DE2158166A1

DE2158166A1 - Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen von Gegenständen

Info

Publication number: DE2158166A1
Application number: DE19712158166
Authority: DE
Inventors: J Butcher; T Thexton
Original assignee: Inco Ltd
Current assignee: Inco Ltd
Priority date: 1970-11-26
Filing date: 1971-11-24
Publication date: 1972-07-06
Also published as: AT314947B; FR2116054A5; NL7116021A; CH540080A; AU3616671A; IT945122B; BE775915A; ES397356A1; US3807966A; CA964451A

Description

Dipl.-lng. H. Sauerland ■ Dn.-Ing. R. König Patentanwälte · 4ood Düsselaarf · Ce%ilienallee V^- Telefon 43273s

Unsere Akte: 27 060 23. November 1971

International Nickel Limited, Thames House, Millbank, London, S₀W. 1/ England

"Verfahren zum pulvermetallurgischen Herstellen von Gegenständen» *

Die pulvermetallurgische Herstellung kleiner Gegenstände und Teile bürgert sich in zunehmendem Maße ein. Dabei wird aus einem Pulver unter Anwendung eines hohen Drucks zunächst ein Pulverpressling hergestellt, der nachfolgend gesintert wird.

Häufig werden Sinterteile aus zwei verschiedenen Pulvern hergestellt, um die technologischen Eigenschaften beider Pulver auszunutzen. Bekannt ist es in diesem Zusammenhang, in einer Form eine Pulverschicht auf eine dicKere Schicht eines anderen Pulvers zu bringen und beide Schichten bzw. Pulver zu sintern. Dieses Verfahren läßt sich jedoch nicht in allen Fällen anwenden. Beispiele hierfür sind Lagerbüchsen, die aus zwei Schichten aufgebaut sind und Kolbenringe, die aus einem Grundkörper und einer Oberflächenschicht aus einem anderen Pulver bestehen. Schwierigkeiten ergeben sich zunächst einmal, weil es sich bei den vorerwähnten Sinterteilen um zylindrische bzw. ringförmige Teile handelt, so daß das die Deckschicht bildende Pulver nicht einfach auf eine Schicht des den Grundkörper bildenden Pulvers gebracht wercfen. kann. Hinzu kommt, daß aus Gründen der Schmierung aufgebrachte Schichten im allgemeinen sehr dünn sein sollen.

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So vermischt sich bei der Erzeugung selbstschmierender Lagerschalen und -büchsen das Graphitpulver häufig mit dem Metallpulver des Grundkörpers, so daß das Lager insgesamt geschwächt wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile zu beheben. Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren, bei dem eine Schicht Deckschichtpulver zur Haftung an der Kern- und/oder Formwandung gebracht, ein weiteres Pulver in die Form eingefüllt und beide Pulver in der Form unter Druck verdichtet werden. Auf diese Weise entsteht ein Pressling aus einem Grundkörper des einen Pulvers mit einer Deckschicht aus dem anderen Pulver. Das die Deckschicht bildende Pulver kann aus einer einzigen Komponente, einem Pulvergemisch oder auch aus Verbindungen mehrerer Stoffe, beispielsweise aus Metall und einem Schmiermittel wie Graphit bestehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich selbstverständlich nur auf solche Pulver anwenden, die sich überhaupt verdichten lassen_e Um eine Handhabung der Presslinge zu ermöglichen, sollte die Teilchengröße unter 200 /^m liegen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich beispielsweise in der Weise durchführen, daß das eine Pulver mindestens teilweise aus einem magnetischen Werkstoff besteht oder mit einem magnetischen Werkstoff überzogen ist, um ein magnetisches Haften dieses Pulvers an dem Kern und/oder der Formwandung zu ermöglichen. Dieser Weg eignet sich insbesondere beim Herstellen kleiner Isgerschalen oder -büchsen und anderer ringförmiger Teile mit einer Innenschicht, da in diesem Falle ein zylindrischer Permanentmagnet koaxial in eine zylindrische Form eingesetzt werden kann und als Haftgrund

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für eine dünne Schicht des Deckschichtpulvers dient, während das andere Pulver in die Form eingefüllt wird. Nach dem Pressen des Pulvers kann der magnetische Kern aus dem Pressling gezogen werden, wobei dann das Deckschichtpulver auf dem anderen Pulver haften bleibt. Bei Verwendung eines einfachen permanentmagnetischen Kerns besteht die Gefahr, daß an dessen Enden mehr Pulver haftet als am mittleren Teil des Kerns, wenn das Deckschichtpulver beispielsweise eingeschüttet wird. Obgleich eine derartige Konzentration des einen Pulvers im Bereich der Pole des Permanentmagneten insofern vorteilhaft ist, als sich dann auch die Deckschicht etwas in die Stirn- | Seiten des Lagers hineinerstreckt, macht sich dies jedoch dann unangenehm bemerkbar, wenn die Länge des Presslings in axialer Richtung 12 mm übersteigt. Der vorerwähnte Nachteil tritt auch dann auf, wenn der Magnet durch Rollen in einem ebenen Pulverbett mit Pulverteibhen überzogen und dann in die Form eingesetzt wird. Die Presslinge größerer axialer Länge können jedoch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, wenn zwei oder mehrere Permanentmagnete unter Anordnung einer Zwischenlage aus einem nichtmagnetischen Werkstoff stirnseitig aneinander liegen, so daß sich ein gleichmäßiges magnetisches Feld über die Gesamtlänge ergibt. Die Permanentmagnete und Abstandhalter bzw_o Zwischenlagen können zylindrisch ausgebildet sein und auf einen Rundstab mit ™

