DE3327103C2

DE3327103C2 - Sinterverfahren für Preßkörper

Info

Publication number: DE3327103C2
Application number: DE3327103A
Authority: DE
Inventors: Akira Itami Hyogo Doi; Kunihiro Takahashi; Shinya Tsukamoto
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1982-07-31
Filing date: 1983-07-27
Publication date: 1986-06-05
Also published as: US4501717A; SE458753B; DE3327103A1; JPS6311401B2; JPS5925902A; SE8304186D0; SE8304186L

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sinterlegierung hoher Qualität von der Art eines Sinterhartmetalls, eines Cermets, einer Keramik und einer Eisen enthaltenden Legierung, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Sinterlegierung durch Sintern, bei dem erfindungsgemäß das Sintern in einer Plasmagasatmosphäre aus H ↓2, N ↓2, CO, He und/oder Ar durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Sinterlegierungen durch Sintern von Preßkörpern entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung von Pulverlegierungen wie Sinterhartmetallen, Cermets (Metallkeramiken), Keramik und Eisen(I!)-Legierungen durch Sintern.

Ays der US-PS 22 27 117 ist ein Verfahren zur Hersteilung von relativ harten Gegenständen aus Metallpulver bekanntgeworden, bei dem das Metallpulver in die erwünschte Form gepreßt wird und der Formkörper in ein verschlossenes, elektrisch leitendes Gehäuse, das evakuiert wird, gebracht wird. Anschließend wird ein inaktives Gas in das Gehäuse eingebracht und eine entsprechende Spannung über das Gehäuse und einer in dem Gehäuse angeordneten Elektrode angelegt, so daß eine Glimmentladung um den Preßkörper entsteht, so daß der Formartikel gesintert wird.

Bisher wurden TiC-enthaltende Sintercarbide auf WC-Basis und Cermets auf TiC-Basis einem Reduzieren durch Sintern unter Vakuum, in einer H₂-Atmosphäre unter reduziertem Druck oder in einer CO-Atmosphäre

unter reduziertem Druck unterzogen. Jedoch läßt sich hierbei die Reduktion nicht vollständig durchführen, und

es verbleiben größere Mengen an Sauerstoff in der Legierung, wodurch die durch Sintern zu erzielenden

Eigenschaften beeinträchtigt werden. Stickstoff enthaltende Cermets auf TiC-Basis und Stickstoff enthaltende

Sinterhartmetalle auf WC-Basis werden im allgemeinen in einer ^-Atmosphäre unter reduziertem Druck

gesintert. Hierbei bilden sich jedoch Hohlräume in größerer Anzahl in der Legierung, auch wenn eine Denitrierung verhindert wird, so daß keine kompakte Legierung erhalten wird.

Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, ein Sinterverfahren vorzusehen, bei dem die vorstehend erwähnten Nachteile des Standes der Technik überwunden sind und das zur Herstellung von Sinterlegierungen wie typischerweise Sinterhartmetall, Cermets, Keramik und eisenenthaltende Legierungen geeignet ist.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Kennzeichen der Patentansprüche 1 bis 3.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Herstellung von Pulverlegierungen wie Sinterhartmetallen, Cermets, Keramik und Eisen(Il)-Legierungen der Sintervorgang teilweise oder gänzlich in einem Niedertemperaturplasma durchgeführt.

Dieses neue Verfahren zum Sintern von Pulverlegierungen ermöglicht die Herstellung von Legierungen hoher Qualität, die sich nichi durch das bekannte Vakuumsintern oder Sintern in einer Gasatmosphäre erhalten lassen.

Bevorzugt wird das Sintern von Sinterhartmetallen, Cermets, Keramiken und Eisen(II)-Sinterkörpern unter Verwendung einer Hochfrequenzquelle und/oder Mikrowellenquelle und einer Atmosphäre aus einem oder mehreren der Gase H2, Nj₁ CO, He und Ar.

