DE2547338A1 - Verfahren und vorrichtung zum aktivieren und reinigen von metallpulver - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Aktivieren und Reinigen

von Metallpulver

Die Erfindung bezieht sieh allgemein auf die Pulvermetallurgie und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln metallischen Pulvers in der Weise, dafl seine Reinheit verbessert und so ein aktiviertes Pulver erzeugt wird, das sich zum Pressen oder Sintern zwecks Erzeugung zusammenhängender verfestigter oder gesinteter Gegenstände oder für chemische Reaktionen zwischen Teilchen oder für einen Katalysator verwenden läßt. Die Erfindung betrifft weiter insbesondere ein integriertes Pulvermetallurgiesystem.

Es wurde erkannt, daß in der Pulvermetallurgie auftretende Reaktions- oder Diffusionsprozesse zwischen einzelnen Teilchen stark durch Oxidfilme, Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen behindert werden, die normalerweise an den einzelnen Teilchenoberflächen haften oder adsorbiert sind. So ist bei Sinteroder Preßverfahren eine erheblich hohe Wärmeenergie oder Wärme in Verbindung mit hohem Druck erforderlich, um solche

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hinderlichen Sperrschichten zu zerstören, wenn eine Masse einzelner Teilchen verfestigt werden soll, und die zur Erzeugung des gewünschten verfestigten Körpers erforderliche Zeit kann unerwünscht lang sein. Außerdem ergab sich^häufig eine Begrenzung der Dichte, die sich mit einem gesinterten oder gepreßten Gegenstand erreichen läßt, auf ein unzureichendes Niveau, auch wenn man von hoher Temperatur und hohem Druck in industriellem Maßstab Gebrauch machte. Obgleich nach dem Stand der Technik zwei Pulveraktivierungsverfahren verfügbar waren, nämlich (a) Erhitzen in einer reduzierenden Atmosphäre und (b) Reaktion mit besonderen chemischen Stoffen, hatten diese Verfahren nur eine begrenzte Wirksamkeit.

In der US-PS j5 598 566 wurde beschrieben, daß man metallisches Pulver aktivieren und vom Oxidfilm, von Feuchtigkeit und anderen Verunreinigungen reinigen kann, indem man das Pulver in eine inerte oder reduzierende Atmosphäre einführt und dort einem Beschüß mit Hochenergiestoßbelastung durch Elektronen, Ionen oder Moleküle oder Kombinationen davon aussetzt. Der Teilcheribeschuß kann durch eine elektrische Raumentladung, z. B. Korona- oder Glimmentladung erfolgen, die durch die inerte oder reduzierende Atmosphäre zwischen einem Paar von Elektroden oder zwischen angrenzenden oder benachbarten einzelnen, in dem inerten oder reduzierenden Medium aufgewirbelten Teilchen erzeugt wird.

In den in der genannten US-PS beschriebenen Raumentladungssystemen wird metallisches Pulver zwischen einem Paar von Netzelektroden in einem Behälter im aufgewirbelten Zustand gehalten, wobei das inerte oder reduzierende Fluidmedium durch den Behälter getrieben wird. Die Korona- oder Glimmentladung wird durch das Fluidmedium bei normalem Atmosphärendruck oder höherem Druck erzeugt, und man stieß auf Probleme

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der Stabilisierung der Entladung und des Erhaltens gleichmäßig behandelter Teilchen sowie eines mangelnden Wirkungsgrades, obwohl das Verfahren an sich seinen Zweck erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Metallpulveraktivierung durch elektrische Entladung, insbesondere Glimmentladung, zu entwickeln, womit die genannten Probleme überwunden werden. Außerdem soll durch die Erfindung ein integriertes Pulveraktivierungs- und -preß- oder -Sintersystem zur Verfügung gestellt werden.

Es wurde nun gefunden, daß die Pulverbeschußbehandlung durch Korpuskularteilchen, insbesondere durch energiereiche Ionen oder verhältnismäßig stark geladene Teilchen mittels Glimmentladung hinsichtlich ihres Wirkungsgrades und der Gleichmäßigkeit der Verarbeitung verbessert wird, wenn man eine verdünnte Gasatmosphare als Entlademedium verwendet und den Elektrodenabstand d und den Atmosphärendruck ρ derart steuert, daß ihr Produkt p.d in mm Hg.cm im Bereich

von 10 bis 10 liegt. Der Druck ρ liegt dabei vorteilhaft im Bereich von 10 bis 10 mmHg und vorzugsweise im

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Bereich von 10 bis 10 mmHg*

Gegenstand der Erfindung ist daher zunächst ein Verfahren zum Aktivieren von Metallpulver zwecks Verbesserung seiner Reinheit und Steigerung seiner Oberflächenenergie im Sinne erhöhter chemischer Aktivität und der Eignung zur Bildung dichterer Blöcke beim Pressen oder Sintern, gemäß dem das Metallpulver im Wirbelschichtzustand einer Glimmentladung zwischen einem Elektrodenpaar unterworfen wird, mit dem Kennzeichen, daß das Metallpulver in einer verdünnten nichtoxydierenden Gasatmosphäre aufgewirbelt wird, daß man den

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Abstand d zwischen dem'Elektrodenpaar und den Druck ρ der Gasatmosphäre derart einhält, daß ihr Produkt p.d in mm Hg.cm im Bereich von 10 bis 10 liegt, und an die Elektroden ein zur Erzeugung der Glimmentladung dazwischen und zum Beschüß des aufgewirbelten Metallpulvers mit energiereichen Ionen in der Entladung ausreichendes Potential anlegt.