geringem Durchmesser aufgezogen werden.

Anstelle eines üblichen Permanentmagneten kann auch ein glaskeramischer Magnet Verwendung finden, bei dem magnetisierte Teilchen in einer Bettungsmasse aus Glas verteilt sind. Ein solcher Magnet eignet sich insbesondere, wenn eine bestimmte Ausbildung des magnetischen Feldes gewünscht wird, die sich durch eine dementsprechende Verteilung von Eisenteilchen in der Bettungsmasse erreichen läßt. Eine bestimmte Ausbil-

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dung des magnetischen Feldes läßt sich auch durch Verwendung eines polarisierten Zylinders aus einer nichtmagnetischen Bettungsmasse erreichen, die magnetische Teilchen enthält. Schließlich läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch bei Anwendung eines Elektromagneten oder eines induktiven Feldes durchführen„ So kann beim Herstellen einer Deckschicht auf einem Grundkörper, beispielsweise auf einem Kolbenring, die zylindrische Form aus einem ferromagnetisehen Werkstoff bestehen und die Deckschicht induktiv aufgebaut werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Herstellen von Lagerschalen und -büchsen aus Aluminium mit einer Metall-Graphit-Deckschicht. Zwar sind weder Aluminium noch Graphit ferromagnetisch, doch kann das Graphitpulver beispielsweise mii; Nickel überzogen und auf diese Weise zu einem ferromagnetisehen Verbundteilchen gemacht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen des näheren erläutert,

Beispiel 1

Bei einem Versuch bestand die Form aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, beispielsweise einer Nickel-Chrom-Kobalt-Legierung, mit einem Außendurchmesser von 50 mm, einem Innendurchmesser von 17»5 mm und einer Höhe von 50 mm. Ein Magnet mit einem Durchmesser von 6,4 mm beispielsweise aus magnetisiertem Chromstahl wurde als Kern mit seinem unteren Ende in einem den Formenhohlraum unten abschließenden Ring eingesetzt und zentriert«, Danach wurden 0,1 g nickelüberzogene Graphitteilchen mit einer Teilchengröße von etwa 3 /^m auf den ' magnetischen Kern geschüttet, um auf diesem eine magnetisch haftende Schicht zu erzeugen. Anschließend wurden 8 g AIu-

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miniumpulver mit einer Teilchengröße unter 150 /-Mn in den Ringraum der Form geschüttet und die Pulver bei einem Druck von 230 MN/mm verdichtet. Der Pressling wurde alsdann aus der Form genommen und von dem Magneten getrennt, wobei das magnetische Pulver trotz der Magnetkraft fest an dem Aluminium haften blieb. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß das graphithaltige Pulver stets an seinem Platz verbleibt und sich nicht mit dem Aluminium vermischt, so daß die Festigkeit des Presslings nicht verringert wird.

Das Deckschichtpulver kann aus jedem magnetischen Werkstoff beispielsweise aus Eisen, Nickel oder Kobalt, sowie aus "

nichtmagnetischen, jeweils mit einem magnetischen Werkstoff überzogenen Teilchen bestehen. Die Art und Weise, wie das Deckschichtpulver an dem Magneten haftet und eine gleichmäßige Pulverschicht bildet, hängt naturgemäß von dessen Fließvermögen ab, gleichwohl wurden selbst mit Nickelpulver, dessen Fließvermögen nicht besonders gut ist, ausgezeichnete Ergebnisse erzielt. Für den Grundkörper kann jedes den speziellen Anforderungen des betreffenden Verwendungszweckes genügende Pulver verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mittels eines selbsthaftenden Pulvers oder einer Pulversuspension bzw. ^ -aufschlämmung durchgeführt werden. Die Suspension oder Aufschlämmung muß dabei sowohl den Kern und/oder die Form sowie das andere Pulver benetzen. Gleichwohl ist es nicht erforderlich, ein Adhäsionsmittel im üblichen Sinne zu verwenden, um die Pulverschicht festzuhalten. So eignet sich als Flüssigkeit insbesondere Hexamethylendisiloxan, das gleichzeitig als Schmiermittel beim Entformen des Presslings dient. Auch ein ölüberzug auf dem Kern oder der Form ist geeignet eine dünne Pulverschicht während des Füllens der Form mit dem anderen Pulver festzuhalten. In diesen

