erweichungstemperatur nicht höher als B ist.
2. Spritzgießfähige Metallpulverzusammensetzung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein
organisches Bindemittel mit den Komponenten (a),
(b), (c) und (d) in einer Menge von 30 bis 60
vol% zu einem Metallpulver hinzugefügt wird, wo
bei die Verhältnisse der Komponenten des organi
schen Bindemittels a: 5 bis 20 vol%, b: 10 bis
40 vol%, c: 40 bis 80 vol%, d: 5 bis 30 vol%
sind.
3. Spritzgießfähige Metallpulverzusammensetzung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
organische Verbindung, welche die Komponente (c)
ist, eine oder mehrere Substanzen sind, die aus
der Gruppe bestehend aus Fettsäureestern, Fett
säureamiden, Phthalsäureestern, Paraffinwachs,
Polyäthylenwachs, Polypropylenwachs, Karnauba
wachs, Montanwachs, Urethanwachs, Maleinsäurean
hydrid-Denaturierungswachs und Polyglykol-
Verbindungen ausgewählt sind.
4. Spritzgießfähige Metallpulverzusammensetzung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
thermoplastische Harz, welches die Komponente
(d) ist, aus einer oder mehreren Substanzen be
steht, die aus der Gruppe bestehend aus Poly
äthylen, amorphen Polyolefinen, Äthylenvinylace
tat-Copolymer, Acrylharz, Polyvinyl-Butyralharz
und Glycidyl-Methacrylatharz ausgewählt ist.
5. Verfahren zum Spritzgießen und Sintern von Me
tallpulver, welches die Schritte des Spritzgie
ßens einer spritzgießfähigen Zusammensetzung,
welche aus einem Metallpulver und einem organi
schen Bindemittel, bestehend aus
- a. Polyoxymethylen mit einer Vikat- Erweichungstemperatur ≧ 150°C,
- b. Polypropylen mit einer Vikat- Erweichungstemperatur B ≧ 130°C,
- c. einer organischen Verbindung, deren Viskosi tät bei der Vikat-Erweichungstemperatur A nicht mehr als 200 mPa.s beträgt, und
- d. ein thermoplastisches Harz, dessen Vikat- Erweichungstemperatur nicht höher als B ist,
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