DE2820974A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING METAL OBJECTS - Google Patents
PROCESS FOR MANUFACTURING METAL OBJECTSInfo
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- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Metallgegenständen. Insbesondere bezieht sie sich auf ein neues Verfahren für die Herstellung eines porösen Metallgegenstandes, dessen Leerräume, falls erwünscht, mit einem anderen Stoff gefüllt werden können.The invention relates to the manufacture of metal objects. In particular, it relates to a new process for the manufacture of a porous metal object, the empty spaces of which can be filled with another substance, if desired.
Guß- und Sinterverfahren für die Herstellung von Metallgegenständen sind an sich bekannt. Sie haben jedoch mehrere Nachteile, insbesondere, wenn Gegenstände mit komplizierten Formen oder genauen Abmessungen hergestellt werden sollen. In solchen Fällen ist es bisher teilweise üblich, eine grobe, etwas größere Form zu ge^ßen und dann diese Form in die endgültige Gestalt und mit den benötigten Toleranzen zu schleifen oder sonstwie maschinell zu bearbeiten.Casting and sintering processes for the manufacture of metal objects are known per se. However, they have several disadvantages, especially when dealing with complicated objects Shapes or exact dimensions are to be made. In such cases it has been customary to date to use a a coarse, slightly larger shape and then this shape to be ground or otherwise machined to the final shape and with the required tolerances.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Metallgegenstandes mit komplizierter oder auch einer geradlinigen Form besteht darin, daß eine Mischung aus einem schmelzbaren Bindemittel und Teilchen des Metalls gebildet wird, die Mischung zum Schmelzen des Bindemittels erhitzt wird, der entstandene Brei in eine Form gegossen und das entstandene Gußstück erhitzt wird, damit das Bindemittel entfernt wird und die Metallteilchen gesintert werden.One method of making a metal object with a complex or even a straight shape is that a mixture of a fusible binder and particles of the metal is formed, the mixture is heated to melt the binder, the resulting slurry is poured into a mold and the resulting casting is heated to remove the binder and sinter the metal particles.
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Es wurde nun festgestellt, daß Strangpress- und Spritzgußverfahren für die Bildung von Metallgegenstanden verwendet werden können.It has now been found that extrusion and injection molding processes can be used for the formation of metal objects.
Gemäß der Erfindung umfaßt daher ein Verfahren zur Herstellung eines Metallgegenstandes das Auflösen eines schmelzbaren Bindemittels in einem Lösemittel, die Bildung eines Breis aus der Lösung und Metallteilchen, die Verdampfung des Lösemittels zur Erzeugung eines masse- oder pulverähnlichen Agglomerats des Bindemittels und der Metallteilchen, das Verdichten oder Strangpressen der Masse zur Erzeugung eines geformten Artikels und das Erhitzen des Artikels zur Entfernung des Bindemittels und zum Sintern der Metallteilchen. According to the invention therefore includes a method of manufacture of a metal object, the dissolving of a fusible binder in a solvent, the formation of a Porridge from the solution and metal particles, the evaporation of the solvent to produce a mass or powder-like Agglomerate of the binder and the metal particles, the compression or extrusion of the mass for production a molded article and heating the article to remove the binder and sinter the metal particles.
Die Erfindung geht weiter dahin, daß der Strangpresschritt gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durch einen Einspritzgüßverfahrensschritt (engl.: injection moulding step) ersetzt werden kann.The invention continues that the extrusion step according to the first aspect of the invention by an injection molding process step (injection molding step) can be replaced.
Der gesinterte Gegenstand, der selbstverständlich porös ist, kann das erwünschte Endprodukt darstellen. Wahlweise können auch die Leerräume des Gegenstandes mit einem anderen Stoff ausgefüllt werden, wie z.B. einem Metall, um den Gegenstand im wesentlichen nicht porös zu machen. Der getränkteThe sintered article, which is of course porous, can be the desired end product. Optionally can the empty spaces of the object can also be filled with another substance, such as a metal, around the object essentially non-porous. The soaked one
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oder poröse Gegenstand kann, falls erwünscht, einer abschließenden maschinellen Präge- oder Polierbehandlung unterworfen werden.or porous article can, if desired, a final be subjected to mechanical embossing or polishing treatment.