Im allgemeinen werden Plasmen unterteilt in thermische Plasmen im Gleichgewichtszustand, in dem die Elektronen und die Ionen im wesentlichen die gleiche Energie aufweisen, und Niedrigtemperaturplasmen, die nicht im Gleichgewichtszustand sind und in denen die Elektronen eine größere Energie als die Ionen und Gasmoleküle aufweisen.

Bei dem erfindungsgemäßen Sinterverfahren werden die zuletzt genannten Niedrigtemperaturplasmen verwendet. Bei diesen Plasmen sind die Ionen und Gasmoleküle auf Temperaturen von mehreren 100 bis zu 1000° gebracht worden, wobei die Temperatur der Elektronen mehrere 10 000° erreicht. Infolge von nichtelastischen Kollisionen zwischen diesen Elektronen hoher Energie und den Gasmolekülen werden die Gasmoleküle dissoziiert und bilden reaktive Atome oder Radikale, die die Gasreaktion fördern.

Wird ein reduzierendes Gas wie H₂ oder CO in den Plasmazustand versetzt, dann ist es gelegentlich möglich. Stoffe zu reduzieren, die aufgrund von thermodynamisch ermittelten chemischen Gleichgewichten als kaum reduzierbar zu betrachten sind. Ein CO-Plasma ist nicht nur wie vorstehend beschrieben reduzierend wirksam, sondern ermöglicht auch eine genaue Steuerung des Kohlenstoffgehaltes in einem Sinterkörper.

Ein Plasmasintern unter Verwendung von H₂ (das nachstehend als »H₂-Plasmasintern« bezeichnet werden soll) ist mittelsparender und wirtschaftlicher als ein gemäß dem Stand der Technik durchgeführtes Sintern in einer H₂-Atmosphäre unter reduziertem Druck, weil niedrigere Konzentrationen (ein geringerer Gasfluß) eingehalten werden können. Zur Vergrößerung der reduzierenden Wirkung wird das bekannte Verfahren in einer Hj-Atmosphäre unter einem reduzierten Druck durchgeführt, der ein Mehrfaches von 10 mbar bis zu mehreren 100 mbar beträgt. Bei diesem Verfahren ist nicht nur ein vollständiges Entfernen von in der Legierung enthaltenem Sauerstoff unmöglich, sondern es ist auch ein ausreichendes Entgasen zum Entfernen von in der Legierung enthaltenen unerwünschten Gasen wie HvO aufgrund des Druckes nichi möglich, was einem Sintern hinderlich ist. Im Falle des Hj-Plasmasintern läßt sich dagegen die Reduktion in einem H₂-Plasma unter einem Druck von einigen mbar und ein Entgasen zum Entfernen von unerwünschten Gasen aufgrund des hohen Vakuums in ausreichender Weise durchführen. Beim Hi-Plasmasintern läßt sich somit eine Legierung mit extrem

geringem Sauerstoffgehalt und wenigen darin enthaltenen Hohlräumen erzielen.

Werden ^-enthaltende Legierungen in bekannter Weise unter Vakuum gesintert, dann tritt in beträchtlichem \uOTiaB eine Denitrierung der Legierung auf. wobei an der Oberfläche getrennte Schichten aus WC und Co :ntstehen und die Oberflächenhärte verringert wird. Zum Sintern in der N .-Atmosphäre ist es erforderlich, das Nj-Gas in hoher Konzentration einzuführen, damit eine Denitrierung und ein Entgasen des Inneren der Legie- ί rung unter Hohlraumbildung in nur geringem Ausmaß auftritt. Ein Ni-Plasmasintern hat dagegen den Vorteil, daß auch unter Durchfluß einer geringen Menge an N₂ ein wirksames Verhindern einer Denitrierung und eine wirksame N2-Steuerung durch die Gegenwart von plasmaakiivierten NrRadikalen ermöglicht werden. Ferner lassen sich dabei unerwünschte, im Inneren der Legierung esitstehende Gase aufgrund des hohen Vakuums leicht entfernen wodurch eine Hohlraumbildung verhindert wird.

Bei dem CO-Plasmasintern sind die reduzierende Wirkung und die Steuerung des Kohlenstoffgehalts der Legierungen von Wichtigkeit. Ähnlich wie im Falle des H₂- oder N.-Plasmasinterns ist das CO-Piasmasintern wirksam bei geringeren Konzentrationen und ermöglicht das Erzielen eines vollständigeren Entgasens im Vergleich mit dem bekannten in einer CO-Atmosphäre durchgeführten Sintern. Beim Plasmasimern mit H;. N₂. CO, He und Ar wird die Oberfläche eines Sinterkörpers einem Plasmaätzen durch das aktivierte Gas ausgesetzt, is Folglich wird die Oberfläche der Legierung gereinigt, wodurch die Eigenschaften verbessert werden.

Wird das Sintern in einer Atmosphäre durchgeführt, in der das Plasma in einer Mischung aus H₂, N₂. CO, He und Ar erzeugt wird, dann entsteht an den Sinterkörpern eine Kombination der Wirkungen eines Verhinderns der Denitrierung, einer Reduktion und eir. zr Steuerung des Kohlenstoffgehalts. Diese Kombination von Wirkungen läßt sich bei einem gemäß dem Stand der Technik durchgeführten Vakuumsintern oder Sintern in einer Gasatmosphäre nicht erzielen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im allgemeinen das Sintern bei einer Temperatur von 1000 bis 1500°C unter einem Plasmagasdruck von 0.13 bis 66,5 mbar durchgeführt.

Anhand der Figuren werden das Prinzip und die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Sinteranlage,

Fig.2 und 3 andere Ausführungsformen von nach dem erfindungsgtmäßen Verfahren arbeitenden Sinteranlagen,

F i g. 4 den Härteverlauf in Tiefenrichtung in einer erfindungsgemäß N₂-plasmagesinterten Probe und

F i g. 5 den Härteverlauf in Tiefenrichtung in einer erfindungsgemäß N.-plasmagesinterten, einer in N₂-Atmo-Sphäre gesinterten und einer unter Vakuum gesinterten Probe.

Die Fi g. 1 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung und eines Sinterofens einer Sinteranlage, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. In einem Ofenkörper 1 aus rostfreiem Stahl sind eine Graphitheizeinrichtung 2, ein Isoliermaterial 3 wie Kohlewolle und ein Reaktionsrohr 4 aus Graphit, das mit Werkstükken 5 beschickbar ist, angeordnet. Über ein Ventil 6 wird mittels einer Drehkolbenpumpe 7 der Ofenkörper 1 evakuiert und unter Vakuum gehalten. Das Reaktionsrohr 4 ist mit einer Quarzrohrleitung 8 verbunden. In das andere Ende der Rohrleitung 8 werden H₂-, N₂-, CO-, Ar- und He-Gase über Ventile 13 bis 17 und Durchflußmesser i8 bis 22 aus Gasflaschen 23 bis 27 eingeführt. Aus einem Mikrowellengenerator 12 werden Mikrowellen über ein Abstimmgerät 11 und einen Wellenleiter 10 in die Rohrleitung 8 geleitet, in der sie die Gase in Plasmen umwandeln.

Andere Ausführungsformen der Apparate und Sinterofen sind in den F i g. 2 und 3 dargestellt. In der F i g. 2 wird das Gasplasma 9 unter Verwendung eines Hochfrequenzgenerators 28, eines Abstimmgeräts 29 und einer Kupferspule 30 erzeugt und in der Fig. 3 wird ein Gas mit höherer Plasmadichte unter Verwendung eines Mikrowellengenerators 12 und eines Hochfrequenzgenerators 28 in Kombination miteinander hergestellt.

Anhand der nachstehenden, nicht einschränkenden Beispiele wird die Erfindung noch näher erläutert.

Beispiel 1

Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines Sinter-Cermets. Ein handelsübliches TiC-Pulver mit einer mittleren Korngröße von 1 um wurde mit einem TiN-Pulver, einem WC-Pulver und einem Mo₂C-Pulver von im wesentlichen gleicher Korngröße und mit einem Co-Pulver und einem Ni-Pulver mit einer Korngröße von 150 μιτι oder weniger gemäß der in der Tabelle 1 angegebenen Rezeptur vermischt, in einem mit rostfreiem Stahl ausgekleideten Gefäß mit Aceton vermischt und dann 96 Stunden naß in einer Kugelmühle behandelt. Diese Pulvermischung wurde nach Zugabe von 3 Ge\v.-% Kampfer unter einem Druck von 20 kN/cm² gepreßt.

Die auf diese Weise erhaltene Probe wurde in der in der F i g. 1 dargestellten Anlage von Zimmertemperatur auf 1200°C erhitzt, während ein H₂-Plasma unter einem Druck von 0,67 mbar mit einer Frequenz von 2450 MHz und einer Mikrowellenleistung von 1 kW erzeugt wurde, wonach die Probe 1 Stunde bei 1400¹C unter einem Druck von 1,3 χ 10-² mbar gesintert wurde. Die mit dem H₂-Plasmasinterverfahren erfindungsgemäß erhaltene Legierung wies einen Sauerstoffgehalt von 0,05% und eine nur geringe Hohlraumbildung auf. Die Hohlraumbildung wurde durch Beobachten einer polierten Schnittfläche der gesinterten Legierung mit einem optischen bo Mikroskop bei 200facher Vergrößerung beurteilt.

Zum Vergleich wurde ein Sintern in einer H₂-Atmosphäre unter reduziertem Druck gemäß dem Stand der Technik durchgeführt, indem eine Probe in einer H₂-Atmosphäre unier einem Druck von 67 mbar auf 1200⁰C erhitzt und dann 1 Stunde unter einem Druck von 1,3 χ 10-- L;-i 1400'C gesintert wurde. Die in einer H₂-Atmosphäre unter reduziertem Druck gemäß dem Stand der Technik gesinterte Legierung wies einen Sauerstoffge- ts halt von 0,6% und mehr Hohlräume und mehr dispergierten freien Kohlenstoff auf als die durch H₂-Plasmasintern erhaltene Legierung.

Tabelle 1 (Gew.-%)

TiC TiN WC Mo₂C Ni Co

48 12 15 10 10 5

Beispiel 2

Es wurden Ausgangsstoffe gemäß der Rezeptur der Tabelle 1 des Beispiels 1 miteinander vermischt und in ίο gleicher Weise wie dort beschrieben behandelt. Die erhaltene Probe wurde in der in der F i g. 2 gezeigten Anlage unter einem Druck von l,3x 10-²mbar von Zimmertemperatur auf 1000⁰C und dann unter Erzeugen eines N2-Plasmas unter einem Druck von 0,4 mbar weiter auf 1400°C erhitzt und 1 Stunde unter denselben Plasmabedingungen gehalten. Das Plasma wurde bei einer Hochfrequenzausgangsleistung von 500 W mit einer Frequenz von 13.56 MHz erzeugt.

Zum Vergleich wurde eine Probe in bekannter Weise in einer ^-Atmosphäre gesintert. Die Temperatur wurde auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben erhöht, das Sintern jedoch durch Erhitzen von 1000° C auf 1400⁰C und Beibehalten der Temperatur von 1400⁰C in einer ^-Atmosphäre unter einem Druck von 67 mbar durchgeführt.

Die Tabelle 2 zeigt den Gehalt an N2 und O2 in den gesinterten Legierungen und das Ergebnis einer Bestimmung der Hohlräume. Die Bestimmung der Hohlräume wurde gemäß dem Prüfverfahren für Hohlräume in Sinterhartmetallen durchgeführt, das von Funmatsu Yakin Gijutsu Kyokai in »Cemented Carbides and Tools«, Seite 55, angegeben worden ist.

Tabelle 2	N₂(Gew.-°/o)	0₂(Gew.-%)	Hohlräume (Typ)
Sintern	2,61 2,60	0,5 0,6	A₁ A₂, A₃, B,
N2-Plasma ^-Atmosphäre

Wie aus der Tabelle 2 hervorgeht, besteht kaum ein Unterschied im N2-Gehalt der beiden Proben. Dies bedeutet, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem die Konzentration der ^-Atmosphäre geringer ist, die reduzierende Wirkung in beträchtlichem Ausmaß von den vom Plasma aktivierten Radikalen ausgeht.

Dagegen besteht ein ausgeprägter Unterschied bei der Hohlraumbildung. Im Falle des !^-Plasmasinterverfahrens ist die Hohlraumbildung (Typ A) am geringsten. Hierbei treten verteilte Hohlräume oder Poren mit einem Durchmesser von 10 um oder weniger auf. Im Faiie des Sinterns in der N2-Atmosphäre wurden in der Probe Hohlräume oder Poren vom Typ Bi mit Durchmessern von 10 μίτι oder mehr festgestellt. Die Ursache des Unterschieds im Ausmaß der Hohlraumbildung liegt darin, daß das N^-Plasmasintern unter einem niedrigeren Druck durchgeführt wird, als das Sintern in der N₂-Atmosphäre, so daß beim erfindungsgemäßen Verfahren ein ausreichendes und gleichmäßiges Entgasen der Probe erzielt wird.

Die Härte der Oberfläche der durch N2-Plasmasintern erhaltenen Sinterlegierung entspricht im wesentlichen derjenigen des Inneren der Probe, wie aus der F i g. 4 hervorgeht.

Beispiel 3
45

Ausgangsstoffe wurden gemäß der in der Tabelle 1 des Beispiels 1 angegebenen Rezeptur zusammengemischt

und in analoger Weise zu derjenigen des Beispiels 1 verarbeitet. Unter Verwendung der in der F i g. 3 gezeigten Anlage wurde die Probe von Zimmertemperatur auf 1200°C erhitzt, während unter einem Druck von 0,4 mbar ein NYPIasma bei einer Frequenz von 13.56MHz und mit einer Hochfrequenzausgangsleistung von 500 W

ί erzeugt wurde. Die Probe wurde dann 1 Stunde unter den gleichen Bedingungen des N2-Plasmas gehalten.

Zur Durchführung eines Vergleichsversuchs wurde in einer ^-Atmosphäre unter einem Druck von 67 mbar die Temperatur von Zimmertemperatur auf 1200° C erhöht, wonach die Temperatur in einer ^-Atmosphäre unter einem Druck von 67 mbar weiter auf 1400⁰C erhöht wurde. Die Probe verblieb danach 1 Stunde unter denselben Bedingungen der N2-Atmosphäre.
Die Tabelle 3 zeigt einen Vergleich der Legierungseigenschaften dieser beiden Proben.

Tabelle 3

Sintern N₂(Gew.-%) O₂(Gew.-%) Hv

H₂-.N₂-Plasma 2,60 0,04 1625

H₂-. N₂-Atmosphäre 2,40 0,6 1508

Bei dem erfindungsgemäßen, in einem N₂- und N^-Plasma durchgeführten Sintern werden ein normaler N₂-Gehalt. jedoch ein viel geringerer Cn-Gehalt und eine größere Oberflächenhärte erhalten, als dies vergleichsweise bei einem in bekannter Weise in einer H₂- und N₂-Atmosphäre durchgeführten Sintern der Fall ist.

Die im Beispiel 3 erzielte Wirkung des H₂- und N₂-Plasmasinterns erscheint als die Summe der im Beispiel 1 erzielten Wirkung des H₂-Plasmasinterns und der im Beispiel 2 erzielten Wirkung des N₂-Plasmasinterns. Es

erweist sich somit, daß die reduzierende Wirkung und die Nitrierwirkung in der H₂-Plasmaatmosphäre bzw. in der N₂-Plasmaatmosphäre wirksam auftreten. In zusätzlicher Weise findet ein ausreichendes Entgasen statt, weil sich die beiden Gase H2 und N₂ unter geringerem Druck befinden. Es ist zu folgern, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren infolge der vorstehend beschriebenen reduzierenden Wirkung und der Verhinderung einer Denitrierung, sowie infolge der Entgasung die Legierungseigenschaften in beträchtlicher Weise verbessert werden.

Beispiel 4

Es wurden Ausgangsstoffe gemäß der in der Tabelle 1 des Beispiels 1 angegebenen Rezeptur miteinander vermischt und in analoger Weise zum Beispiel 1 verarbeitet. Unter Verwendung der Anlage der F i g. 3 wurde die Probe von Zimmertemperatur auf 1200⁰C erhitzt, während in einem Mischgas aus H₂ und CO (2 :1) unter einem Druck von 0,8 mbar ein Plasma durch gleichzeitige Einwirkung einer Mikrowellenausgangsleistung von 1 kW bei einer Frequenz von 2450 MHz und einer Hochfrequenzausgangsleistung von 500 W bei einer Frequenz von 13,6 MHz erzeugt wurde. Die Probe wurde dann auf 1400°C erhitzt, während in einem Mischgas aus H₂. CO und N2 im Verhältnis 2:1:1 unter einem Druck von i,l mbar ein Plasma unter denselben Bedingungen einer Mikrowellen- und Hochfrequenzeinwirkung erzeugt wurde. Die Probe verblieb 1 Stunde unter diesen Bedingungen.

Unter den gleichen Bedingungen des Gasdurchsatzes, der Mischungszusammensetzung und des Druckes wie vorstehend beschrieben wurde ein Vergleichsversuch durchgeführt, bei dem jedoch eine Plasmaerzeugung stattfand. Ein Vergleich der Legierungseigenschaften der beiden Proben geht aus der Tabelle 4 hervor.

Tabelle 4

Sintern N₂(Gew.-%) O₂(Gew.-%) C-Gehalt/Standard- Hv

abweichung

H₂-,N₂-,CO-Plasma 2,60 0,03 8,70%/0,02 1632

H₂-, N₂-,CO-Atmosphäre 2,40 0,4 8,65%/0,12 1511

Bei diesem Beispiel des Plasmasinterverfahrens werden die Gase gemischt zugeführt und es wird der Kohlenstoffgehalt mit dem CO-Gas gesteuert. Wie aus der Tabelle 4 hervorgeht, ist die Standardabweichung (mittlere quadratische Abweichung) der Messungen des Kohlenstoffgehaltes gering (0.02). Das heißt, daß bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Proben nur geringe Streuungen der Kohlenstoffgehaltwerte auftreten. Der Gehalt an N₂ und O₂ und der Härtewert Hv entspricht den Angaben der Tabelle 4.

Beispiel 5

Zur Herstellung eines Sinterhartmetalls wurde WC-Pulver mit einer mittleren Korngröße von 2 μηι mit einem TiC-Pulver, einem TiN-Pulver und einem TaC-Pulver mit jeweils einer Korngröße von 1 μΓη und einem Co-PuI-ver mit einer Korngröße von 150 μΐη oder weniger gemäß der Rezeptur der Tabelle 5 vermischt. Die Mischung wurde 5 Stunden in einer Mühle mit Aceton vermischt, wonach 3 Gew.-% Kampfer zugegeben wurden. Diese Mischung wurde unter einem Druck von 20 kN/cm² gepreßt. Danach wurde die erhaltene Probe in der in der F i g. 1 dargestellten Anlage unter einem Druck von 1,3 χ 10~² mbar von Zimmertemperatur auf 1000^c C erhitzt. Danach wurde die Probe auf 1400^cC erhitzt, wobei unter einem Druck von 0,3 mbar ein N₂-Plasma mit einer Mikrowellenausgangsleistung von 2 kW erzeugt wurde. Die Probe verblieb 1 Stunde unter diesen Bedingungen.

Zum Vergleich wurden Pulver der gleichen Zusammensetzung unter Vakuum oder in einer N₂-Atmosphäre gesintert. Das Sintern in der ^-Atmosphäre wurde durchgeführt, indem die Probe von 1000°C auf 1400^cC unter einem Druck von 133 mbar erhitzt und 1 Stunde unter diesen Bedingungen gehalten wurde. In der Tabelle 6 sind die Legierungseigenschaften dieser drei Proben angegeben.

Tabelle 5 (Gew.-o/b)

WC TiC TiN TaC Co

55 60 12 5 13 10

Tabelle 6

Sintern N:(Gew.-%) O₂(Gew.-%) C-Gehalt/Standard- Hohlräume

abweichung (Typ)

N₂-PIasma N₂-Atmosphäre

Vakuum 0,60 0,31 6,3°/o/0,15 B₂

In der Fig. 5 ist der Härteverlauf in Tiefenrichtung der im N₂-PIasma gesinterten Probe und der in der N₂-Atmosphäre gesinterten Probe durch Dreiecke dargestellt, während der Härteverlauf in Tiefenrichtune der

0,63	0,30	6,5%/0,06	A,
0,62	0,25	6,4%/0,10	A₃
0,60	0,31	6,3°/o/0,15	B,

im Vakuum gesinterten Probe durch Vierecke dargestellt ist. Wie aus der Fig. 5 hervorgeht, ergeben sich Unterschiede im Härteverlauf in Tiefenrichtung zwischen der im N2-Plasma gesinterten Probe und der in der ^-Atmosphäre gesinterten Probe einerseits und der im Vakuum gesinterten Probe andererseits, obwohl zwischen diesen drei Proben keine erheblichen Unterschiede im N2-Gehalt auftreten. Dieser N2-Gehalt ist jedoch jeweils für die Gesamtprobe berechnet. Im Falle der im Vakuum gesinterten Probe findet eine erhebliche Denitrierung unter Bildung von getrennten Schichten aus WC und Co mit geringer Härte an der Oberfläche statt. Das Auftreten von Hohlräumen wurde auch festgestellt. Im Falle der in der ^-Atmosphäre gesinterten Probe findet nur geringe Denitrierung statt und es ist die Obei-flächenhärte im wesentlichen die gleiche wie die Härte im Inneren der Probe, wie aus der F i g. 5 hervorgeht, jedoch tritt in erheblichem Ausmaß eine Bildung von

ίο Hohlräumen auf, wie aus der Tabelle 6 ersichtlich ist. Im Falle der im N₂-Plasma gesinterten Probe ist die Oberflächenhärte im wesentlichen die gleiche wie die im Inneren der Probe, wie aus der F i g. 5 hervorgeht, jedoch wurde die Bildung von getrennten Schichten aus WC und Co sowie von Hohlräumen kaum festgestellt.

Beispiel 6

Ausgangsstoffe wurden gemäß Beispiel 5 miteinander vermischt und verarbeitet. Unter Verwendung der in der F i g. 3 dargestellten Anlage wurde eine Probe unter den in der Tabelle 7 angegebenen Sinterbedingungen durch Einwirkung von Mikrowellen mit einer Ausgangsleistung von 1 kV und einer Hochfrequenz mit einer Ausgangsleistung von 500 W gesintert.

Tabelle 7

Zimmertemperatur bis 1000°C lOOObis 1400°C,dann 1 hgehalten

Druck l,3mbar 2,0 mbar

Mischgaszusammensetzung H₂ : CO = 2 : 1 H₂ : CO : N = 2 : 1 : 1

Ein Vergleichsversuch wurde durchgeführt, indem eine Probe in einer Mischgasatmosphäre unter den in der Tabelle 7 angegebenen Bedingungen, jedoch ohne Erzeugung eines Plasmas gesintert wurde. Die Legierungseigenschaften der erhaltenen gesinterten Proben sind in der Tabelle 8 angegeben.

Tabelle 8	N₂ (Gew.-%)	0₂(Gew.-%)	C-Gehalt/Standard- abweichung	Hv	Hohlräume (Typ)
Sintern 35	0,63 0,55	0,01 0,12	6,5%/0.02 6,4%/0,28	1750 1680	A, A₃
Mischgasplasma Mischgasatmosphäre

Wie aus der Tabelle 8 hervorgeht, führt das Plasmasintern zu besseren Eigenschaften bezüglich des N₂-Gehalts. des 02-Gehalts, der gleichmäßigen Verteilung des C-Gehalts und der Härte.

Beispiel 7

Zur Herstellung einer Keramik durch Plasmasintern wurde ein AbOß-Pulver mit einer Korngröße von 0,5 um mit 10 Gew.-% Paraffin vermischt, 100 Stunden in einer Kugelmühle behandelt und dann unter einem Druck von 25kN/cm² gepreßt. Unter Verwendung der in der Fig.2 dargestellten Anlage wurde die Probe auf 1400°C erhitzt, während ein Ar-Plasma unter einem Druck von 1,3 mbar durch Einwirkung einer Hochfrequenz mit einer Leistung von 300 W erzeugt wurde. Die Probe wurde dann 2 Stunden unter diesen Bedingungen gehalten.

Im Stand der Technik wird das Sintern von Keramik unter Vakuum durchgeführt. Hierbei entsteht jedoch ein Nachteil darin, daß im Vakuumsinterofen die Oberfläche des Sinterkörpers durch eine Kohleheizeinrichtung oder Kohlewolle aufgekohlt wird, so daß die Oberfläche des weißen Sinterkörpers dunkel wird.

Bei dem gemäß diesem Beispiel durchgeführten Ar-Plasmasintern fand kein Aufkohlen statt, weil die Alumtniumoxidoberflächen von den aktivierten Ar-Atomen geätzt und dadurch aufgekohlte Flächen entfernt wurden.

Beispiele

Zur Herstellung eines Eisen(II)-Sinterkörpers durch Plasmasintern wurde Pulver gemäß Tabelle 9 mit einer

Korngröße von 150 μιη oder weniger 1 Stunde in einer Mischmaschine miteinander vermischt und dann einem CO-Plasmasintern oder, zum Vergleich, einem Sintern in einer CO-Atmosphäre unterzogen. Die Bedingungen sind in der Tabelle 10 angegeben. Das Plasmasintern wurde unter Einwirken von Mikrowellen mit einer Ausgangsleistung von 2 kW unter Verwendung der in der Fig. 1 dargestellten Anlage durchgeführt.

Tabelle 9 (Gew.-%)

Fe Mn Cr Mo C

Rest 0.6 1 0.3 0.6

Tabelle 10

Sintern Temperatur Atmosphäre

CO-Plasma Zimmcrtemp. auf 125(FC CO: 13 mbar

CO-Atmosphärc dto. CO : 133 mbar

Beim Vakuumsintern eines Kohlenstoff enthaltenden Eisen(ll)-Pulvers gemäß dem Stand der Technik ist es schwierig, ein Entkohlen zu verhindern, weil der Kohlenstoff zum Reduzieren von im Pulver enthaltenen Eisenoxiden verwendet wird. Deshalb wird das Sintern in einer CO-Atmosphäre durchgeführt. Bei einem CO-Plasmasintern unter einem Druck von 13 mbar, wie in der Tabelle 1 angegeben, ergibt sich eine einwandfreie Steuerung des Kohlenstoffgehalts und Reduktionswirkung, wobei diese Ergebnisse zumindest vergleichbar sind mit denen, die bei einem Sintern in einer CO-Atmosphäre unter einem Druck von 133 mbar erzielt werden. In zusätzlicher Weise wird beim Plasmasintern die Oberfläche der Sinterlegierung aufgrund der Ätzwirkung gereinigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von Sinterlegierungen durch Sintern von Preßkörpern aus Pulvern der Legierungsbestandteile mittels Gasentladung in einer Schutzgasatmosphäre, dadurch

gekennzeichnet, daß teilweise oder gänzlich in einem Niedertemperatur-Plasma gesintert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma unter Verwendung einer Hochfrequenz- und/oder Mikrowellenquelle erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma unter einem Druck von 0,13 bis 66,5 mbar gehalten wird.