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Verwendung von Amidwachsen als Gleit-und Uberzugsmittel Die Erfindung
betrifft die Verwendung von Amidwachsen in Mengen von etwa 1 bis 3 Gew.-%, bezogen
auf pulverförmige Metalle der Seltenen Erden und des Kobalts, wobei die Seltenen
Erden ganz oder teilweise durch ihre Hydride ersetzt sein können, oder bezogen auf
pulverförmige Legierungen der Seltenen Erden und des Kobalts, als Gleit-und Überzugsmittel
für die Herstellung von zu sinternden Preßlingen bei der Fertigung von Permanentmagneten.
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Erfindungsgemäß sind unter dem Begriff Seltene Erden die Elemente
Yttrium sowie Lanthan bis Lutetium, also die Elemente mit den Ordnungszahlen 39
und 57 bis 71, zu verstehen. Sie werden im folgenden mit SE abgekürzt. Das Kobalt
kann innerhalb des Bereichs der Erfindung zum Teil durch eines oder mehrere der
Elemente Eisen, Nickel, Mangan oder Kupfer ersetzt sein.
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Ein wichtiger Verfahrensschritt bei der Weiterverarbeitung pulvermetallurgisch
hergestellter Metalle und Legierungen ist der Schutz der Oberfläche der einzelnen
Haufwerkspartikel vor nachfolgender Oxydation bzw. Nitridbildung. Bekanntlich ist
es immer mit technischen Schwierigkeiten verbunden, Haufwerkspartikel, deren Korngröße
zwischen > 0 bis ca. 100 mp variiert, vor einer Oxydation oder in manchen Fällen
auch vor einer Nitridbildung zu schützen. Sehr feinkörnige Metall-und Legierungspulver
neigen entsprechend ihrer thermodynamischen Oxydationspotentiale mehr oder weniger
stark zur Bildung. von Oxidschichten an der Oberfläche. Wenn die Bildung dieser
Oberflächenschichten nicht verhindert wird, ist es möglich, daß die physikalischen
und mechanischen Eigenschaften der daraus hergestellten kompakten Sinterprodukte
keine optimalen Eigenschaftswerte aufweisen. Besonders betroffen sind bei den Sinterprodukten
die Härte, deren Biegebruchfestigkeit und ihre Druckfestigkeit.
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Preßerleichternde Zusätze, auch Gleitmittel genannt, vereinfachen
die Formgebung der pulverförmigen Metalle und Legierungen derart, daß man in vielen
Fällen sehr hohe Werte der theoretischen Dichte erhält.- Sie können um 75 bis 84
% der theoretischen Dichte betragen.
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Grundsätzlich sind folgende Voraussetzungen an preßerleichternde Zusätze
für Metall- und flegierungspulver zu stellen:
Der preßerleichternde
Zusatz sollte keinen Sauerstoff bzw.
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keine Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft lösen. Der Preßzusatz sollte
auch bei höheren Preßdrucken, d.h. örtlich starker Erhitzung, keine Reaktion mit
Sauerstoff oder Stickstoff eingehen. Bei der Formgebung von Metall- und Legierungspulvern
ist es wichtig, daß der preßerleichternde Zusatz nach der Formgebung keine ausdehnende
Volumenänderung erfährt.
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Der preßerleichternde Zusatz sollte möglichst sämtliche Bestandteile
eines Haufwerks umhüllen, daß das einzelne Korn mit einer sehr dünnen Schicht des
betreffenden Gleitmittels versehen wird. Schließlich sollte der preßerleichternde
Zusatz nach der Formgebung in einfacher Weise rückstandslos zu entfernen sein.