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Fällen "braucht das Deckschichtpulver selbstverständlich nicht ferromagnetisch zu sein und kann beispielsweise aus einem Kupfer-Graphit-Pulvergemisch bestehen. Für das Herstellen einer dünnen selbstschmierenden Deckschicht eignen sich mit Nickel überzogene Graphitteilchen in besonderem Maße, da.das Nickel die Festigkeit und den Verschleißwiderstand der selbstschmierenden Schicht erhöht und eine feste Verbindung zwischen dem schmiermittelfreien Grundkörper garantiert. Wird das Deckschichtpulver mittels einer Flüssigkeit am Kern oder an der Formwandung festgehalten, ergibt sich eine Begrenzung der axialen Länge des Presslings nur aus den praktischen Schwierigkeiten beim Füllen und Pressen in einer überlangen Form. Die Dicke der Haftschicht aus dem Deckschichtpulver hängt im übrigen sehr von der Teilchengröße ab.

Beispiel 2

Bei einem weiteren Versuch sollte ein Verbundkörper in einer Form aus einem Matrizenstahl mit einem Außendurchmesser von 75 mm, einem Innendurchmesser von 25 mm und einer Höhe von 50 mm sowie einem Kern mit einem Durchmesser von 19 mm hergestellt werden, der mit seinem unteren Ende in einem den Formenhohlraum abschließenden Ring saß. Der Kern wurde, um einen Oberflächenfilm zu bilden, zunächst mit einer Lösung von Hexamethyldisiloxansilikon in Aceton besprüht und alsdann in vernickelte Graphitteilchen eingetaucht« Dabei blieben etwa 0,13 g des Pulvers an der Kernoberfläche haften. Der mit dem Pulver überzogene Kern wurde alsdann in die Pressform eingesetzt, wonach 15 g Aluminiumpulver mit einer Teilchengröße unter 150 /<<-m in den Ringraum der Form eingefüllt wurden und die Pulver bei einem Druck von 230 MN/mm verdichtet wurden. Beim Ausf^gmen des zylindrischen Presslings haftete der gesamte vernickelte Graphit als 5 ^m dicke Schicht an der Innenoberfläche des Presslings, der danach fertigge sintert wurde und als Lager zur Verwendung kam.

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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Herstellen dünner Deckschichten mit einer Dicke bis 15/^m; es lassen sich jedoch auch dickere Schichten erzeugen, insbesondere, wenn die Pulverschicht magnetisch aufgebaut oder unter Verwendung eines Haftmittels mehrerer Pulverschichten aufgetragen werden.

Anstelle von Aluminium kann der Lager- bzw. Grundkörper auch aus anderen Metallen oder Legierungen, beispielsweise aus einer Kupferlegierung mit 5% Zinn und 95% Kupfer oder aus 10% Zinn und 90% Kupfer sowie aus einer Blei-Phosphor-Kupferlegierung oder einer Kupfer-Eisenlegierung bestehen. " Derartige Legierungen lassen sich beim Sintern unter Verwendung der in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellten Pulvermischungen beim Pressen erzeugen.

Legierung	Sn -	Cu	Sn	Cu P-C
VJl	5P -	Pb	1.2	22.8
1.		5 Cu	_	19.8 2.9
	Sn -	Cu
10	Cu -	Fe	2.4,	21.6
25	- 95	_	6.0
- 5
- 93.
- 90
- 75

P-Cu Pb Fe

1.3 -

18.0

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Claims

International Nickel Limited, Thames House, Millbank, London, S0W0 1 / England Patentansprüche;

1. Verfahren zum Herstellen von Sinterteilen mit einer artfremden Deckschicht durch Pressen eines Pulvers und Sintern des Presslings, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Kern- und/oder Formwandung eine Haftschicht aus dem Deckschichtpulver aufgebracht, das andere Pulver in die Form gebracht und beide Pulver alsdann verdichtet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennz ei c h η e t , daß ein mindestens teilweise magnetisches oder mit einem magnetischen Werkstoff überzogenes Pulver mittels eines magnetischen Feldes am Kern und/oder der Formwandung festgehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem zylindrischen Kern aus einem permanentmagnetischen Werkstoff mit einer Länge von höchstens 12 mm eine Haftschicht aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht unter Verwendung eines Haftmittels auf die Kern- und/oder Formwandung aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Silikon-Schmiermittels.

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6ο Verfahren nach Anspruch 5> gekennzeichnet durch die Verwendung von Hexamethyldisiloxan.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 Ms 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Kern- und/oder Formwandung eine Haftschicht aus vernickelten Graphitteilchen aufgebracht wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Kern- oder die Formwandung eine höchstens 15 /*m dicke Haftschicht aufgebracht wird, ™

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