So führt man bei dem verbesserten Pulveraktiviersystem metallisches Pulver in eine eine verdünnte Gasatmosphäre mit einem Druck im angegebenen Bereich enthaltende gasdichte Kammer ein, wo es von einem Förderer in der Kammer aufgenommen wird, der das Pulver durch eine Behandlungszone führt, in der Glimmentladungselektroden einander zugewandt angeordnet sind. Der Abstand d zwischen den Elektroden wird so eingestellt, daß er der angegebenen Beziehung genügt. Der Förderer kann ein laufendes Band oder eine Rinne mit einer elektris chile it enden Oberfläche sein, die kathodisch an eine Quelle einsinnig gerichteten Stroms angeschlossen ist, während eine oder mehrere anodische Elektroden, die an die Stromquelle angeschlossen sind, der leitenden Oberfläche zugewandt angeordnet sind, wobei die leitende Oberfläche und die Anode bzw. die Anoden die Glimmentladungselektroden bilden.

Als Ergebnis der Steuerung der Entladungsparameter ρ und d in der erläuterten Weise findet eine stabilisierte Glimmentladung bei einer verringerten Spannung statt und ermöglicht einen gleichmäßigen Ionenbeschuß der einzelnen zwischen den Elektroden befindlichen Pulverteilchen, wobei sehr energiereiche positive Gasionen in der Entladung gebildet werden. Die einzelnen Teilchenoberflächen des aufgewirbelten Pulvers werden so gleichmäßig behandelt, und man erzielt einen ver-

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besserten Prozeßwirkungsgrad.

Stromab der Behandlungszone in der Kammer kann ein Behälter zum Sammeln des behandelten Pulvers vom Förderer zur Entnahme aus der Kammer vorgesehen sein. Der Auffangbehälter kann jedoch auch durch eine Preßform ersetzt sein, und dann ist zweckmäßig eine Presse in der Kammer zum Pressen einer Masse des aktivierten Pulvers direkt in der Form ohne Luftzutritt vorzusehen. Wenn die Masse gesintert werden soll, sieht man außerdem eine bekannte Sintereinrichtung in der Kammer vor. Der Auffangbehälter oder die Form ist vorteilhaft mit einer Trennwand oder Abdeckung versehen, womit gesichert wird, daß sich das aktivierte Pulver oder das Sinterprodukt aus der Kammer ohne Beeinträchtigung des regulierten Atmosphärenzustands darin entfernen läßt.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen;

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Systems gemäß der Erfindung mit einer im wesentlichen im Schnitt dargestellten Behandlungskammer, einer Stromquelle und einer Steuereinrichtung]

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines integrierten Pulveraktivier- und -Sintersystems gemäß der Erfindung;

Fig. 3* ²J- und 5 schematische Schnittdarstellungen verschiedener S int er form- und Preßstempelanordnungen mit verschiedenen Heizeinrichtungen, die sich beim Sinterverfahrensschritt erfindungsgemäß verwenden lassen;

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Pig. 6 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit zwischen der Durchbruchsspannung und dem Produkt des Atmosphärendrucks und des Elektrodenabstandes bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 7 eine schematische Schnittdarstellung eines Fig. 2 ähnlichen integrierten Systems mit einer weiteren Steuereinrichtung;

Fig. 8 eine schematische Schnittdarstellung einer abgewandelten Form des integrierten Systems gemäß der Erfindung; und

Fig. 9 eine ähnliche Darstellung zur Veranschaulichung einer weiter abgewandelten Form des erfindungsgemaßen Systems mit integrierter Aktivierung und Sinterbindung zum Aufbringen eines gesinterten Pulvers auf ein Werkstück.

Das in Fig. 1 dargestellte System umfaßt eine Behandlungskammer 1, die einen Einfülltrichter la zur Eingabe des zu behandelnden Pulvers 2, ein Gefäß Ib zum Auffangen des behandelten Pulvers 2' und ein Behandlungsabteil Ic aufweist, das durch eine Kappe 3 dicht verschlossen ist. Der Einfülltrichter la und das Gefäß Ib sind ebenfalls durch einen Deckel 4 bzw. ein Sperrventil 7 dicht verschlossen. Von Federn 9 am Boden des Behandlungsabteils Ic wird ein Vibrationsförderer 8 getragen, dem eine Vibration durch Elektromagnete 10 aufgedrückt wird, die von einer geeigneten Stromquelle 11 gespeist werden. Die Kammer 1 ist außerdem mit einer Evakuiereinrichtung versehen, die ein mechanisches Gebläse 12, eine Rotationsvakuumpumpe Ij5 und ein Sperrventil 14 umfaßt. Ein Vakuumunterbrechungsventil· I5 wird geöffnet, wenn man den Druck in der Kammer 1 auf das normale Atmosphärendruckniveau zurückbringen will.

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Mehrere Anoden l6 sind in das Behandlungsabteil Ic durch Isolatoren I7 und Dichtungen 18, I9, die die obere Wand des Abteils Ic durchsetzen, so eingeführt, daß sie der Oberfläche des Förderers 8 zugewandt sind. Der Förderer 8 ist mit der negativen Klemme einer Gleichstromquelle 20 verbunden, deren positive Klemme mit Jeder der Anodeiil6 über einen gemeinsamen Schalter 21 und Je einen Widerstand 22 verbunden ist. Die zwischen den Anoden 16 und der Oberfläche des Förderers 8 als Kathode stattfindenden Glimmentladungen sind bei 25 angedeutet.

Das System umfaßt weiter eine Einrichtung zum Halten der Abstände zwischen den Anoden 16 und der Kathode 8 auf einem Optimalwert und deren Steuerung im Ansprechen auf eine Änderung des Drucks in den zugehörigen Behandlungsbereichen. Zu dieser Einrichtung gehören hydraulische Zylinder 24 und ihre zugehörigen Kolben 25, die ihrerseits jeweils mit den Anoden 16 durch Verbindungsstücke 26 verbunden sind. Die Druckfluidströmung in die und aus den beiden Kammern in jedem der Zylinder 24 zwecks Vorschiebens und Zurückziehens der zugehörigen Anode 16 wird durchweine hydraulische Steuereinheit 27 in Verbindung mit einer Pumpe 28 und einem Fluidspeicher 29 sowie mit einem Eingang, der vom jeweiligen Widerstand 22 im Entladungskreis zugeführt wird, gesteuert.