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Preßerleichternde Zusätze werden nach dem heutigen Stand der Technik
vorwiegend bei der Weiterverarbeitung von Eisenpulvern, Stahlpulvern, Superlegierungspulvern,
Aluminiumpulvern sowie deren Legierungen verwendet. Teilweise werden auch Kupfer-
und Nickellegierungen mit preßerleichternden Zusätzen verwendet. Ebenfalls bekannt
ist, daß man derartige Gleitmittel bei der Herstellung von kompakten Berylliumformkörpern
und dessen Legierungen verwendet.
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Ebenso werden in der Hartmetalltechnik derartige Gleitmittel zugesetzt,
wobei neben der Gleitwirkung auch hier die Schutzwirkung erwünscht ist.
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Als Gleitmittel werden vorwiegend Paraffinwachse eines Schmelzpunktes
von 54 bis 680C sowie Alkali- und Erdalkalistearate, ferner Blei--und Zinkstearate
eingesetzt. Paraffinwachse müssen, da sie nicht in feinkörniger Pulverform, herzustellen
sind, in einem organischen Lösungsmittel aufgelöst werden. Diese Lösung wird mit
der entsprechenden Menge an Metall- oder Legierungspulver vermischt und sodann wird
das Lösungsmittel abgedampft. Das Paraffinwachs verbleibt als Rückstand im Metall-
oder Legierungspulver. Hierbei ist aber besonders zu beachten, daß die Verdampfung
des preßerleichternden Zusatzes wiederum unter Vakuum zu erfolgen hat, da sonst
erneut Oxydation und Nitridbildung erfolgen kann. Bei Verwendung von Stearaten liegen
die Verarbeitungsverhältnisse ähnlich.
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Zur Herstellung von Permanentmagneten auf der Basis von SE-Kobalt-Legierungen
hat man in jüngster Zeit auch pulvermetallurgische Verfahren angewendet. So ist
es beispielsweise bekannt, feingemahlene SE-Kobalt-Legierungen zu verpressen, im
Magnetfeld auszurichten, dabei oder anschließend zu sintern, um so kompakte Permanentmagnete
zu erhalten. Man hat auch bereits auf die Partikel der SE-Kobalt-Legierungspulver
Nickel und Zinn abgeschieden, um die Pressung zu erleichtern. Diese Verfahrensweise
ist teuer und man ist gezwungen, diese Metalle sehr gleichmäßig auf den Körnern
des Haufwerk abzuscheiden. Außerdem können diese Metalle unter Umständen die Eigenschaften
des kompakten Sinterlings ungünstig beeinflussen
Es ist auch bekannt,
die Legierung aus SE und Kobalt, wobei, wie eingangs beschrieben, ein Teil des Kobalts
durch Fremdelemente ersetzt sein kann, direkt pulvermetallurgisch herzustellen,
indem man die Metallpulver in den gewünschten Atomverhältnissen mischt, verpreßt
und sintert, wobei bei einem dieser Verfahrensschritte wiederum ein Magnetfeld angelegt
wird.
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Aus der DT-AS 1 958 280 ist es auch bekannt, anstelle des SE-Metalles
das entsprechende Hydrid der SE zu verwenden.
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Gleichgültig ob man nun von fertigen SE-Kobalt-Legierungspulvern ausgeht,
die man zu Preßlingen verarbeitet oder ob man die Legierungen aus ihren Elementen
oder Verbindungen der Elemente erst in situ in verpreßter Form herstellt, ist es
äußerst zweckmäßig, ein Gleitmittel als preßerleichternden Zusatz zu verwenden.
