DE2733277A1

DE2733277A1 - Verfahren zur herstellung von koerpern aus nickel oder einer nickellegierung

Info

Publication number: DE2733277A1
Application number: DE19772733277
Authority: DE
Inventors: Jaceques Devillard
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1976-07-29
Filing date: 1977-07-22
Publication date: 1978-02-02
Also published as: GB1567850A; FR2359665A1; FR2359665B1; JPS5352213A; SE7708663L

Description

Patentanwälte Kader« Klunker Knoebel.tr. 36 8 München 22

PATENTANWÄLTE DR. KADOR & DR. KLUNKER

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COMMISSARIAT A L¹ENERGIE ATOMIQUE 29, rue de la Federation

F-75752 Paris Cedex 15 / Frankreich

Verfahren zur Herstellung von Körpern aus Nickel oder ei ner Nickellegierung

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Körpern aus Nickel oder einer Nickellegierung durch Pulvermetallurgie und insbesondere auf ein Verfahren, das die Herstellung von Körpern auf der Basis von Nickel gestattet, die gute mechanische Eigenschaften, insbesondere eine geringe Ermüdung, zeigen, und zwar aufgrund einer besonderen Struktur des Metalls oder der Legierung, aus denen die Körper bestehen.

Diese besondere Struktur wird nachstehend als "collierartige" Struktur bezeichnet. Diese Struktur zeichnet sich durch eine heterogene Anordnung der den Körper bildenden Materialien aus und insbesondere dadurch, daß große Körner vorliegen, die von feinkristallinen Körner kleinerer Abmessungen umgeben und untereinander verschweißt sind.

Diese collierartige Struktur ist bereits bekannt und zeichnet sich dadurch aus, daß sie Körpern aus Nickel oder einer Nickellegierung gute mechanische Eigenschaften verleiht, insbesondere eine ausgezeichnete oligozyklische Ermüdungsbeständigkeit zwischen 550 und 65O⁰C. Aufgrund der Entwicklung von Verfahren zur Herstellung dieser Struktur hat sich diese in zahlreichen Bereichen als sehr vorteilhaft erwiesen, insbesondere bei der Anwendung für Druckscheiben.

Bisher hatte man Körper mit dieser collierartigen Struktur dadurch erhalten, daß man aus verfestigtem Pulver geformte Knüppel thermomechanischen Behandlungen, wie dem Schmieden/ unterworfen hatte und danach das so behandelte Pulver zur Herstellung von Körpern definierter

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Form mit dieser Struktur einer Formgebung unterworfen hatte. Diese Arbeitsweisen machten schwere und aufwendige Vorrichtungen, wie isostatische Pressen oder Strangpressen, erforderlich, was sich stark auf die Kosten auswirkte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weniger aufwendiges Verfahren zur Herstellung von Körpern bestimmter Form aus Nickel oder einer Nickellegierung zu schaffen, die eine collierartige Struktur aufweisen, und zwar mittels Pulvermetallurgietechniken, wie dem Wärmefließformen oder dem Drucksintern.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Körpern aus Nickel oder einer Nickellegierung mit collierartiger Struktur, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine Schicht aus Ni₃P oder Ni₃As auf ein Pulver aus Nickel oder einer Nickellegierung mit einem Korndurchmesser von wenigstens 100 μ aufbringt und das so überzogene Pulver unter einem Druck von wenigstens 50 bar, vorzugsweise 150 bis 1000 bar, maximal eine Stunde, vorzugsweise zwischen 10 min und 1 h, bei einer Temperatur zwischen 1100 und 1300⁰C drucksintert. Der erhaltene Körper wird anschließend kontrolliert abgekühlt.

Das Ni₃P oder Ni₃As wird vorzugsweise in einer solchen Menge aufgebracht, daß ein Pulver erhalten wird, das einen Gehalt an Ni₃P oder Ni₃As von 100 bis 500 ppm aufweist.

Dieses Verfahren hat insbesondere den Vorteil, daß die

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collierartige Struktur durch Sintern des Pulvers bei geeigneten Bedingungen sichergestellt wird und daß keine zusätzlichen Bearbeitungsschritte zur endgültigen Formgebung des Körpers erforderlich sind sondern dieser vielmehr direkt beim Sintern mittels üblicher billiger Vorrichtungen erhalten wird.

Bei dem Verfahren sind die Dimensionen der Pulverkörner, die Temperaturbedingungen, der Druck und die Sinterdauer wichtige Parameter, um die collierartige Struktur sicherzustellen.

Soweit die Dimension der Pulverkörner betroffen ist, ist es erforderlich, daß diese einen Durchmesser von wenigstens 100 μ aufweisen, wobei ein Bereich zwischen 100 und 1000 μ bevorzugt wird.

Ferner ist es vorteilhaft, daß das Pulver aus Körnern besteht, die bezüglich ihrer Abmessungen weitgehend gleichförmig sind.

Bezüglich der Sinterung werden die Sinterdauer, die Temperatur und der beim Sintern angewandte Druck innerhalb der vorstehend genannten Bereiche gewählt und untereinander sowie in Abhängigkeit von der Dimension der Pulverkörner abgestimmt, und zwar derart, daß während dem Sintern eine wesentliche Diffusion der flüssigen Phase in die Masse der Pulverkörner vermieden wird, die sich beim Sintern aufgrund der vorher auf die Oberfläche des

Pulvers aufgebrachten Schicht aus Ni₃P oder Ni₃As bildet.

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Durch geeignete Wahl der Parameter wird somit die Diffusion des Ni-P oder Ni₃As auf die Peripherie der Pulverkörner lokalisiert und es wird vermieden, daß diese flüssige Phase das Innere der Körner erreicht, das während dem Sintern unverändert bleibt.

Nach dem Sintern erhält man eine collierartige Struktur, da das Innere der Pulverkörner unverändert ist und von einem Ring feinkristalliner Körner umgeben ist, die sich während dem Sintern bilden.

Ferner ist es beim Sintern vorteilhaft, sicherzustellen, daß das Erhitzen des Pulvers auf Sintertemperatür so schnell wie möglich erfolgt, insbesondere im Temperaturbereich zwischen 88O⁰C und der Sintertemperatur, d.h. beim Auftreten der flüssigen Phase, die sich durch das Ni_P oder Ni₃As bildet, um eine wesentliche Diffusion dieser flüssigen Phase während des Erhitzens zu verhindern.

Vorzugsweise wird das Pulver solchermaßen erhitzt, daß die Temperatur um 1000⁰C je Stunde zunimmt, und zwar wenigstens in dem Temperaturbereich zwischen 880⁰C und der Sintertemperatur.

Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält man Körper mit collierartiger Struktur durch Wärmestrangpressen eines Pulvers aus Nickel oder einer Nickellegierung mit einem Korndurchmesser von wenigstens 100 μ, wobei das Pulver von einer Schicht aus Ni₃P oder Ni₃As überzogen ist.

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Die beiliegende Zeichnung zeigt die collierartige Struktur eines Körpers, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert. Bei diesen Beispielen wurde eine Supernickellegierung verwendet, die von der Societe INCO unter dem Warenzeichen IN100 verkauft wird.

Beispiel 1

Es wurde die vorgenannte Legierung in Form eines Pulvers verwendet, dessen Körner eine mittlere Größe zwischen 100 und 300 μ aufwiesen.

Auf das Nickelpulver wurde eine feine Schicht aus Ni^P auf chemischem Weg aufgebracht, und zwar derart, daß das Nickelpulver einen Gehalt von 300 ppm Ni-P aufwies. Die Schicht wurde in üblicher Weise aufgebracht, indem das Pulver der Supernickellegierung in ein wässriges Bad, das Nickelchlorid (NiCl₂*6H₂O), Natriumacetat, Natriumhypophosphit (Reduktionsmittel) und hypophosphorige Säure enthielt, eingebracht und konstant gerührt wurde.

Die Schicht aus Ni-P wurde bei einer Temperatur zwischen 30 und 50⁰C aufgebracht, wobei durch Zugabe von Natriumhypophosphit der pH-Wert des Bades von 6 auf 4 verändert wurde.

Das solchermaßen überzogene Pulver wurde anschließend in einen Vakuumofen zur Drucksinterung eingebracht.

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Das Pulver wurde solchermaßen erhitzt, daß die Sintertemperatur, das ist 1200⁰C, schnellstmöglich erreicht wurde. Das Sintern wurde bei dieser Temperatur unter einem Druck von 300 bar 10 min lang durchgeführt. Die mechanischen Eigenschaften des erhaltenen Körpers waren folgende:

- Elastizitätsgrenze bei 0,2 % 90 Hektobar,

- Bruchbelastung 135 Hektobar und

- Bruchdehnung 16 bis 20 % total. 10

Beispiel 2

Es wurde eine Nickellegierung in Form eines Pulvers mit Körnern einer mittleren Größe zwischen 100 und 300 μ eingesetzt. Auf dieses Legierungspulver wurde auf chemischem Weg wie in Beispiel 1 eine Schicht aus Ni P aufgebracht, bis dieses einen Gehalt an Ni₃P von 300 ppm aufwies. Das Sintern des überzogenen Pulvers wurde bei einem Druck von 600 bar, einer Temperatur von 1200⁰C und einer Zeit von 10 min durchgeführt.

Wie bei Beispiel 1 wurde das Erhitzen des Pulvers so durchgeführt, daß die Sintertemperatur möglichst schnell erreicht wurde.