Das Verhältnis Metallteilchen zu Binder wird vorzugsweise so bestimmt,, daß während der Verdichtungsstufe das Bindemittel die Leerräume zwischen den Teilchen im wesentlichen vollständig ausfüllt. Falls zu viel Bindemittel verwendet wird, besteht nicht genügend gegenseitiger Kontakt zwischen den Teilchen, um eine zusammenhängende Form nach dem Sintern zu bilden. Zu wenig Bindemittel dagegen führt zu Schwierigkeiten beim Strangpress- oder Spritzgußverfahren und führt auch dazu, daß das Produkt eine nicht gleichförmige Dichte besitzt. Insbesondere, wenn die Leerräume schließlich mit einem anderen Stoff gefüllt werden sollen, wird das Volumen des Bindemittels bezüglich des Volumens der Metallteilchen unter Beachtung der oben ausgeführten praktischen Einschränkungen gemäß dem erwünschten Volumen des anderen Stoffes bestimmt, der das Bindemittel in dem fertigen Gegenstand ersetzen soll. 'The ratio of metal particles to binder is preferably determined so that the binder is used during the compaction stage substantially completely fills the spaces between the particles. If too much binder is used there is insufficient mutual contact between the particles to form a coherent shape after sintering to build. Too little binder, on the other hand, leads to difficulties in the extrusion or injection molding process and leads also to the fact that the product has a non-uniform density. Especially when the white spaces eventually come with If another substance is to be filled, the volume of the binder becomes relative to the volume of the metal particles subject to the practical constraints set out above according to the desired volume of the other substance determines who is to replace the binder in the finished article. '
Es ist vorteilhaft, daß die Metallteilchen im wesentlichen homogen über das Bindemittel vor dem Strangpress- oder Spritzgußverfahren verteilt sind. Zu diesem Zweck kann dem Brei ein Verteilungsmittel oder ein Netzmittel beigefügt werden.It is advantageous that the metal particles are substantially homogeneous across the binder prior to extrusion or extrusion Injection molding processes are distributed. For this purpose, a spreading agent or a wetting agent can be added to the slurry will.
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blicherweise besteht das schmelzbare Bindemittel aus Paraffinwachs, das Lösemittel aus Tetrachlorkohlenstoff und ein geeignetes Verteilungsmittel aus Ölsäure. Die Metallteilchen besitzen keine bestimmte, wie z.B. kugelförmige, Gestalt und ihre Größe beträgt typischerweise, aber nicht notwendigerweise, zwischen 5 bis 8 Mikron.Usually the fusible binder consists of paraffin wax, the carbon tetrachloride solvent and a suitable oleic acid spreading agent. The metal particles possess no particular shape, such as spherical, and their size is typically, but not necessarily, between 5 to 8 microns.
Im Folgenden wird der erste Aspekt der Erfindung unter Bezugnahme auf das folgende Beispiel beschrieben, das sich auf die Bildung einer Stange bezieht, die im wesentlichen aus 74 Gewichtsprozent Tungsten und 26 Gewichtsprozent Kupfer besteht.In the following, the first aspect of the invention will be described with reference to the following example relating to FIG refers to the formation of a rod consisting essentially of 74 percent by weight tungsten and 26 percent by weight copper consists.
Paraffinwachs wurde in Tetrachlorkohlenstoff aufgelöst. Einer Menge der Lösung, die 40 g Wachs enthielt, wurden 96Og Tungstenmetallteilchen zugefügt. Die Teilchen besaßen eine unregelmäßige Form und waren pulverisiert. Dann wurde das Lösungsmittel verdampft und der Stoff in Bewegung gebracht; es blieben 1000 g gewachstes Pulver, das 96 % Metall und 4 % Wachs enthielt. Das von den 4 % Wachs eingenommene Volumen war im wesentlichen dasselbe wie das, das von 26 Gewichtsprozent Kupfer ausgefüllt werden sollte. Das gewachste Pulver wurde verdichtet und dann stranggepresst und ergabParaffin wax was dissolved in carbon tetrachloride. One The amount of the solution containing 40 g of wax became 96O g Tungsten metal particles added. The particles were irregular in shape and pulverized. Then the solvent became vaporizes and sets the fabric in motion; 1000 g of waxed powder remained, which was 96% metal and Contained 4% wax. The volume occupied by the 4% wax was essentially the same as that of 26% by weight Copper should be filled in. The waxed powder was compacted and then extruded to give
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eine runde Stange mit einem Durchmesser von 8 mm. Passende Abschnitte der stranggepressten Stange wurden abgeschnitten und erhitzt, um das Wachs zu entfernen und die Tungstenteilchen zu einer runden Stange zu sintern, die im wesentlichen aus 52 Volumenprozent Tungsten und ungefähr 48 Volumenprozent Leerräumen bestand. Die Erhitzung wurde dann bei Vorhandensein von geschmolzenem Kupfer wiederholt, so daß das Kupfer die Leerräume zwischen den gesinterten Tungstenteilchen ausfüllte. Das Kupfer konnte dann an Ort und Stelle festwerden. Schließlich wurde die Stange maschinell zur Erzielung des gewünschten Äußeren und der gewünschten Masse behandelt.a round rod with a diameter of 8 mm. Appropriate sections of the extruded rod were cut off and heated to remove the wax and to sinter the tungsten particles into a round rod that is substantially consisted of 52 volume percent tungsten and approximately 48 volume percent voids. The heating was then repeated in the presence of molten copper so that the copper clears the voids between the sintered tungsten particles filled out. The copper could then set in place. Eventually the pole became machined treated to achieve the desired appearance and mass.