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Erfindungsgemäß werden nun als Gleitmittel zur Herstellung der Preßlinge,
bezogen auf die Pulver, 1 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise 2 Gew.-%, Amidwachse, insbesondere
solche eines Schmelzpunktes von 130 bis 1450C, verwendet. Unter Amidwachsen sind
dabei die Umsetzungsprodukte langkettiger Fettsäuren mit Aminen unter Bildung einer
Amidbindung zu verstehen. Diese Amidwachse sind Wachse mit meistens sehr engem Erweichungsbereich
und niedrigviskoser Schmelze. Bei
Temperaturen ab 350 0C kann man
die Amidwachse aus den Sinterprodukten unter Schutzgas oder Vakuum rückstandslos
verdampfen. Derartige Amidwachse sind im Handel unter der Bezeichnung Hoechst-Wachs
C (atomized), ferner TM 8042 sowie Acrawax C erhältlich. Diese Amidwachse können
zu sehr feinpulverigen Produkten zerkleinert werden. Es ist möglich, diese Wachse
in Teilchengrößen von < 5 mu mit einer Durchschnittsgröße von 2 bis 3 mp zu erhalten.
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Die erfindungsgemäß zu verwendenden Amidwachse können wie folgt zugesetzt
werden: Geht man von SE-Metallpulver bzw. SE-Hydridpulver und Kobaltpulver aus,
so werden diese Pulver zunächst in einem geeigneten Mahlgerät innig vermahlen. Ein
solches Mahlgerät ist z.B. ein Attritor. Man setzt nun das Amidwachs ca. 2 -0,5
Stunden vor Beendigung der Mahlung zu. Anschließend wird das Mahlgut von den Mahlkugeln
abgesiebt. Das Mahlgut wird nun bei Preßdrucken von 3000 bis 5000 kg/cm² verpreßt
und auf Temperaturen von wenigstens 3500C erhitzt, um die Amidwachse zu verflüchtigen.
Diese Erhitzung geschieht zweckmäßig unter Schutzgasatmosphäre. Anschließend erfolgt
die Fertigsinterung zu kompakten Sinterlingen und Halbzeug in Form einer möglichst
einphasigen Legierung und Weiterverarbeitung des Sinterlings nach kommerziellen
Verfahren. Es ist dem Fachmann selbstverständlich, daß nach dem Einbringen
des
Mahlgutes in die Preßform vor und/oder während des Pressens ein Magnetfeld entsprechender
Stärke angelegt werden muß, um die Ausrichtung der magnetisch anisotropen Teilchen
zu bewirken.
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Geht man von fertigen SE-Kobalt-Legierungen aus, so werden diese Legierungen
in üblicher Weise gemahlen. Beim Mahlvorgang wird das Amidwachs zugesetzt. Anschließend
werden die Legierungen in üblicher Weise zu Preßlingen verpreßt, das Amidwachs durch
Erhitzen, zweckmäßig unter Schutzgasatmosphäre bei Temperaturen von etwa 3500C,
entfernt und die Preßlinge dann weiter verarbeitet.
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Das Mischen und das Überziehen der Pulver mit Amidwachsen kann auch
in Mischaggregaten vorgenommen werden, in denen die Metall- bzw. Legierungspulver
mit den pulverförmigen Amidwachsen kräftig durchwirbelt werden. Als Mischaggregate
kommen dabei Schnellmischer mit gegenläufiger Mischschaufel, Doppelkonusmischer,
Tetraedermischer und ähnliche Apparate zur Anwendung. Auch in diesen Fällen beträgt
die Mischdauer maximal 30 Min.
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Der Mischvorgang erfolgt zweckmäßig unter Schutzgasatmosphäre, wie
z.B. Argon, um eine Oxydation durch die in dem Behälter eingeschlossene Luft zu
vermeiden. Nach der Mischung werden die Pulver über ein Sieb mit 40 mp ;4aschen
weite abgesiebt
Die zugesetzten Amidwachse haben nicht nur preßerleichternde
Wirkung, sondern schützen auch die Pulver vor den Einflüssen der Luft, insbesondere
der Feuchtigkeit, des Sauerstoffes und des Stickstoffes.
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Beispiel Die Versuche - durch Aufmahlung in einer Rührwerkskugelmühle
vorgenommen - werden unter folgenden Versuchsbedingungen durchgeführt: Mahlvolumen
: 10 1 Mahlkugelgewicht : 15 kg Mahlgutgewicht : 7,5 kg SmCo5-Legierung Zusatz'
an Amidwachs : 150 g =-2 * Mischdauer : ~ Min.