Im Betrieb wird die Behandlfiigskammer 1 auf ein Unterdruckniveau im Bereich von IO" bis 10 mm Hg und zweck-

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mäßig zwischen 10 und 10 mm Hg durch das mechanische Gebläse 12 und die Vakuumpumpe 13 evakuiert. Dem federnd auf den Federn 9 gehaltenen Vibrationsförderer 8 wird durch die periodische Speisung der Elektromagnete 10 mit von der Stromquelle 11 gelieferten elektrischen Impulsen eine Vibration aufgedrückt. Infolgedessen wird das vom Einfülltrichter la auf den Förderer 8 fallende Pulver 2 ständig zum

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Samtnelgefäß IbWLn unter Aufwirbelung gefördert. Beim Betrieb des Systems ist natürlich die Einlaßklappe 5 des Einfülltrichters la geöffnet, während die Auslaßklappe 6 des Gefäßes Ib geschlossen ist.

Durch Schließen des Schalters 21 wird eine Glimmentladung zwischen jeder der Anodenstangen 16 und dem Kathodenförderer 8 erzeugt. Ströme von im Glimmentladungsplasma gebildeten energiereichen positiven Gasionen treffen auf das im aufgewirbelten Zustand vom Förderer 8 getragene Pulver 2 und schleudern Sauerstoffatome im Oxidfilm auf den einzelnen Pulverteilchenoberflächen heraus, wodurch diese Oberflächen völlig aktiviert werden. Vom Pulver getrennte gasförmige Verunreinigungen werden aus der Kammer durch das mechanische Gebläse 12 und die Pumpe 12 abgesaugt. Die Menge solcher freigewordener Gase ist nicht immer konstant, so daß es schwierig sein kann, den Druck in der Kammer 1 konstant oder auf einem gewünschten Vakuum zu halten. Eine Änderung des Drucks führt zu instabilen Entladungen und damit zu einer Änderung des Behändlungsablaufs. Diese Änderung oder unregelmäßige Ionenbeschießung läßt sich durch Steuerung des Abstandes d zwischen der Anode 16 und äer Kathode 8 in der Weise beseitigen, daß das Produkt des Abstandes d und des Druckes ρ auf einem bestimmten Wert gehalten wird.

Die Änderung des Drucks ρ läßt sich durch Überwachen der Größe der Glimmentladungsspannung oder -Stromstärke erfassen, die an der Potentialdifferenz erkennbar ist, die am Widerstand 22 auftritt. Bei Ableitung eines Einganges aus einem solchen Parameter bewirkt der hydraulische Zylinder die Steuerung des Abstandes d durch Vorrücken oder Zurückziehen

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der Anode 16 in der Weise, daß das Produkt p.d im wesentlichen konstant gehalten wird. Dank der stabilisierten Entladung erreicht man eine gleichmäßige Aktivierung über sämtliche Pulverteilchen mit entsprechend verbessertem Wirkungsgrad.

Obwohl die Stromquelle 20, wie dargestellt, eine Quelle dauernden Gleichstromes sein kann, ist die Verwendung einer Impulsstromquelle vorzuziehen; das Potential kann vorteilhaft in Form einer Anzahl von Impulsen, an die Elektroden angelegt werden. Hierzu kann man eine Kondensator lade- und -entladestromquelle oder alternativ eine Stromquelle verwenden, bei der der Ausgang einer Gleichstromquelle in bestimmten Abständen mittels eines Schalters unterbrochen wird. Eine solche Stromquelle anstelle einer gleichbleibenden Stromzufuhr ist insofern vorteilhaft, als sie die Anlegung einer höheren Spannung ermöglicht und die Behinderung der Beschußionen durch vom Pulver gelöste Verunreinigungsgase reduziert sowie verhindert, daß das Pulver und die Anode 16 übermäßig erhitzt werden.

Zum Entfernen des aktivierten Pulvers 2' aus dem Sammelgefäß Ib wird die Einlaßklappe 5 geschlossen und die Auslaßklappe 6 geöffnet, während das Sperrventil 7 geschlossen gelassen wird, und danach schließt man die Auslaßklappe wieder. Anschließend wird das Ventil 7 geöffnet, um das Pulver 2' im Raum unterhalb der geschlossenen Auslaßklappe 6 in einen geeigneten Behälter abzulassen. Durch Wiederholen des abwechselnden Schließens und öffnens der Auslaßklappe 6 und des Sperrventils 7 wird das Pulver 2' im Gefäß Ib in eine Anzahl von Behältern überführt, ohne daß der regulierte Atmosphärenzustand in der Behandlungskammer 1 beeinträchtigt wird.

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Beispiel I

Aluminiumpulver einer Teilchengröße von 0,074 mm wurde in einer Unterdruckatmosphäre mit einem Druck ρ von etwa 0,1 mmHg behandelt, indem man das Pulver einer Glimmentladung in einer (im wesentlichen der Darstellung in Fig. 1 entsprechenden) Kammer aussetzte. Der Abstand d zwischen den Elektroden war etwa 1 cm, und das Produkt p.d wurde auf 0,1 mmHg.cm gehalten, wobei eine dauernde Entladespannung von 400 V angelegt war. Der Behandlungsdurchsatz war 12 cnr/min. Das behandelte Pulver konnte bei einer Heiztemperatur von nur 320 ⁰C mit einer herkömmlichen Sintereinrichtung zu einem dichten zusammenhängenden Körper einer Dichte von 92 % der theoretischen Dichte gesintert werden. Bei Anlegung eines pulsierenden Potentials anstelle des gleichbleibenden Potentials bei der Glimmentladungsbehandlung wurde die Entladungsspannung auf 800 V gesteigert, wobei der Behandlungsdurchsatz verdreifacht werden konnte.

