DE3143190A1

DE3143190A1 - Verfahren zur herstellung von gegenstaenden aus sintermetall

Info

Publication number: DE3143190A1
Application number: DE19813143190
Authority: DE
Inventors: Terence Michael 49441 Kuskegon Mich. Cadle; John William Coventry West Midlands Hone
Original assignee: Brico Engineering Ltd
Current assignee: Federal Mogul Coventry Ltd
Priority date: 1980-11-19
Filing date: 1981-10-30
Publication date: 1982-06-24
Also published as: JPS57116703A; GB2087929B; GB2087929A; FR2494152A1; US4412873A

Description

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Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus S i η termetal1

Besen rei bung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Sintermetall , wobei man auf die Oberfläche einer Grundstruktur aus Sintermetall ein Metall aufsprüht oder aufbringt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Metall der Grundstruktur besitzt und das in geschmolzenem Zustand in die Grundstruktur eindringt,und dann die Grundstruktur auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des aufgesprühten oder aufgebrachten Metalls erhitzt, damit dieses Metall in die Grundstruktur aus Sintermetall eindringt. Beispielsweise können solche Metallgegenstände Dichtungsringe im Bereich von 12 bis 25 mm Durchmesser zur Verwendung entweder als Wellendichtungen oder als Dichtungsringe in sich hin und her bewegenden Kolben-Zylinder-Anordnungen, _wie zum Beispiel Stoßdämpfern, sein.

Gegenstände, die durch Sintern von Meta 11pu1 vern hergestellt wurden, enthalten im allgemeinen innere Poren. Diese Poren sind deshalb un vo rt'e i 1 haf t , we i 1 sie die Festigkeit und den Elastizitätsmodul des Gegenstandes im Vergleich zu ähnlichen Gegenständen, die zum Beispiel durch Gießen und Schmieden hergestellt wurden , verringern

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Zwei, bekannte Vorschläge zur Vermeidung dieser Nachteile sind, kupfer auf die Oberfläche des Gegenstandes zu sprühen oder Kupf e rpul ver oder ein Stück aus Kupfer oder Kupferlegierung geeigneter Form auf die Oberfläche des Gegenstandes aufzubringen und dann das Kupfer oder die Kupferlegierung sowie den Gegenstand auf eine Temperatur, oberhalb des Schmelzpunkts von Kupfer oder der Kupferlegierung zu erhitzen, so daß das Kupfer oder die Kupferlegierung in die Poren eindringt. Dabei muß Verlangt werden, daß das Gewicht des auf den Gegenstand aufgebrachten Kupfers sorgfältig kontrolliert wird, damit genügend Kupfer zur Ausfüllung der Poren, aberkein Überschuß an Kupfer vorhanden ist.

Ein Nachteil dieser früheren Vorschläge ist darin zu sehen j, daß im Falle von Artikeln kleiner Größe und kleinen Gewichts, in dem sehr geringeMengen an Kupfer oder Kupferlegierung notwendig sind , die Menge an Kupfer oder Kupferlegierung, die sich mit dem gesinterten Artikel verbindet, aufgrund der Art, in der Kupfer oder Kupferlegierung aufgebracht wird, nicht genau kontrolliert v;erden kann.

Entsprechend wird die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensstufe des Sprühens oder Aufbringens dadurch ersetzt wird, daß man die Grundstruktur mit dem Metall plattiert. Die Anwendung der Verfahrensstufe des ■Plattierens gestattet das genaue Aufbringen einer sorgfältig kontrollierten Menge des P1attierungsmetal1s auf

die Grundstruktur. Dies sichert ein Höchstmaß an Festigkeitseigenschaften beim Endartikel zusammen mit Kostenersparnissen durch die Vermeidung von P1attierungsmeta11-abfal1 .

Ein weiterer Nachteil der genannten früheren Vorschläge besteht darin, daß bei direktem Kontakt der Kupfer oder eine Kupferlegierung tragenden Oberflächen von zwei oder

mehr Artikeln vor dem Erhitzen di.e Artikel beim Erhitzen zusammenkleben und dementsprechend Abfal 1 werden. Um dies zu verhindern, wurde früher vorgeschlagen, die Gegenstände getrennt zu erhitzen oder ein Trennmittel zwischen den benachbarten Oberflächen zu verwenden» um sicherzustellen, daß ein Zusammenkleben nicht auftritt. Diese Maßnahmen sind sowohl teuer,als·auch zeitaufwendig.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß man in der Erhitzungsstufe eine Vielzahl der Grundstrukturen in einem Stapel angeordnet erhitzt, wobei ihre plattierten Oberflächen in direktem Kontakt stehen, um die von den Gegenständen während des Erhitzens eingenommene Fläche zu verringern, *° und daß die Gegenstände nach der Erhitzungsstufe leicht getrennt werden. Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Gegenstand aus Sintermetall, hergestellt nach dem oben genannten Verfahren ,zur Verfugung gestellt.