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Umdrehungszahl : 150 U/Min.
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Schutzgas : Argon, mit einem statischen Überdruck von ca. 150 mm
WS Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengefaßt und zeigen die Amidwachsverteilung
und die Grünlingsdichte bei einem Preßdruck von 4000 kg/cm² = 407,5 N/cm².
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Tabelle 1 Versuchsnummer Amidwachsverteilung Grünlingsdichte (Gew.-%)
(g/cm3) 1 2,05 6,81 2 1,97 6,88 3 2,14 7,01 4 2,00 6,95 5 1,89 7,10 6 1,98 6,98
7 2,07 6,89 8 2,10 -7,03 9 ~ - 5,66 - 6,00 Aus den Grünlingen wurden anschließend
die Wachse durch eine Wärmebehandlung bei 350 - 4000C unter Argonatmosphäre entfernt.
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Von besonderer Wichtigkeit ist die Schutzwirkung, die das Amidwachs
auf das Legierungspulver austb<. Zu diesem Zweck wurde einebestimmte Menge an
Legierungspulver auf einem Schwingsieb, dessen Siebeinsatz eine Maschenweite von
40 mu aufweist, an Luft abgesiebt und bei verschiedenen Temperaturen die Gewichtszunahme
dieser Pulverproben gemessen. Die Gewichtszunahme wird dabei als Sauerstoffzuwachs
gedeutet.
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In der folgenden Tabelle 2 sind die entsprechenden Gewichtszunahmen
bei Temperaturen von etwa 200, 400, 600 und 800C mit und ohne Wachs gezeigt.
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Tabelle 2 Gewichtszunahmen von pulverförmigen Sm-Co-Legierungen durch
Au-slagerung an Luft bei verschiedenen Temperaturen Ausla- Gewichtszunahme bezogen
auf den Ausgangszustand gerungs- O o (Ge.-%) O O zeit (h) - 20 C 40 C 60 C 80 C
20 C 2 % Amid- 2 % Amid- 2 % Amid- 2 % Amid- ohne Amidwachs wachs wachs wachs wachs
0 0,0745 0,0510 0,0820 0,0470 0,060 20 0,0952 0,1240 0,1300 0,1500 0,110 40 0,0998
0,1200 0,1380 0,1660 0,195 60 0,1090 0,1180 0,1400 0,1580 0,260 80 0,1000 0,1150
0,1390 0,1545 0,355 100 0,1060 0,1164 0,1450 0,1550 0,495 120 0,1084 0,1170 0,1470
0,1600 0,690 140 0,1086 0,1200 0,1500 0,1600 0,830 160 0,1106 0,1280 0,1500 0,1610
0,940 180 0,1096 0,1330 0,1530 0,1630 1,000 200 0,1120 0,1330 0,1550 0,1650 Versuch
abge-220 0,1100 0,1380 0,1530 0,1650 brochen 240 0,1150 0,1400 0,1520 0,1660 260-
0,1140 0,1420 0,1600 0,1700 280 0,1152 0,1400 0,1700 0,1710 300 0,1150 0,1390 0,1700
0,1750
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich, ist zunächst eine Gewichtszunahme
zu verzeichnen, die nach etwa 20 Stunden im wesentlichen konstant bleibt. Bei Verwendung
des Amidwachses steigen die Sauerstoff- und Stickstoffgehalte nach 300 Stunden Auslagerungszeit
bis auf etwa 1750 ppm. Ohne Zusatz des Amidwachses beträgt dieser Wert ca. 2 Gew.-%,
wobei durch die sehr starke Oxydation ein Zerfall des Pulvers zu beobachten ist,
der natürlich weitgehend eine Funktion der Korngröße und der spezifischen Oberfläche
sein kann.