Fig. 2 zeigt ein integriertes Pulveraktivier- und -sintersystem, bei dem metallisches Pulver in eine gesteuerte Unterdruckatmosphäre eingeführt und darin im wesentlichen, wie im vorstehenden Beispiel beschrieben, behandelt wird, wonach das Pulver in der gleichen Atmosphäre in einem gasdichten gemeinsamen Gehäuse 31 gesintert wird. Die Einrichtung zur Erzeugung der gesteuerten Atmosphäre im Gehäuse Jl umfaßt eine Vakuumpumpe 32, ein Vakuummanometer 33 und bei diesem Ausführungsbeispiel außerdem eine Inertgasquelle 34 mit einem Steuerventil 35. Das Ventil 35 kann von Hand oder automatisch im Ansprechen auf die Anzeige des Vakuummanometers 33 betätigbar sein, um die Einlaßmenge des Inertgases in das Gehäuse 31 so zu steuern, daß ein bestimmter Vakuumgrad darin während des gesamten Betriebs des Systems aufrechterhalten werden kann.

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Bei diesem System besteht der das Pulver 2 von einem Einfülltrichter 36 auf nehmende Förderer aus einem Endlosband 38, das von einem Paar von Rollen 41 und 42, nämlioh einer Leerlaufrolle 41 und einer Antriebsrolle 42, nämlich geführt wird j

.die um ihre zugehörige Welle rotieren, von denen die letztere durch einen Motor 43 angetrieben wird, um das Band 38 in der Richtung der Pfeile zu bewegen. Das Band 38 ist elektrisch mit der negativen Klemme einer Quelle 44 einsinnig gerichteten Stroms über einen Bürstenstuömabnehmer 45 verbunden, der an der Leerlaufrolle 41 vorgesehen ist. Eine Vibrationseinrichtung 46 ist auch hier vorgesehen, um dem Förderer 38 eine Vibration aufzuzwingen, damit das darauf geförderte Pulver 2 durch eine Behandlungszone 47 im aufgewirbelten Zustand gehalten wird. In der Behandlungszone 47 ist eine anodische Elektrode 48 dem laufenden Band, d. h. der Kathode 38 zugewandt und mit der positiven Klemme der Stromquelle 44 verbunden, um eine Glimmentladung zwischen der Anode 48 und der Kathode zu erzeugen, wodurch das in der Zone 47 aufgewirbelte Pulver dem Beschüß mit kinetische Energie aufweisenden Ionen ausgesetzt wird, die bei der Entladung wie im vorigen Beispiel erzeugt werden. Wie schon angegeben, kann die Stromquelle 44 eine Quelle gleichbleibenden Gleichstroms sein, vorzugsweise ist sie jedoch eine Quelle von Gleichstromimpulsen. Vim Pulver abgeschleuderte gasförmige Verunreinigungen werden kontinuierlich aus der Behandlungszone 47 durch die Vakuumpumpe 32 abgezogen, und frisches Inertgas kann ständig von der Inertgasquelle in das Gehäuse 3¹· eingeführt werden, um die Atmosphäre darin unter Optimalbedingungen zu halten. Der Einfülltrichter 36 ist mit einem Ventil 37 versehen, das offen gehalten wird, bis eine bestimmte Pulvermenge der Behandlungszone 47 zugeführt ist, die von den Abmessungen eines gewünschten Sinterprodukts bestimmt wird.

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Nach dem wesentlichen Merkmal der Erfindung werden die Lageeinstellung der Anode 48 und die Einstellung des Evakuiersteuersystems J52, 33 und 34 derart vorgenommen, daß

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das Produkt p.d im Bereich von 10 bis 10 mmHg.cm gehalten wird, worin ρ der Druck der Atmosphäre in der Kammer und d der Abstand zwischen der Anode und der Kathode ist, wie schon erläutert wurde. Weiter kann wie im Beispiel nach Fig. 1 die Anode 48 verschieblich und eine Steuereinheit vorgesehen sein, um den Abstand d zur Kompensation einer Änderung des Drucks ρ zwecks Aufrechterhaltung ihres Produkts auf einem bestimmten Wert zu ändern.

Stromab der Behandlungszone 47 im Gehäuse J>1 ist ein Abteil 50, das die Sinterkammer darstellt. Das Abteil 50 ist mit einer öffnung 51 durch seine Bodenwand dargestellt, mit der der obere Rand einer beweglichen Form 52 mit einem zum Abteil 50 hin geöffneten Formhohlraum 53 genau eingepaßt fluchtet, um das behandelte Pulver 2' vom bewegten Band 38 aufzunehmen. Hier ist eine hermetische Dichtung vorgesehen, um eine fluiddichte Passung zwischen der Form 52 und dem Abteil 50 zu sichern. Über dem Formhohlraum 53 ist ein Stempel 54 angeordnet, der von einem Preßzylinder 55 getragen wird, um eine Masse des Pulvers 2', die in den Formhohlraum 53 eingefüllt ist, zu komprimieren. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Stempel 54 und die Form 52 in einem Stromkreis mit einer Stromquelle 56 zum Zuführen eines elektrischen Heizstroms direkt durch die Pulvermasse in der Form 52 angeschlossen. Die Kompression und das Erhitzen können gleichzeitig erfolgen. Der Heizstrom kann ein Gleichstrom oder ein handelsüblicher Wechselstrom sein, ist jedoch vorzugsweise ein Gleichstrom, dem ein Hochfrequenzwschselstrom überlagert ist. Dieser letztere Typ von Stromzufuhr beim elektrischen Sintersystem ist vorteilhaft, da er einen

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gleichmäßigen Durchgang des Heizstroms durch die gesamte Masse sichert.

Schwenkbar an der Kante der öffnung 51 montiert ist eine Verschlußklappe 57 gezeigt, die zum Beladen und für den Sintervorgang offengehalten wird. Nachdem ein bestimmter Sintervorgang abgeschlossen ist und sich der Stempel in seine oberste Lage zurückgezogen befindet, wird die Verschlußklappe 57 geschlossen, um eine Verbindung zwischen dem Abteil 50 und dem Formhohlraum 55 zu unterbrechen. Dann kann die Form 52 nach unten in eine Ausleerungslage verschoben werden, wo die gesinterte Masse in der Form 52 daraus entfernt werden kann.

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Form- und Stempelanordnung zum Herstellen gesinterter Körper von Säulengestalt, bei der von einem Paar von Stempeln 58 und 59 und einer zylindrischen Form 6o zur Aufnahme aktivierten Pulvers 2^T und der Stempel Gebrauch gemacht wird. Beim Sinterbetrieb wird der untere Stempel 59 zuerst in die Form βθ zwecks Aufnahme des Pulvers vom laufenden Band 38 eingeführt, und dann werden beide Stempel 58 und 59 angetrieben, um sich gegenseitig anzunähern und das Pulver zwischen diesen in der Form 6ö zu komprimieren.

Fig. 4 zeigt eine andere Heizungsanordnung zum Sintern unter Verwendung einer elektrischen Heizung, die an der Seite der Form 52 außerhalb des Abteils 50 in Fig. 2 vorgesehen ist.

Bei der Anordnung in Fig. 5 dient der Heizung eine Induktionsspule 62, die um einen der Stempel 58 gewickelt ist und von einer Hochfrequenzwechselstromquelle 6j> gespeist wird.

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Aufgrund der Vorteile der Erfindung lassen sich die Sintertemperatur und -zeit merklich im Vergleich mit bekannten Sinterverfahren verringern.

Beispiel II

Um einen Sintermagnet zu erhalten, wurde Pulver einer Samarium-Kobalt-Legierung (SmJt⁰^y) mit 0,05 mm· . Korngröße in eine gesteuerte Atmosphäre von 1 mmHg Argon unter Verwendung einer im wesentlichen in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung eingeführt. Eine Anzahl von Impulsen eines Potentials von 600 V und einer Impulsdauer von 50 MikroSekunden wurden mit einer Frequenz von 10 kHz zwischen unter einem Abstand von 5 cm angebrachten Elektroden in einer Behandlungszone angelegt, durch die das Pulver durchgeführt wurde. Das Pulver in der Behandlungszone wurde einer Entladungsenergie von 3 Coulombs/50 cnr ausgesetzt und danach in eine Form gefüllt. Darin wurde das Sintern in einem Magnetfeld von 1500 Oersted und unter Anwendung eines Preßdrucks von 80 t/cm bei einer Temperatur von 350 ⁰C durchgeführt. Die zum Sintern erforderliche Zeit war etwa 33 Sekunden, und die gesinterte Masse hatte ein maximales Energieprodukt (B.H)_n^_x von 22,8 χ 10 Gauss-Oersted.

In Fig. 6 ist eine Kurve einer Durchbruchsspannung Vs in kV in Abhängigkeit von dem Produkt des Drucks ρ der Atmosphäre in mmHg und des Abstandes d zwischen den Elektroden in cm gezeigt. Diese Kurve ist von Paschen¹s Gesetz abgeleitet und veranschaulicht, daß ein Minimaldurchbruchsspannungsbereich in einem Bereich des Produkts p.dvonlO bis 10 mmHg. cm auftritt und die Kurve in diesem Bereich relativ flach ist. Die Erfindung basiert auf der Feststellung, daß, wenn dieses Produkt p.d in diesem Bereich einreguliert wird, nicht nur

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die Durchbruchsspannung verringert wird, sondern die Stabilität der Glimmentladung derart gesteigert wird, daß die Gleichmäßigkeit und Wirksamkeit der Ionenbeschußbehandlung über eine gegebene Pulvermenge wesentlich gesteigert sind. Weiter kann zu diesem Zweck der Wert von ρ in einem Bereich von

ι λ-3 -2 . . I¹Pi-^iS. -τ.

¹O bis 10 mmHg, vorzugsweise von 10 bis 10 liegen. Der

Wert von d kann in einem Bereich von 10~ bis 10 cm liegen

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und soll praktisch zwischen 10 und 10 cm sein.

Die einzelnen Pulverteilchen können unterschiedliche Verunreinigungsmengen und verschiedene Dicken von Oxidfilmen aufweisen. Das System gemäß Fig. 7, das ebenfalls ein integriertes System ähnlich dem nach Fig. 2 darstellt, enthält eine zusätzliche anpaßbare Steuerfunktion, wodurch ein im wesentlichen konstantes Teilchenaktivierergebnis über die Gesamtheit eines gegebenen Pulvers erhältlich ist. Insbesondere ist die anpaßbare Steuerfunktion nach diesem Ausführungsb'eispiel dazu bestimmt», die von dem in der Aktivierungszone bewegten Pulver abgegebenen Verunreinigungen zu überwachen und die Entladungsarbeit je Fläche oder die Entladungsenergie je (Zeit.Fläche) der auf das bewegte Pulver ausgeübtenGlimmentladung zu steuern.

So umfaßt das System nach Fig. 7 zusätzlich eine Geissler-Röhre 70, die in einem Nebenschluß der Absaugleitung 69 der Kammer 31 zur Erfassung eines Teils der aus der Behandlungszone 47 abgegebenen Gase vorgesehen ist. Die Geissler-Röhre ist bei Speisung geeignet, eine Entladungsbeleuchtung zwischen einem Paar von Elektroden 7I und 72 darin zu erzeugen. Wie bekannt ist, läßt sich die Entladungsbeleuchtung spektral analysieren, um die Arten und Mengen der in der Röhre enthaltenen Gase anzuzeigen. Eine Erfassungseinheit 73 ist

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daher zur Spektralanalyse der Leuchterscheinung in der Röhre 70 vorgesehen, um ein die Menge der Gase darin oder der Verunreinigungen, die aus der Pulveraktivierzone ¹VJ abgegeben werden, anzeigendes Signal zu erzeugen. Der Ausgang der Erfassungseinheit 73 ist mit einem Umformersatz zum Umwandeln des erfaßten Signals in ein Steuersignal zur Steuerung des Motors 43 verbunden, um die Bewegungsgeschwindigkeit des laufenden Bandes J58 im Ansprechen auf das erfaßte Signal zu ändern und so die Entladungsarbeit Je Fläche der Glimmentladung in der Zone 47 angepaßt zu steuern.

Alternativ läßt sich das die Menge der Verunreinigungsemission anzeigende erfaßte Signal verwenden, um die Entladungsarbeit zu steuern, die sich durch Ändern des Produkts des atmosphärischen Drucks und des Elektrodenabstandes, d. h. also Ändern eines der beiden oder beiden Variablen verändern läßt. Weiter kann die Entladungsbeleuchtung zwischen den Behandlungselektroden 48 und 38 auch direkt für den gleichen Zweck spektral analysiert werden. Gegebenenfalls können die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele auch durch irgendwelche zum Ansprechen auf eine Änderung der Menge der gasförmigen Emission geeignete Mittel ersetzt werden.

Das in Fig., 8 dargestellte integrierte System ist wiederum den vorher beschriebenen ähnlich und umfaßt eine plattenförmige Anode 80 in der Behändlungsζone und eine Strangpreßform 65 sowie eine Pressenanordnung mit dem Stempel 54 und einem Ultraschallhorn 81 daran im Sinterbereich. Diese Pressenanordnung wurde als besonders vorteilhaft zum Pressen und Sintern einer Pulvermasse unmittelbar nach der Aktivierung befunden, so daß sich strangge^reßte Körper erhöhter Dichte mit hoher Geschwindigkeit erzeugen lassen.

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Beispiel III

Eisenpulver zum Sinterstrangpressen durch eine Form mit einem Durchmesser von 38 mm wurde in einer Argonatmosphäre mit einem Unterdruck von 5 mmHg durch Behandlung des Pulvers mit einer Glimmentladung bei einer Frequenz von 400 Hz behandelt. Das behandelte Pulver wurde ständig weitergefördert und direkt in die Form gefüllt. Die eingefüllte Pulvermasse wurde durch die Form mit einem Druck von

3 t/cm extrudiert, wobei man gleichzeitig eine Ultraschallvibration von 150 Watt überlagerte. Man erhielt einen gesinterten Körper von I5 mm Länge und 38 mm Durchmesser mit einer Dichte von 92 % der theoretischen Dichte.

Fig. 9 zeigt ein integriertes Pulveraktivier- und -sinterbindesystem mit einer Aktivierungszone, die identisch oder ähnlich derjenigen nach den vorigen Ausführungsbeispielen ist,, und einer Sinterbindungszone, in der ein metallisches Werkstück oder eine metallische Unterlage 9I» die für eine AufSinterung vorgesehen ist, auf einer elektrisch leitenden Platte 92 montiert ist, die mit der negativen Klemme einer Gleichstromquelle 93 verbunden ist. Eine mit der positiven Klemme der Gleichstromquelle 93 verbundene anodische Elektrode 94 ist über dem Werkstück 9I montiert,das die kathüOdische Elektrode bildet. Ebenfalls über dem Werkstück 9I montiert ist ein Preßstempel 95» der beweglich von einem Preßzylinder getragen wird und in den: eine Heizspule 97 eingebettet ist. Die Heizspule 97 wird von einer Stromquelle 98 zwecks Erzeugung der zum Sintern erforderlichen Wärme gespeist. Die Platte 92 und das Werkstück 9I sind beweglich in einer Kammer 99 aufgenommen, die von dem Abteil 90 direkt darüber durch eine Verschlußklappe 100 des schon beschriebenen Typs trennbar ist.

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Bevor das Werkstück 9I Pulver 2' aufnimmt, wird eine Aktivierbehandlung an der Oberfläche des Werkstücks 9I durch Vornahme einer Glimmentladung zwischen der Anode 94 und dem kathodischen Werkstück 9I vorgenommen. Die Glimmentladung ist hier im wesentlichen von der zwischen der Anode 48 und der bewegten Kathode 38 in der Pulveraktivierzone 47 erzeugten Art. Das Ergebnis ist eine Veränderung des Werkstücks 91, das nun eine völlig von Oxidfilmen, Feuchtigkeit und anderen Verunreinigungen gereinigte und koohaktivierte Oberfläche aufweist. Dann läßt man das aktivierte Pulver 2^! vom Förderband 38 herab auf die behandelte Unterlage 9I kommen, bis sich eine gewünschte Schichtdicke ergeben hat. Dann wird der Preßzylinder 96 betätigt, um den Preßstempel 95 in Kontakt mit dem Pulver auf der Unterlage 91 unter Druck zu bringen, und der Heizdraht 97 in dem Preßstempel 95 wird gespeist, um die Sinterhitze zu erzeugen. Da sowohl die Unterlage 9I als auch das Pulver 2' stark aktiviert sind, benötigt man nur eine mäßige Hitze zum Zusammensintern des Pulvers und seiner Verbindung mit der Unterlage 9I.

Beispiel IV

Wolframpulver von 0,05 mm. Korngröße wurde durch Sintern mit einem Molybdänwerkstück verbunden. Das Werkstück wurde durch Erzeugen einer Glimmentladung bei einem Potential von 1 kV und einer Stromstärke von 15 mft. bei einem Produkt des atmosphärischen Drucks ρ und des Elektrodenabstands d von 5 mmHg.cm zwischen dem Werkstück und einer Anode für 3 Minuten vorbehandelt. Das Wolframpulver wurde durch Behandlung mit einer Glimmentladung von 2 kV und 10 mft. bei Einstellung des gleichen p.d-Produkts auf einem in Vibration mit 60 Hz versetzten laufenden Band mit einer Behandlungsdauer

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von 10 Minuten vorbehandelt. Das behandelte Pulver wurde gleichmäßig über das vorbehandelte Molybdänwerkstück
in einer Dicke von 1,2 mm verteilt und durch Sintern damit unter Anwendung eines Preßdrucks von 4 t/cm bei einer Sintertemperatur von 220 ⁰C verbunden. Die zur Sinterverbindung erforderliche Zeit war 20 Sekunden, und die durch Sintern verbundene Schicht hatte eine Bindefestigkeit von 4,2 kg/cm .

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   \ϊ Verfahren zum Aktivieren von Metallpulver zwecks Verbesserung seiner Reinheit und Steigerung seiner Oberflächenenergie im Sinne erhöhter chemischer Aktivität und der Eignung zur Bildung dichterer Blöcke beim Pressen oder Sintern, gemäß dem das Metallpulver im Wirbelschichtzustand einer Glimmentladung zwischen einem Elektrodenpaar unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver in einer verdünnten nichtoxydierenden Gasatmosphäre aufgewirbelt wird, daß man den Abstand (d) zwischen dem Elektrodenpaar und den. Druck (p) der Gasatmosphäre derart einhält, daß ihr Produkt (p.d) in mmHg.cm im Bereich von 10~ bis 10 liegt, und an die Elektroden ein zur Erzeugungäer Glimmentladung dazwischen und zum Beschüß des aufgewirbelten Metallpulvers mit energiereichen Ionen in der Entladung ausreichendes Potential anlegt.

   2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß man den Druck (p) der Gasatmosphäre im Bereich von 10"^ bis 10 mm hält.

   3. Verfahren nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß man ein pulsierendes Potential an die Elektroden anlegt.

   4. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß man das Metallpulver einer Behandlungszone zum Aufwirbeln und zum Ioneribeschuß kontinuierlich zuführt und die durch den Ionenbesohuß von den Pulverteilchenoberflächen abgeschleuderten Verunreinigungen kontinuierlich abzieht.

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   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver von einem Förderer getragen wird, der durch die Behändlungsζone geführt und zum Halten des Metallpulvers im aufgewirbelten Zustand in Vibrationsbewegung versetzt wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderer eine der Elektroden bildet.

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Behandlungszone erfaßt wird, um ein diesen anzeigendes elektrisches Signal zu erzeugen, und der Abstand zwischen den Elektroden im Ansprechen auf das elektrische Signal gesteuert wird, um das Produkt des Drucks und des Abstandes im weeentlichen auf einem bestimmten Wert zu halten.

   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen des Drucks der elektrische Widerstand zwischen den Elektroden erfaßt wird.

   9. Verfahren nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Emission von von den ,Teilchenoberflächen beim Ionenbeschuß abgeschleuderten Verunreinigungen erfaßt wird,

   10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsgeschwindigkeit des Förderers durch die Behandlungszone als Funktion der erfaßten Menge gesteuert wird.

   11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Energieniveau der Glimmentladung als Funktion des erfaßten Wertes gesteuert wird.

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   12. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine Spektralanalyse des Lichts der Glimmentladung zur Bestimmung des Aktivierungsverhaltens des Pulvers vorgenommen wird.

   13· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Metallpulver nach dem Ionenbeschuß kontinuierlich auf einen Festkörper in der Gasatmosphäre fallen läßt und einen Druck auf das Metallpulver gegen den Körper zwecks Verfestigung des Metallpulvers zur Einwirkung bringt.

   14. Verfahren nach Anspruch 13> dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der 1
   gehalten wird.

   der Druck der Atmosphäre im Bereich von 10 bis 10 mmHg

   15· Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver auf einem Förderer gehalten wird und der Förderer in der Glimmentladungszone zwecks Haltens des Pulvers in aufgewirbeltem Zustand in Vibration versetzt wird.

   16, Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper ein mit dem Metallpulver zu plattierendes Werkstück ist, man das Werkstück zwecks Reinigung und Aktivierung vor dem Beschichten mit dem Metallpulver einer Glimmentladung zwischen dem Werkstück und einer Gegenelektrode aussetzt und das Werkstück und das aufgebrachte Metallpulver während der Druckeinwirkung erhitzt.

   17. Verfahren nach Anspruch 15* dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine Sinterform ist und man das Metallpulver während der Druckeinwirkung zwecks Sinterns in der Form erhitzt.

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   18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man während des Sinterns Ultraschallenergie auf das Pulver einwirken läßt.

