DE2412079B2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von kompositionsmetallpulver - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung von kompositionsmetallpulverInfo
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Description
35
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Kompositionsmetallpulver,
bei dem die Oberfläche von Pulverteilchen eines Metalls mit einem anderen Metall überzogen wird. Im
vorliegenden Zusammenhang werden von dem Ausdruck »Metall« auch Metallegierungen umfaßt.
Die Pulvermetallurgie zur Herstellung von Metallprodukten, wie Maschinenteilen, durch Sinterung von
Metallen in gepulverter Form ist bekannt. Die als Ausgangsmaterial der Pulvermetallurgie verwendeten
Metallpulver bestehen üblicherweise entweder aus einem Gemisch von zwei oder mehr Arten einfacher
Metallpulver oder aus einem Pulver einer Legierung.
Wenn ein Gemisch von zwei oder mehr Arten einfacher Metallpulver verwendet wird, ist das Verfahren
mühsam und umständlich, da die jeweiligen Metallpulver getrennt hergestellt werden müssen.
Weiterhin treten Schwierigkeiten bei der homogenen Vermischung der einzelnen Metallpulver auf, und es
besteht eine Neigung zur Segregation der jeweiligen Pulver. Ferner besteht der Nachteil, daß eine Komplexänderung
in der Abmessung der Pulver während des Sinterungsarbeitsganges stattfindet und nachteilig das
erhaltene gesinterte Produkt beeinflußt.
Andererseits hat ein Verfahren, bei dem ein Legierungspulver verwendet wird, den ernsthaften
Nachteil, daß die Preßformbarkeit der Legierungspul- 6S
ver schlecht ist.
Aus der DT-PS 12 55 244 ist ein Verfahren zur Herstellung von Spritzpulver für das Aufbringen von
Hartstoffschichten bekannt, bei dem die Hartstoffkomponente mit der leicht fließenden Komponente in
festem Zustand miteinander vermischt wird und die aus Hartstoffen und einem leicht fließenden Metall oder
einer leicht fließenden Legierung bestehende Mischung bei Temperaturen im Bereich des Schmelzpunkts des
Metalls oder der Legierung geschmolzen und anschließend verdüst wird.
Bei diesem Verfahren, bei dem die beiden Bestandteile
in festem Zustand miteinander vermischt und danach die Mischung geschmolzen wird, wird, wie Versuche
gezeigt haben, kein Metallpulver erhalten, bei welchem die Oberfläche mit einer geschlossenen Metallschicht
überzogen ist, sondern es wird ein Einphasenlegierungspulver erhalten.
In der DT-AS 21 24 199 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver durch
Zerstäuben einer Schmelze mit einem gasförmigen Zerstäubungsmittel unter Verwendung einer Düse
beschrieben. Bei dem bekannten Verfahren wird dem Zerstäubungsmittel feines Pulver zugeführt, welches aus
dem gleichen Werkstoff wie die Schmelze und/oder einem anderen Werkstoff besteht. Infolge dieser
Arbeitsweise haften die zugeführten feinen Pulverteilchen durch Verschweißen oder Sintern fest auf der
Oberfläche der zerstäubten, noch nicht völlig erstarrten größeren Metalltröpfchen. Es wird kein Kompositionsmetallpulver
erhalten, bei dem die Oberfläche des Kernmetalls vollständig mit geschmolzenem Metali
überzogen ist.
Es ist schließlich bekannt, Kompositionsmetallpulver,
das einen Kern aus Metallpulver und einen Überzug eines anderen Metalls aufweist, durch ein chemisches
Substitutionsverfahren herzustellen, wobei die Oberfläche eines Metallpulvers durch ein anderes Metall ersetzt
wird, oder durch ein Copräzipitationsverfahren zu erzeugen, wobei zwei oder mehrere Arten von
Metallverbindungen chemisch ausgefällt werden.