Im folgenden wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Sintermetall gemäß der Erfindung und von nach einem solchen Verfahren hergestellten Gegenständen beschrieben.

Zuerst wird ein Grundgerüst oder eine Grundstruktur aus gesinterter Eisenlegierung, zum Beispiel nach dem in Zeilen kj bis 76 auf Seite 1 der GB-PS 1 399 812 beschriebenen Verfahren ,hergestelIt. Bei diesem.Verfahren wählt man ein Pulver einer Vorlegierung oder einer TeM-vorlegierung bestimmter Zusammensetzung aus, mischt das Pulver mit Kohle und gegebenenfalls einem Schmiermittel, verdichtet das Gemisch und sintert das verdichtete Gemisch zur Bildung einer gesinterten Grundstruktur.

Die Grundstruktur oder das Grundgerüst können nach einem der in den GB-PS'en 1 102 662, 1 399 812, 1 461 273, 1 580 686, 1 580 687, 1 580 688 und 1 580 689 beschriebenen

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Verfahren hergestellt werden.

Die Grundstruktur kann auch nach dem in der britischen Patentanmeldung 8 037 173 beschriebenen Verfahren hergestellt werden_s wonach man ein Pulver auswählt, das die folgende gewichtsmäßige Zusammensetzung aufweist: 0,1 bis 0,9% Kohlenstoff,, 8 bis 18% Chrom..und gegebenenfalls 0 bis 1% Mangan, 0 bis 1% Molybdän, 0 bis 1% Silizium, 0 bis U Phosphor, 0 bis 0,1% Schwefel, 0 bis 2,5% Nickel, Rest Eisen; das Pulver mit 1 bis 10 ' · Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Pulvers, eines Schmiermittels, das bei der Siη tertemperatur der Mischung fest bleibt, in Pulverform mischt, das Gemisch in der benötigten Form verdichtet, das verdichtete Gemisch bei oder über 1200⁰C sintert und abkühlt und so eine Legierung herstellt, die das Schmiermittel in der Mat r i χ en tha 11.

Die gesinterte Grundstruktur kann in Form eines Dichtungsrings im Bereich von 12 bis 25 mm Durchmesser zur Verwendung entweder als Wellendichtungen als Dichtungsringe in sich hin und her bewegenden Kolben-Zylinder-Anordnungen, wie zum Beispiel Stoßdämpfern , vorliegen.

Die gesinterte Grundstruktur wird dann in ein Elektroplattierungsbad abgesenkt und als Kathode mit einer Kupferanode in einem elektrischen Kreis verbunden, wobei der Elektrolyt aus einer Kupfersulfat lösung besteht. Dann wird ausreichende Zeit Strom hindurchgeleitet, um die Grundstrukturen mit einer Kupfermenge zu plattieren,, die zwischen 8 und 25%, vorzugsweise 10 und 15%, bezogen auf das Gewicht der Grundstruktur, liegt. Die mit Kupfer plattierten Grundstrukturen werden dann aus dem Elektrop 1 attierungsbad entnommen und mit Wasser gewaschen, um überschüssigen Elektrolyt zu entfernen.' Die Bedingungen zu Erzielung einer solchen Menge können leicht nach bekannten Verfahren errechnet werden.

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* Als Alternative kann ein stromloses Plattierungsverfahren beliebiger bekannter oder günstiger Art verwendet werden.

P1attϊerungsmethoden lassen es zu» daß eine benötigte ^ö Menge Kupfer auf eine Grundstruktur aufgebracht ward, selbst wenn die Grundstruktur sehr klein ist, ^zum Beispiel wenn das Gewicht der Grundstruktur 1g beträgt und die Menge an benötigtem Kupfer zum Beispiel 0,1 g ist. Daher kann eine sehr kleine Grundstruktur leicht und genau ^ mit Kupfer nach Plattierungsverfahren beschichtet werden und eine große Anzahl solcher Grundstrukturen können, schnell entweder partienweise oder in einem kontinuierlichen Verfahren plattiert werden.

Als nächstes werden die mit Kupfer plattierten Grundstrukturen, zum Beispiel für die Verwendung als Dichtungsringe, aufgestapelt, wobei ihre plattierten Oberflächen in direktem Kontakt sind, und auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts von Kupfer, aber unterhalb des

Solidus der Eisenlegierung erhitzt. Die Temperatur kann die Sintertemperatur des Metalls der Grundstruktur sein. Das Aufstapeln der Grundstrukturen spart Raum beim Erhitzen und läßt so zu, daß eine große Zahl von •Grundstrukturen zusammen erhitzt werden. Das Kupfer schmilzt und dringt wenigstens in die Poren ein, die der Obei— fläche der Grundstruktur benachbart sind. Nach dem Abkühlen werden die Grundstrukturen,iη die Kupfer eingedrungen ist, von den Stapeln oder Magazinen entfernt.

Es wurde festgestellt, daß die Vereinzelung der Grundstrukturen nach dem Erhitzen leicht erreicht werden kann, da beim Erhitzen benachbarte Grundstrukturen nicht aneinanderkleben , selbst wenn Kupfer auf den Oberflächen benachbarter Grundstrukturen in direktem Kontakt steht ohne

daß ein Trennmittel dazwischentritt. Zum jetzigen Zeitpunkt wird angenommen, daß der Grund hierfür die Abwesenheit von Spuren von Silizium oder Magnesium oder anderen

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Elementen in dem Kupfer., das auf die Grundstrukturen plattiert ist, ist. Solche Spuren bilden beim Erhitzen Oxide_s die das Zusammenkleben benachbarter Grundstrukturen ve ru rs^ch-^ÖCind damit die Gegenstände unbrauchbar machen.

Die Anwesenheit von Kupfer in den Poren der Grundstruktur erhöht sowohl die spezifische Zugfestigkeit des fertiggestellten Gegenstand;, als auch den Elastizitätsmodul.

-_ Die spezifische Zugfestigkeit der fertiggestellten

Gegenstände kann im Fall geeigneter Eisenlegierungen ■weiter erhöht werden, indem man die Gegenstände im Einsatz härtet, indem man sie Sn einer kohlenstoffhaltigen

Atmosphäre zur Erzielung einer Oberflächenzone mit -je hohem Kohlenstoffgehalt erhitzt; das Einsatzhärten kann auch durch Corbonitrierung erfolgen.

Es ist zu betonen_s daß die Grundstrukturen aus einem Material bestehen können_a ds keine Eisenlegierung oder

eine Eisenlegierung mit anderen als den oben beispiel- *'

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haft genannten Zusammensetzungen sein kann. Ferner braucht das auf die Grundstruktur plattierte Metall nicht Kupfer zu sein; es kann jedes andere geeignete Material sein, zum Beispiel Kupfers das in geschmolzenem Zustand die

Fähigkeit zur Benetzung der Grundstruktur hat und somit 25

in die Grundstruktur eindringt.

Claims

Anmelder: BRICO ENGINEERING LIMITED Holbrook Lane, Coventry, Warwickshire, England

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A QFJUNECKER. an. i~o OM H KINKtLOI= Y, u-n in» DR. W. STOCKMAIR. »i"i.-iNa,AK DR K. SCHUMANN. O=L-CHVS P. H. JAKOB. on.4Na DR. e. BEZOLD. cwu-o«* W. MEISTER. OPL-INO H. HILGBRS. hpuhw OR. H. MEYER-PLATH. DiPL-i~a

8OOO MÜNCHEN 22
MAXIMIUANSTRASSE 43

P 16 737-6A/Sa 30.10.1981

Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Sintermetal 1

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Sintermetall, wobei man auf die Oberfläche einer Grundstruktur aus Sintermetall ein Metall aufsprüht oder aufbringt, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Metall der Grundstruktur besitzt, und das im geschmolzenen Zustand in die Grundstruktur eindringt, und dann die Grundstruktur auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des gesprühten oder aufgebrachten

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Metalls erhitzt und so das Metall in die Grundstruktur aus Sintermetall eindringen läßt, dadurch g e k e η nz e i c h η e t, daß man anstelle des Sprühens oder Aufbringens das Metall auf die Grundstruktur plattiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nz e i c h η e t, daß man beim Plattieren die gesamte Oberfläche der Metal 1grundstruktur mit dem Plattierungsmetal!plattiert.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2₃ dadurch g e k e η nz e i c h η e t, daß man beim P1attΐeren auf die Oberfläche der Meta 11grundstruktur 8 bis 25 Gewichtsprozent der Grundstruktur an P1attierungsmeta11 aufbringt.

²J. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3j dadurch gekennzeichnet, daß man beim Plattieren auf die Oberfläche der Meta 11grundstruktur das Plattie-

rungsmetall in einer Menge von 10 bis 15 Gewichts- prozent, bezogen auf die Grundstruktur ,aufbringt.

5- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzei chnet, daß man elektrolytisch

oder stromlos plattiert.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5j dadurch gekennzei chnet, daß man beim Erhitzen

eine Vielzahl von plattierten Grundstrukturen im Stapel 30

angeordnet erhitzt, wobei ihre plattierten Oberflächen in direktem Kontakt stehen.

7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch

gekennzei chnet, daß man die Grundstruktur 35

aus Sintermetall, in dfe Metall eingedrungen ist, nach dem Erhitzen härtet.

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1 8. Gegenstand ags Sintermetall, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7·