Ein Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung könnte ζ.Θ. an Sterling- oder Feinsilber zur Herstellung von Modeschmuck ausgeführt werden, indem der Strangpresschritt durch einen Spritzgußschritt ersetzt wird. Nach der Entfernung des Bindemittels und dem Sintern muß der gegossene Artikel nur einer Prägebehandlung zur Beendigung des Herstellungsverfahrens unterzogen werden. Das Verfahren gemäß diesem Aspekt der Erfindung vermeidet die herkömmlichen Herstellungsverfahren des Schlicker- und Wachsgusses oder die Verwendung eines komplizierten Pulverpresswerkzeuges mit mehrfacher Bewegung für die Herstellung eines Presskörpers.A method according to the second aspect of the invention could ζ.Θ. of sterling or fine silver for the production of costume jewelery can be carried out by replacing the extrusion step with an injection molding step. After removing the Binder and sintering, the molded article only needs one embossing treatment to complete the manufacturing process be subjected. The method according to this aspect of the invention avoids the conventional manufacturing methods the slip and wax casting or the use of a complicated powder press tool with multiple Movement for the production of a compact.
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iline poröse Metallprobe, die 96 % Britannia Silber enthielt, wurde wie folgt hergestellt:a porous metal sample containing 96% Britannia silver, was made as follows:
1. Eine Menge von Johnson Matthey Typ EC Silberpulver, wobei das einzelne Silberteilchen eine Durchschnittsgröße von 8 bis 12 Mikron besaß, wenn eine minus 200 Maschen-Fraktion eines derartigen Pulvers auf einer Fisher Subsiebgrößenbestimmvorrichtung gemessen wird.1. A lot of Johnson Matthey Type EC silver powder, being the individual silver particle averaged 8 to 12 microns in size when a minus 200 mesh fraction of such powder on a Fisher sub sieve sizer is measured.
2. Mit einer herkömmlichen Pulvermetallverdichtungspresse2. Using a conventional powder metal compaction press
wurde bei einem relativ niedrigen Druck von 1 bis 10 twas at a relatively low pressure of 1 to 10 t
2
pro 6,45 cm ein Pulverpresskörper hergestellt. Der Druck sollte so eingestellt werden, daß sichergestellt
ist, daß der Presskörper mit einer Dichte von ungefähr 6,0 g/cc hergestellt wird, d.h. 57 % der theoretischen
Dichte von Silber, die 10,5 g/cc beträgt. Falls erwünscht, kann das Pulver mit einem Kunstharz oder einem ähnlichen
Stoff zur Verbesserung der Festigkeit und Genauigkeit der Form vorumhüllt werden.2
a powder compact was made per 6.45 cm. The pressure should be adjusted to ensure that the compact is produced at a density of approximately 6.0 g / cc, ie 57% of the theoretical density of silver which is 10.5 g / cc. If desired, the powder can be pre-coated with a synthetic resin or the like to improve the strength and accuracy of the shape.
3. Der Presskörper wurde für eine geeignete Zeit bei einer geeigneten Temperatur, z.B. 3 bis 4 Minuten bei 600 C, zui^weiteren Verfestigung des Presskörpers erhitzt. Die Porosität kann später gefüllt werden, indem der Artikel mit einem Stoff von niedriger Dichte, z.B. einer geeigneten Form eines Kunstharzes, getränkt wird.3. The compact was for a suitable time at a suitable temperature, e.g. 3 to 4 minutes at 600 C, heated for further solidification of the compact. the Porosity can later be filled by covering the article with a low density material such as a suitable Form of a synthetic resin that is impregnated.
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Auf diese Weise wird der Gegenstand aus einem Stoff hergestellt, der gewichtsmäßig vorwiegend Silber ist, z.B. 96 %(Britannia) oder 92,5 % (Standard) und gewichtsmäßig nur einen kleinen Anteil Harz, z.B. 4 % bzw. 7,5 % enthält. In this way the article is made from a fabric which is predominantly silver by weight, e.g. 96% (Britannia) or 92.5% (standard) and by weight only contains a small proportion of resin, e.g. 4% or 7.5%.