Keines dieser Verfahren ist jedoch für die großtechnische Herstellung geeignet, und da die Kosten der Pulver
hoch sind, haben diese Verfahren keinen Eingang in die Technik gefunden. Ferner bestehen ernsthafte Beschränkungen
hinsichtlich der Art der Metalle, die bei solchen Verfahren anwendbar sind.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Kompositionsmetallpulver,
das aus einem den Kern bildenden Metallpulver besteht, welches mit einem Überzug aus einem anderen
Metall versehen ist, wobei keine Anwendung von chemischen Methoden erforderlich ist, eine kontinuierliche
Arbeitsweise mit hoher Leistung gewährleistet ist und ein Kompositionsmetallpulver erhalten wird, das
gute Preliformbarkeits- und Sinterungseigenschaften aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung von Kompositionsmetallpulver
durch Verdüsen eines aus einer Gießeinrichtung austretenden Metallschmelzestrahls mit einem
Zerstäubungsmittel unter Zuführung eines pulverförmigen zweiten Metalls, das dadurch gekennzeichnet ist,
daß das pulverförmige zweite Metall in den Metallschmelzestrahl vor dessen Eintritt in die Verdüsungszone
eingestreut wird.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, eine sehr große Anzahl von Kombinationen
von Kernmetallpulver und Überzugsmetall anzuwenden. Bevorzugte Kombinationen sind in der folgenden
Tabelle als Beispiele angegeben.
Zusammensetzung
Kupfer (2 bis 10%, vorzugsweise 5%)
Chrom oder Ferrochrom von Ferriuyp
Ni-Cr-Fe (Ferrochrom vom
Austenittyp)
Austenittyp)
Ni-Ti- Al-Mo-O-Co
Ni-Ti-Al-Mo-Cr
Kupfer —Zinn
Kupfer
Kupfer
Aluminium (98 bis 90%, —
vorzugsweise 95%)
vorzugsweise 95%)
Eisen
ebenso
ebenso
Ni-Co
Kupier
Zinn
Zinn
Cr
Cr
Ni
Ti
Al
Mo
Cr
Co
Ti
Al
Mo
Cr
Co
15 bis 25%
12 bis 25%
4 bis 20%
4 bis 20%
1 bis 5%
1 bis 5%
1 bis 5%
10 bis 20%
20 bis 20%
1 bis 5%
1 bis 5%
1 bis 5%
1 bis 5%
1 bis 5%
■ O bis 20%
1 ü bis 20%
1 ü bis 20%
Das als Kern des Kompositionsmetallpuivers verwendete,
eingestreute Metallpulver hat vorzugsweise eine solche Teilchengröße, daß es durch ein Sieb mi. einer
Siebgröße von 74 Mikron geht, und insbesondere eine solche Größe, daß es durch ein Sieb von etwa 40 Mikron
geht.
Die Menge des in den Metallschmelzestrahl eingestreuten Metallpulvers variiert in Abhängigkeit von den
Abmessungen des zuzusetzenden Pulvers. Diese Menge Deträgt jedoch vorzugsweise nicht mehr als etwa 50
Volum-% und insbesondere 20 bis 30 Volum-%.
Zur Zerstäubung des kontinuierlichen Stromes aus dem Gemisch von Metallschmelze und Metallpulver zur
Erzielung des Kompositionsmetallpuivers wird ein Zerstäubungsmittel von hoher Geschwindigkeit gegen
den kontinuierlichen Strom des geschmolzenen Gemisches gedüst. Wasser, Luft, Stickstoff, Argon und
Gemische von Luft und Wasserdampf werden zweckmäßig als Zeistäubungsmittel von hoher Geschwindigkeit
verwendet. Jedoch sind geeignete Zerstäubungsmit lel nicht auf diese Fließmittel beschränkt. Besonders
bevorzugt wird Wasser.
Das Zcrsiäubungsmittel von hoher Geschwindigkeit wird günstigerweise mit einer Geschwindigkeit von
30 m bis 200 m je see und in einer Menge von 20 1 bis 4001 je min zugedüst.
Eine zweckmäßige Arbeitsweise besteht in der Ausführung der Vermischung in der folgenden Weise:
Die Metallschmelze wird als kontinuierlicher Strom in dünner Schicht zum Fließen gebracht, und das
Metallpulver wird dann kontinuierlich in die Schmelze aus einem Schlitz, der oberhalb des kontinuierlichen
Stromes der Schmelze angebracht ist. eingestreut.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird der MetaHschmelzestrahl durch den Zusammenfluß von
zwei aus der Gießeinrichtung getrennt austretenden Strahlen gebildet, und es wird das pulverförmige zweite
Material an der Stelle des Zusammenflusses eingestreut.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
F i g. 1 /eigt eine Ausführungsform, bei der das
MrM:iilnn!ver mit der in einer Richtung strömenden
Schmelze vermischt wird. Die Schmelze 1 fließt beispielsweise in einer Menge von 100 bis 200 g je see in
einer gegebenen Richtung in einem Gefäß 2, welches
;,o aus einem feuerfesten Material, wie Aluminiumoxid
od. dgl., gebildet ist, und nachdem sein Niveau mittels eines Schlitzes 3, der im Gefäß 2 an einer Stelle
unmittelbar vor der Stelle, wo das Mischen ausgeführt wird, angebracht wird, eingestellt wurde, wird es mit
dem Metallpulver 5, welches gleichförmig aus einem Metallpulver-Zuführtank 4, der oberhalb des Gefäßes 2
angebracht ist, eingestreut wird, vermischt, worauf das erhaltene Gemisch mittels eines Prallkörper:; 6 zum
Aufwärtsströmen in Form eines Bandes gebracht wird. Dieser Mischungsstrom wird dann mit einem aus einer
Mehrzahl von Düsen oder Schlitzen eingedüsten Zerstäubungsmittel von hoher Geschwindigkeit zerstäubt
und gekühlt, so daß sich das Kompositionsmetallpulver bildet, d. h. ein Pulver, welches als Kern das
Metallpulver hat und als Überzug das ursprünglich geschmolzene Metall aufweist. Die Mehrzahl von Düsen
oder Schlitzen, durch die das Zerstäubungsmittel von hoher Geschwindigkeit gedüst wird, sind so angebracht,
daß sie entweder in der gleichen Richtung wie der Strom des geschmolzenen Gemisches geneigt sind oder
senkrecht den Strom schneiden, so daß der aus den Düsen oder Schlitzen ausgedüste Düsenstrom den
Strom des geschmolzenen Gemisches an einer gegebenen Stelle schneidet Eine Eindüsvorrichtung dieser Art
ist an sich bekannt. Zweckmäßig wird die in der JA-PS 5 52 253 angegebene Vorrichtung verwendet.
F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Vermischung unter Anwendung einer Mehrzahl von
Schlitzen für die Schmelze und einer Mehrzahl von
ho Pulverzuführungen ausgeführt wird. Die Schmelze 1
fließt durch ein V-förmiges Gefäß 2', und nachdem ihr Niveau mittels der jeweiligen Schlitze 3', welche an der
Stelle kurz vor dem Teil, wo die Vermischung ausgeführt werden soll, angebracht sind, eingestellt ist,
*>s wird sie mit dem Pulver 5 vermischt, welches
gleichförmig auf die jeweiligen Schmelzoberflächen von zwei Zufuhröffnungen des Pulverzufuhrtankes 4',
welcher oberhalb des vorstehenden Gefäßes 2 ange-
bracht ist, gestreut wurde, wobei die beiden Mischströme im winkeligen Boden des Gefäßes zusammengebracht
werden und zur Strömung nach abwärts in bandartiger Weise geführt werden. Dieser Gemischstrom
wird in der gleichen Weise wie vorstehend geschildert zerstäubt und gekühlt, wobei das Kompositionspulver
erhalten wird.
Die Mundstücke des in den F i g. 1 und 2 gezeigten Pulverzufuhrtanks können Schlitzform mit rechteckiger
oder wellenförmiger Gestalt oder eine solche Form von w Mundstücken haben, daß eine gleichförmige Vermischung
von Pulver und Schmelzstrom erreicht wird.
In Fig.3 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der
das Gefäß konische Form hat. Die Schmelze 1 fließt nach abwärts über ein feuerfestes Material 2",
beispielsweise aus Aluminiumoxid, das in konischer Form ausgebildet ist, und läuft durch einen Schlitz 3",
welcher mittels einer Spindel 6 gebildet ist, so daß es an der Stelle A zusammenkommt. Ein Pulverzufuhrtank 4"
ist oberhalb der Stelle A angebracht, und das Pulver 5 fällt gleichförmig aus diesem Zufuhrtank 4" und wird
mit der Schmelze vermischt. Der auf diese Weise erhaltene Gemischstrom wird dann mittels eines
Zerstäubungsmittels von hoher Geschwindigkeit, welches entweder aus einem kreisförmigen Schlitz oder
ringförmig ineebraehten Düsen ausgedüst wird, zerstäubt
und gekühlt, so daß das Kompositionspulver gebildet wird. Nach diesem Verfahren kann die Menge
der Schmelzzuführung leicht durch eine senkrechte Bewegung der Spindel 6 eingestellt werden. Wenn
andererseits die Einstellung der Zufuhrmenge der Schmelze durch eine senkrechte Bewegung der Spindel
nicht notwendig ist, ist es möglich, eine Mehrzahl von Mundstücken an diesem Teil anstelle der Spindel
anzubringen. Zur Vermeidung einer Verfestigung der Schmelze am Schlitztcil wird bei sämtlichen vorstehenden
Ausführungsformen eine Vorerhitzung dieses Teils zum Zeitpunkt des Beginns des Betriebes der Vorrichtung
ausgeführt
40 Beispiel
Es wurde die in F i g. 3 gezeigte Vorrichtung angewandt, und geschmolzenes Zinn von 8000C wurde
zum Abwärtsströmen aus dem Schlitz 3" in einer Geschwindigkeit von 700 g je see gebracht, während ein
Kupferpulver entsprechend einer Feinheit von ungefähr 40 Mikron zum gleichförmigen Fall in das geschmolzene
Zinn in einer Menge von 8 g je see gebracht wurde, so daß ein Strom aus dem Gemisch von Schmelze und
Pulver gebildet wurde. Dieser Mischstrom wurde dann mit einem Wasserstrom von hoher Geschwindigkeit mit
180 m je min, welcher in einer Menge von 2001 je min strömte, zerstäubt, wobei die in der )A-PS 5 52 253
angegebene Flüssigkeitszerstäubungsvorrichtung angewandt wurde, worauf die erhaltenen feinen Teilchen
abgekühlt werden und dadurch das Kompositionspulver hergestellt wurde.
Die F i g. 4 ist die Wiedergabe einer Photomikrographie
(450X) eines Schnittes des erhaltenen Pulvers, wobei a in der Photographie Kupfer und b Zinn
bedeuten.
Die Wiedergabe der Photomikrographie der F i g. 4 stammt von einer Photographie einer Probe, die durch
Einbetten des im Beispiel erhaltenen Kompositionspulvers in ein synthetisches Harz und anschließendes
Schneiden des eingebetteten Pulvers erhalten wurde. Bei der Untersuchung dieser Probe wurde festgestellt.
daß das im Beispiel erhaltene Pulver ein Kompositionspulver war, welches aus Kupfer als Kern und Zinn als
Überzug bestand, d.h. ein Gemisch aus 15 Volum-% Kupfer und 85 Volum-% Zinn.
Im Fall der erfindungsgemäßen Kompositionsmetallpulver
ist eine erhebliche Auswahl der Kombinationen zwischen dem Metallpulver, das den Kern bildet, und
dem Metall, das den Überzug bildet, möglich. Infolgedessen
werden die Preßformbarkeit. der ernsthafteste Nachteil im Fall der üblichen Legierungspulver und da·;
Problem der Segregation der Komponenten, der Nachteil im Fall der üblichen Pulvergemische, durch die
geeignete Wahl des für den Überzug zu verwendende;! Metalls überwunden: als Beispiel wird im Fall eines
Bronzepulvers reines Kupfer für den Überzug und eine Legierung von Kupfer und Zinn für den Kern
verwendet, und im Fall eines Legierungss'ahls wird reines Eisen für den Überzug verwendet. Falls man
andererseits reines Eisen als Überzug im Fall der Anwendung eines Legierungsstahlpulvers, welche·· als
Legierungskomponente ein Element mit einer großen Affinität für Sauerstoff, beispielsweise Titan, emhü!;.
verwendet, wird die Oxidation während der Anfana-sv:-
fe, wo die Sinterung zwischen den Teilchen fortschreitet,
verhindert, so daß dann weiterhin der Vone·1 em;'];;.
daß es möglich wird, ein volles Wachstum Nv lvi·
Einschnürung zu erzielen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Kompositionsmetallpulver
durch Verdüsen eines aus einer Gießeinrichtung austretenden Metallschmelzestrahls
mit einem Zerstäubungsmittel unter Zuführung eines pulverförmigen zweiten Metalls, dadurch
gekennzeichnet, daß das pulverförmige zweite Metall in den Metallschmelzcstrahl vor
dessen Eintritt in die Verdüsungszone eingestreut wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschmelzestrahl durch den
Zusammenfluß von zwei aus der Gießeinrichtung getrennt austretenden Strahlen gebildet und das
puIveVformige zweite Metall an der Stelle des
Zusammenflusses eingestreut wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von Wasser als
Zerstäubungsmittel.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein mit
einem Schlitz (3) versehenes Gefäß (2) zur Erzeugung eines bandförmigen Metallschmelze-Strahls
und einem darüber angeordneten Pulver-Zuführtank (4) mit bodenseitigem Pulverauslaß.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 und nach Anspruch 4, gekennzeichnet
durch ein Gefäß (2") mit V-förmig angeordneten Schlitzen (3") und einem über der Zusammenflußstelle
^angeordneten Pulver-Zuführtank(4").
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