   19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch eine evakuierbare gasdichte Kammer (1; yi) zur Aufnahme einer verdünnten nicht oxydierenden Gasatmosphäre, einen Förderer (8; 38) zur Aufnahme einer Zufuhr an Metallpulver (2) und dessen Förderung im aufgewirbelten Zustand durch eine Behandlungszone (Ic; 47) hindurch, wenigstens ein Paar von Elektroden (z. B. 8, l6) in der Kammer zur Erzeugung einer Glimmentladung in der Behandlungszone zwecks Beschüsses des Metallpulvers mit energiereichen Ionen in der Entladung und damit Reinigen und Aktivieren des Pulvers, Mittel zum Halten des Abstandes (d) zwischen dem Paar von Elektroden auf einem solchen Wert, daß das Produkt (p.d) des Drucks (p) der Gasatmosphäre und des Ab-Standes (d) in einem Bereich von 10 bis 10 mmHg.cm ist, Aufnahmemittel (z. B. 52) stromab der Behändlungsζone zur Aufnahme des aktivierten Metallpulvers (2¹) in Form einer Masse vom Förderer (8; 38) her, mit den Aufnahmemitteln zusammenwirkende Organe (z. B. 54) zum Pressen des aktivierten Pulvers und Organe (56; 61j 62) zum Erhitzen der gepreßten Masse zwecks Sinterns zu einem zusammenhängenden Körper.

   20. Vorrichtung nach Anspruch 19, weiter gekennzeichnet durch Mittel (12, 13; 32) zum Halten des Drucks in der Kammer (Ij 31) im Bereich von 10 ^ bis 10 mmHg.

   21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderer (8; 38) eine elektrischleitende Oberfläche zum Tragen des Pulvers (2) im aufgewirbelten Zustand aufweist,

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   kathodisch an eine Quelle (z. B. 20) einsinnig gerichteten Stromes angeschlossen und im Abstand gegenüber wenigstens einer Anode (16) angeordnet 1st, die ebenfalls an die Stromquelle (20) angeschlossen ist, wobei die elektrisch leitende Oberfläche und die Anode das Elektrodenpaar bilden.

   22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (z. B. 20) einsinnig gerichteten Stromes eine zum Liefern eines pulsierenden Potentials geeignete Stromquelle ist.

   23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderer im wesentlichen aus einem Endlosband (38) besteht und Mittel (46) zum Aufbringen einer Vibration auf das laufende Endlosband vorgesehen sind.

   24. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf den Druck (p) der Atmosphäre ansprechende Mittel (22, 27, 24) zum Steuern des Abstandes (d) zwischen dem Paar von Elektroden (8, 16) aufweist.

   25. Vorrichtung nach Anspruch 21, zusätzlich gekennzeichnet durch auf die Emissionsmenge der von den Pulverteilchenoberflächen abgeschleuderten Verunreinigungen ansprechende Mittel (70 bis 74) zum Steuern rler Bewegungsgeschwindigkeit des Förderers (38) durch die Behandlungszone (47),« . . -

   26. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß .«die-.Aufnahmemittel ein Werkstück (9I) tragen, das mit dem Pulver (2¹ ) zu plattieren ist, und daß zweite Glimmentladungs-

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   mittel (93, 94) zur Behandlung des Werkstücks (91) mit einem Beschüß energiereicher Ionen zwecks dessen Reinigung und Aktivierung an der Oberfläche vor Aufnahme des aktivierten Pulvers (2') und Mittel (97) zum Erhitzen des Werkstücks und des aktivierten Pulvers während des Fressens zwecks Sinterverbindung der Pulvermasse mit dem Werkstück vorgesehen sind.

   27. "Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmemittel eine Form (z. B. 52; 65) zur Aufnahme des aktivierten Pulvers (2') umfassen.

   28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (81) zur Einwirkung einer Ultraschallwellenenergie auf das kompaktierte Pulver (2') aufweist.

   29. Vorrichtung nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß sie Pulvereinlaßmittel (56) zum Einführen des Pulvers (2) in die Kammer (Jl), Auslaßmittel (51) zur Entfernung des gesinterten Körpers aus der Kammer und Abdichtmittel (57) aufweist, die eine Entfernung des gesinterten Körpers aus der Kammer ohne Beeinträchtigung des regulierten Atmosphärenzustands in der Kammer ermöglichen.

   Vorrichtung nach Anspruch I9 zur Reinigung der Metallpulveroberflächen von Oxidfilmen, Feuchtigkeit und anderen Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vakuumpumpe (IJ) zum Halten des Drucks der Gasatmosphäre in der Kammer (1) im Bereich von 10"^ bis 10 mmHg aufweist und anstelle der Aufnahmemittel, Preßorgane und Heizorgane ein Auffanggefäß (Ib) für das aktivierte Metallpulver (2^f)

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   mit einer Auslaßklappe (6) und einem Sperrventil (7) vorgesehen ist.

   31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Speisung der Elektroden (z. B. 8, 16) eine zur Lieferung eines pulsierenden Potentials geeignete Stromquelle (z. B. 20) aufweist.

   32. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderer (z. B. 8) eine elektrisch'leitende Oberfläche aufweist, die kathodisch mit der Stromquelle (z. B. 20) verbunden ist.

   33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mehrzahl von gemeinsam an die Stromquelle

   (20) angeschlossenen und sämtlich der kathodisch geschalteten leitenden Oberfläche des Förderers (8) zugewandten Anoden (16) aufweist.

   34. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderer aus einem laufenden Band (38) besteht und Mittel zum Aufbringen einer Vibrationsbewegung auf das laufende Band vorgesehen sind.

   35. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf die Emissionsmenge der von den Pulverteilchenoberflächen weggeschleuderten Verunreinigungen ansprechende Mittel (70 bis 72p) zum Steuern der Bewegungsgeschwindigkeit des Förderers (38) durch die Behandlungszone (47) aufweist.

   36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf den Druck in der Kammer ansprechende Mittel zum Steuern des Abstandes (d) zwischen den Elektroden (38, 48) aufweist.

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   37. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Einfülltrichter (la) zum Einführen des
   Pulvers (2) in die Behandlungskammer (1), ein Gefäß (Ib) zur Entnahme des gesammelten aktivierten Pulvers (2*) vom Förderer (8) und Verschlußklappen (5, 6) zur Sicherung der Aufrechterhaltung des regulierten Zustandes in der
   Kammer aufweist.

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