Die Tränkung mit Harz kann wie folgt durchgeführt werden:The impregnation with resin can be carried out as follows:
1. Der erhitzte Gegenstand wird in einen Autoklav gelegt.1. The heated object is placed in an autoclave.
2. Der Autoklav wird geschlossen, die Vakuumpumpe betätigt und der Druck auf ein Vakuum von 28 Zoll (x 25,40 mm) bis 29 Zoll (x 25,40 mm) Quecksilber verringert. Das Vakuum wird 20 Minuten lang aufrechterhalten.2. The autoclave is closed, the vacuum pump is actuated and the pressure is increased to a vacuum of 28 inches (x 25.40 mm) 29 inches (x 25.40 mm) of mercury reduced. The vacuum is maintained for 20 minutes.
3. Noch im Vakuum wird Harz in den Autoklav zur Bedeckung des Gegenstandes gezogen.3. While still under vacuum, resin is drawn into the autoclave to cover the object.
4. Die Vakuumpumpe wird abgestellt, das Innere kann auf normalen Atmosphärendruck zurückkehren und dann wird Luft unter Druck zugeführt, bis der Autoklav 90 bis 100 Pfund je Quadratzoll (90 - 100(x 0,07031)=kp/cm2) erreicht. Der Druck wird 30 Minuten lang beibehalten.4. The vacuum pump is turned off, the interior is allowed to return to normal atmospheric pressure, and then pressurized air is admitted until the autoclave reaches 90-100 pounds per square inch (90-100 (x 0.07031) = kgf / cm 2 ). The pressure is maintained for 30 minutes.
5. Das Harz wird in den Behälter zurückgeführt, der Druck abgelassen und das Harz kann von dem Gegenstand tropfen.5. The resin is returned to the container, the pressure released and the resin allowed to drip off the object.
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12.5.78 ' - 11 -5/12/78 '- 11 -
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Der Autoklav wird geöffnet under Gegenstand entfernt.The autoclave is opened and the object is removed.
6. Der Gegenstand wird in kaltem Wasser abgewaschen und getrocknet.6. The item is washed off in cold water and dried.
7. Das Harz härtet eine Stunde lang bei 130° C aus.7. The resin cures for one hour at 130 ° C.
Gegenstände, die gemäß den obigen Ausführungen aus Britannia Silber hergestellt worden waren, wiesen die folgenden Exngenschaften auf:Items made from Britannia silver as described above included the following Excellencies on:
1. Dichte - durch Wiegen, Messen und Berechnung bestimmt 8,13 g/cc. Verglichen mit der theoretischen Dichte eines Stoffes aus 86,5 % Silber und 3,5 % Harz, nämlich 8,22/cc, ist das ein guter Wert.1. Density - determined by weighing, measuring and calculating 8.13 g / cc. Compared to the theoretical density of a fabric made of 86.5% silver and 3.5% resin, namely 8.22 / cc, is that a good value.
Das Harz hatte angeblich eine Dichte von 1,1 g/cc.The resin reportedly had a density of 1.1 g / cc.
Die theoretische Dichte einer herkömmlichen Silber-Kupfer-Legierung, die 96,5 % Silber enthält, beträgt 10,44 g/cc. Somit war das Volumen des Silber-Harz-Produktes ungefähr 28 % größer als das entsprechende Gewicht von Silber-Kupfer mit demselben. Silbergehalt.The theoretical density of a conventional silver-copper alloy, which contains 96.5% silver is 10.44 g / cc. Thus was the volume of the silver-resin product about 28% greater than the equivalent weight of silver-copper with it. Silver content.
2. Der durch Analyse bestimmte Silbergehalt betrug 96,5 %.2. The silver content determined by analysis was 96.5%.
3. Der aufgrund der beiden obigen Bestimmungen berechnete volumenmäßige Silbergehalt betrug 75 %.3. The one calculated on the basis of the two provisions above silver content by volume was 75%.
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-,2.5.78 809846/1015 _ 12 --, 2.5.78 809846/1015 _ 12 -
ι η einem alternativen Verfahren gemäß der Erfindung können die Metallteilchen mit einem Wachs überzogen werden. Nach der Bildung eines Presskörpers mittels Strangpress- oder Spritzgußverfahrens wird das Wachs entfernt und der Presskörper gesintert und mit Harz getränkt. In an alternative method according to the invention, the metal particles can be coated with a wax. After the formation of a compact by means of extrusion or injection molding, the wax is removed and the compact is sintered and impregnated with resin.