Beispiel 3

Es wurde eine Legierung in Form eines Pulvers verwendet, deren Körner einen mittleren Durchmesser zwischen und 600 μ aufwiesen. Auf dem Legierungspulvor wurde eine feine Schicht aus Ni-P auf chemischem Wege, wie

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in Beispiel 1 beschrieben, aufgebracht, und zwar derart, daß der Gehalt an Ni ..P 300 ppm betrug. Das Pulver wurde anschließend in einem Vakuumofen bei einer Temperatur von 1210⁰C und einem Druck von 350 bar 10 min lang druckgesintert.

Beispiel 4

Es wurde ein Legierungspulver einer mittleren Korngröße zwischen 100 und 300 μ verwendet. Auf dem Pulver wurde auf chemischem Weg, wie in Beispiel 1 beschrieben, eine feine Schicht aus Ni-P dermaßen aufgebracht, daß dieses einen Gehalt an Ni-P von 300 ppm erreichte. Das so überzogene Pulver wurde dann in einem Vakuumofen bei einer Temperatur von 1220⁰C, einem Druck von 150 bar 10 min lang druckgesintert.

Beispiel 5

Es wurde ein Pulver aus einer Nickellegierung einer mittleren Größe zwischen 100 und 300 μ eingesetzt. Auf dem Nickellegierungspulver wurde eine feine Schicht aus Ni,P auf chemischem Wege, wie in Beispiel 1 beschrieben, derart aufgebracht, daß ein Gehalt an Ni-^P

von 400 ppm erreicht wurde. Das überzogene Pulver wurde anschließend in einem Vakuumofen bei einer Temperatur von 1210⁰C und einem Druck von 350 bar 10 min lang druckgesintert.

Die gemäß Beispielen 1 bis 5 erhaltenen Körper wiesen eine collierartige Struktur entsprechend der beiliegenden Zeichnung auf, in der die großen Körner aus

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Nickellegierung umgeben von feinkristallinen Körnern ersichtlich sind.

Beispiel 6
5

Es wurde ein Pulver einer Nickellegierung eingesetzt, dessen Körner eine mittlere Größe zwischen 100 und 300 μ aufwiesen. Auf dem Pulver wurde eine feine Schicht aus Ni^P auf chemischem Wege, wie in Beispiel 1 beschrieben, derart aufgebracht, daß ein Gehalt an Ni-P von 300 ppm erreicht wurde. Dieses Pulver wurde in einen weichen unter Vakuum verschlossenen Behälter eingebracht und anschließend unter einem Druck von 100 kg/mm^a wärmestranggepreßt. Der Behälter wurde anfänglich während 3/4 Stunden auf 800⁰C erhitzt und danach während 1/4 Stunde auf 1000⁰C. Der Behälter wurde dann in eine Strangpresse mit einem Querschnittsverhältnis von 4 eingebracht. Die Strangpresse wurde auf eine Temperatur von 300⁰C vorerwärmt. Die erhaltenen Körper wiesen eine collierartige Struktur auf.

Es zeigte sich, daß bei Anwendung des Wärinestrangpressehs eine Struktur erhalten wurde, bei der die großen Nickelkörner, die von einem Ring feinkristalliner Körner-umgeben sind, eine ein wenig längliche Struktur aufweisen.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu Körpern mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften, die eine collierartige Struktur aufweisen. Der Phosphorgehalt der Körper beträgt zwischen 100 und 500 ppm.

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Leerseite

Claims

Patente η S ^p r ü c h e

1. Verfahren zur Herstellung von Körpern aus Nickel oder einer Nickellegierung mit collierartiger Struktur, dadurch gekennzeichnet , daß man eine Schicht aus Ni^P oder Ni-As auf ein Pulver aus Nickel oder einer Nickellegierung mit einem Korndurchmesser von wenigstens 100 μ aufbringt und das so überzogene Pulver unter einem Druck von wenigstens 50 bar maximal eine Stunde bei einer Temperatur zwischen 1100 und 1300⁰C drucksintert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Pulver aus Nickel oder einer Nickellegierung mit einem Korndurchmesser zwischen 100 und 1000 μ einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man auf dem Pulver aus Nickel oder einer Nickellegierung eine Schicht aus Ni-P oder Ni-As derart aufbringt, daß das Pulver einen Gehalt an Ni-P oder Ni-As von 100 bis 500 ppm aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man 10 min bis 1 h sintert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß ein Druck zwischen 150 und 1000 bar angewandt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Pulver zur Sinte-

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ORtGlNAL INSPECTED

rung dermaßen erhitzt wird, daß die Sinterungstemperatur so schnell wie möglich erreicht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Erhitzen, insbesondere zwischen 88O⁰C und der Sintertemperatur mit einer Temperaturerhöhung von etwa 1000°C/h durchgeführt wird.

8. Verfahren zur Herstellung von Körpern aus Nickel

oder einer Nickellegierung mit collierartiger Struktur, dadurch gekennzeichnet , daß man eine Schicht aus Ni₃P oder Ni.As auf ein Pulver aus Nickel oder einer Nickellegierung mit einem Korndurchmesser von wenigstens 100u aufbringt und das so überzogene Pulver wärmestrangpreßt.

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