DE2403449C3 - Formteile für die isostatische Heißverdichtung - Google Patents
Formteile für die isostatische HeißverdichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft für die isostatische Heißver- »o
dichtung geeignete Formteile, die aus Vorpreßkörpern aus pulverförmigen Metallen, Metalloxiden., Carbiden,
Nitriden, Boriden und/oder Siliciden bestehen und mit gas- und flüssigkeitsdichten Hüllen versehen sind.
In der Pulvermetallurgie sind Formteile bekannt, die »5
aus pulverförmigen Materialien bestehen und einer isostatischen Heißverdichtung unterworfen werden.
Um zu vermeiden, daß die für die isostatische Heißverdichtung verwendeten Gase und Flüssigkeiten durch
die poröse Formteiloberfiäche in das Innere der Körper gelangen, werden die Formteile in Kapseln oder Hüllen
verdichtet, die hinreichend elastisch bzw. plastisch sind und sich bei der Verdichtungstemperatur nicht
zersetzen.
Es ist bekannt, Formteile in Glas- oder Metallkapseln bei hohen Temperaturen isostatisch zu verdichten.
Nachteilig ist, daß Metallkapseln nur dann wirtschaftlich gefertigt werden können, »venn sie eine
einfache geometrische Form — beispielsweise die Form eines Zylinders — haben. *°
Weiterhin müssen die Wandungen der Metallkapseln so dick sein, daß sie gut geschweißt werden können.
Es muß ferner damit gerechnet werden, daß Metallkapseln und pulverförmige Materialien beim isostatischen
Heißverdichtungsvorgang teilweise miteinander *5
verschweißt werden, was zu Deformationen und Brüchen der Formteile führt, wenn Kapsel und Formteil
ungleiche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Auch die Anwendung der Glaskapseltechnik, insbesondere
dann, wenn das Schlickergußverfahren angewendet wird, setzt für geometrisch komplizierte Formteile
die Fertigung von Masken oder Kernen voraus, wodurch erhebliche Kosten entstehen. Weiterhin wird
das Glas, welches sich bei der isostatischen Heißverdichtung im plastischen Zustand befindet, ;i. T. in die
Oberflächenporen der Formteile eingepreßt, wodurch die Beschaffenheit der Formteiloberfläche beeinträchtigt
wird. Beim Füllen der Glas- und Metallkapseln kann es auch zu einer unerwünschten Entmischung der
pulverförmigen Materialien kommen. Außerdem ist die Entgasung der in den Kapseln befindlichen pulverförmigen
Materialien im Vakuum bei erhöhter Temperatur erforderlich, wobei durch Zusetzen der Ableitungsrohre
durch entweichende Substanzen häufig Schwierigkeiten auftreten und die Entgasung unvoll- 6}
ständig ist. Es bereitet ferner große Schwierigkeiten, bei der formtreuen Abbildung von Kanten und Ecken
eine geringe Ausschußquote zu erzielen.
In der deutschen Auslegeschrift 22 08 250 ist ein Verfahren zur Herstellung eines isostatisch druckgesinterten
Körpers beschrieben, bei dem der Körper aus Pulver kaltgepreßt wird und mit einer Hülle,
entweder aus Material mit niedrigerem Schmelzpunkt als der des Preßkörpers oder aus Material, das zusammen
mit dem Werkstoff des Preßkörpers ein Eutektikum bildet, versehen wird, wonach der Körper in
einem Vakuum-Ofen unter vermindertem Druck erhitzt wird, so daß die Hülle schmilzt, und der Körper
schließlich unter direkter Einwirkung eines inerten, gasförmigen Druckmittels isostatisch di ackgesintert
wird. Die Hülle kann aus Emaille, Glas oder in bestimmten Fällen auch aus Nickel bestehen und wird
durch Flammspritzen, Plasmaspritzen oder Tauchen auf den kaltgepireßten Körper aufgetragen. Bei diesem
bekannten Verfahren ist es nachteilig, daß die Hülle nach ihrem Aufbringen nicht gasdicht ist, sondern
durch einen zusätzlichen Schmelzvorgang in den gasdichten Zustand überführt werden muß. Außerdem
ergeben sich bei diesem Verfahren auch Schwierigkeiten durch das Auftreten einer flüssigen Phase; denn
wird der Preßkörper durch den geschmolzenen Hüllenwerkstoff gut benetzt, so dringt der Werkstoff in den
Preßkörper ein; ist die Benetzbarkeit des Preßkörpers aber gegenüber dem Werkstoff der geschmolzenen
Hülle nicht gut, so tropft die Hülle vom Preßkörper ab.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Formteile für die isostatische Heißverdichtung zu schaffen,
deren gas- und flüssigkeitsdichte Hüllen, insbesondere bei der Serienfertigung kleiner, kompliziert gestalteter
Formteile in einfacher Weise aufgebracht werden können, ohne daß die Hüllen zeitweilig in der Flüssigphase
vorliegen, porös sind und ganz bestimmte Schmelzpunkte aufweisen müssen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die mit den Vorpreßkörpern fest
verbundenen, aufgedampften Hüllen aus Metalien, Metalloxiden, Carbiden, Nitriden, Boriden und/oder
Siliciden bestehen und eine Dicke von 0,001 bis 0,5 mm haben.
Die Herstellung der entsprechend der Erfindung gestalteten Formteile erfolgt durch ein Verfahren, bei
dem folgende bekannte Maßnahmen zur Anwendung kommen:
a) Herstellung der Vorpreßkörper durch Sintern, Schlickern, Kaltpressen oder Warmpressen,
b) Entgasung der Vorpreßkörper bei vermindertem Druck und erhöhter Temperatur,
c) Aufdampfen der Hüllen auf die entgasten Vorpreßkörper bei vermindertem Druck und erhöhter
Temperatur,
wobei die Maßnahmen b) und c) unmittelbar nacheinander in der gleichen Apparatur durchgeführt
werden.
Mit der Erfindung werden gegenüber dem Stand der Technik mehrere Vorteile erreicht. So kann der Hüllenwerkstoff
entsprechend den Eigenschaften der Vorpreßkörper ausgewählt werden. Zum Beispiel können
schwer zu verdichtende Materialien mit hochwarmfesten Hüllen versehen werden oder die Hüllen können
aus korrosions- und oxidationsbeständigem Material bestehen. Da die Entgasung der Vorpreßkörper und
das Aufdampfen der Hüllen unter vermindertem Druck erfolgt, können beide Maßnahmen unmittelbar
nacheinander durchgeführt werden, wodurch uner-
wünschte Verunreinigungen vermieden werden. Sehr vorteilhaft ist auch, daß sich Dicke und Struktur der
Hüllen genau einstellen lassen. Dadurch, daß die Hüllen dünnwandig sind, wird eine formtreue Abbildung
der Ecken und Kanten erreicht und unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten von Hülle und
Vorpreßkörper wirken sich nicht nachteilig aus. Schließlich können die Methoden zur Herstellung der
Vorpreßkörper den Eigenschaften der pulverförmigen Materialien (Schüttdichte, Preßbarkeit, Duktilität)
optimal angepaßt werden.
Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Durch mechanisches Legieren (Mahlen) wurde ein puiverförmiges Gemenge folgender Zusammensetzung
hergestellt: 0,15% C, 15% Cr, 16,5% Co, 5,2% Mo, 4,25% Al, 3,5% Ti, 1,0% Fe, 0,05% B und Nickel
als Rest. Das pulverförmige Gemenge hatte nach dem Mahlvorgang eine Teilchengröße von 5 bis 200 μπι, und
die Fülldichte betrug 60%. Aus dem Gemenge wurde auf einer Zweistempelpresse bei Raumtemperatur und
einem Preßdruck von 6 Mp · cm-2 ein haltbarer Vorpreßkörper
hergestellt. Um die Festigkeit des Vorpreßkörpers noch zu erhöhen, wurde er bei HOO0C und
ΙΟ-4 Torr 1 h gesintert. Diese Sinterung bewirkte
lediglich eine Verfestigung aber keine Verdichtung des Vorpreßkörpers. Der verfestigte Vorpreßkörper
wurde anschließend bei 900 bis 10000C und 10"B Torr
während 30 min von adsorbierten Gasen und Feuchtigkeit befreit. Bei dieser Behandlung rotierte der verfestigte
Vorpreßkörper und wurde einem Elektronenstrahl ausgesetzt. Der verfestigte, entgaste Vorpreßkörper
wurde mittels des Elektronenstrahls bei 900 bis 1000CC gehalten und mit einer 100 μΐη dicken Hülle
aus 50% Fe und 50% Ni bedampft. Die Fe-Ni-Legierung befand sich in einem wassergekühlten
Kupfertiegel, wurde durch einen Elektronenstrahl bei 1600° C und 10"6 Torr verdampft und bildete auf dem
Vorpreßkörper die erfindungsgemäße Hülle. Während des Aufdampfens der Hülle wurde der Vorpreßkörper
umgesetzt, damit die Hülle eine gleichmäßige Dicke erhielt. Das Aufdampfen der mit dem Vorpreßkörper
fest verbundenen Hülle war nach 30 min abgeschlossen. Das aus Vorpreßkörper und Hülle bestehende
Formteil war für die isostatische Heißverdichtung geeignet.
Claims (1)
- Patentanspruch:Für die isostatische Heißverdichtung geeignete Formteile, die aus Vorpreßkörpern aus pulverförmigen Metallen, Metalloxiden, Carbiden, Nitriden, Bonden und/oder Siliciden bestehen und mit gas- und flüssigkeitsdichten Hüllen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Vorpreßkörpern fest verbundenen, aufgedampften Hüllen aus Metallen, Metalloxiden, Carbiden, Nitriden, Bonden und/oder Siliciden bestehen und eine Dicke von 0,001 bis 0,5 mm haben.»5
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