Diese alternative Verfahren vermeidet die gewöhnlich mit dem Verdichtungsverfahren verbundenen Schwierigkeiten.This alternative method avoids the difficulties usually associated with the densification process.
Es wurde festgestellt, daß Gegenstände mit komplizierten Formen leicht durch Verdichtung von vorbehandelten Teilchen wie folgt hergestellt werden können :It has been found that articles with intricate shapes can be easily formed by densifying pre-treated particles can be produced as follows:
1. Einer Menge Silberteilchen wurde ein Anteil Paraffinwachs zugefügt, so daß derVolumenanteil des Wachses im Verhältnis zum Silbermetall derselbe ist, wie der des Harzes in dem fertigen Gegenstand - in diesem Beispiel ungefähr 6 % Wachs.1. A portion of paraffin wax became a portion of the silver particles added so that the volume fraction of the wax in The ratio to the silver metal is the same as that of the resin in the finished article - in this example about 6% wax.
Das Verfahren, das für das Hinzufügen von Wachs oder den Überzug mit Wachs der Metallteilchen verwendet wurde,ist dasselbe wie oben.The method used for adding wax or waxing the metal particles is the same as above.
2. Mit einem geeigneten Werkzeugsatz oder Stempeln in einer Strangpresse oder in einer Spritzgußmaschine wurden Vorformlinge mit der benötigten Größe und Form aus den mit2. With a suitable tool set or punches in an extruder or in an injection molding machine, preforms were made with the required size and shape from the with
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12.5.78 - 13 -5/12/78 - 13 -
809846/1015809846/1015
Wachs versehenen Teilchen hergestellt.Wax-made particles.
3. Nach der Entfernung der Gießansätze wurden die Vorformlinge in einen Ofen gelegt und dann zur Verdampfung des Wachses erhitzt und danach weiter zum Sintern des Vorformlings erhitzt.3. After removal of the casting batches, the preforms were placed in an oven and then heated to evaporate the wax and then continue to sinter the preform heated.
4. Dann wurden die Poren der Vorformlinge mit Harz auf ähnliche Weise, wie für die Presskörper beschrieben, gefüllt. Das ergab einen Gegenstand, der 92,5 Gewichtsprozent Standard (Sterling) Silber und den Rest ein Nichtmetall, z.B. Harz mit niedriger Dichte, enthielt.4. Then the pores of the preforms were made similar with resin Way, as described for the compacts, filled. This resulted in an article that was 92.5 percent by weight Standard (sterling) silver and the rest a non-metal, e.g. low density resin.
Falls erwünscht, kann die Harztränkmasse durch eine Metalltränkmasse ersetzt werden. Darüberhinaus kann das Harz mit einem feinen Metall oder anderen Teilchen oder einem Farbmittel beladen werden.If desired, the resin impregnating compound can be replaced by a metal impregnating compound be replaced. In addition, the resin can be mixed with a fine metal or other particles or a colorant be loaded.
Als Wachse sind alle geeigneten Tier-, Mineral-, Pflanzen-, oder Kunstwachse wie Ester, Bienenwachs und die Paraffine mit höherem Molekulargewicht verwendbar.All suitable animal, mineral, vegetable or artificial waxes such as esters, beeswax and paraffins are suitable as waxes usable with higher molecular weight.
Das in dem obigen Beispiel verwendete Harz war ein aushärtendes Polyesterharz, das unter dem eingetragenen Warenzeichen METALSEAL V 15 von der Firma Industrial Impregnations Ltd. in Colnbrook, England, verkauft wird.The resin used in the above example was a thermosetting polyester resin sold under the registered trademark METALSEAL V 15 from Industrial Impregnations Ltd. in Colnbrook, England.
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12.5.78 - 14 -5/12/78 - 14 -
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:s können jedoch auch andere Harze, wie Acryl, Epoxid, olystyrol, Polymethylmethacrylat mit oder ohne Farbmittel verwendet werden. Weiterhin können die Harze in der Form von Lösungen oder Dispersionen verwendet werden.: However, other resins such as acrylic, epoxy, olystyrene, polymethyl methacrylate with or without colorants can be used. Furthermore, the resins in in the form of solutions or dispersions.
Bei Ersetzung des Harzes durch eine Metalltränkmasse wird der Vorteil erzielt, daß während des Sinterns Metall an Metall haftet, was einen Gegenstand mit hoher Festigkeit ergibt.If the resin is replaced by a metal impregnating compound, the advantage is achieved that metal on during sintering Metal adheres, resulting in an article with high strength.
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|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: JOHNSON MATTHEY PLC, LONDON, GB |
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |