DE3346263A1

DE3346263A1 - Verfahren zur herstellung von metallpulver

Info

Publication number: DE3346263A1
Application number: DE19833346263
Authority: DE
Inventors: Romeo G. Tequesta Fla. Bourdeau
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1982-12-27
Filing date: 1983-12-21
Publication date: 1984-06-28
Also published as: NO834697L; GB2132639A; IT8324390A1; SE454853B; SE8307155D0; AT384973B; JPS59133302A; AU559459B2; US4415511A; ES528418A0; FR2538280B1; IT1175313B; NL8304386A; IT8324390A0; BR8307150A; CA1198560A; CH663736A5; GB8333258D0; NO160122C; FR2538280A1

Description

PATENTANWALT DR. RICHARD KNEISSL

Wiclonmaysrstr. 46 D-8000 MÜNCHEN 22 _Λ , „

TeL 089/295125 2 I. ΟβΖ. 1983

DE 108 As/sc

United Technologies Corporation Hartford, Ct./V.St.A.

Verfahren zur Herstellung von Metallpulver

Die vorliegende Erfindung betrifft die Atomisierung von geschmolzenen Metallen.

Es ist dem Fachmann gut bekannt, daß Metallpulver und Metallspritzer (splats) dadurch erzeugt werden, daß man ein geschmolzenes Metall auf die obere Oberfläche einer schnell rotierenden Scheibe aufgießt, die Tröpfchen aus dem geschmolzenen Metall nach außen in eine Abschreckkammer und/oder gegen eine Abkühlplatte (splat plate) wegschleudert. Der Rumpf der Atomisierscheibe ist typischerweise aus einem hochfesten Metall hergestellt, das die Fliehkraftbelastungen bei den hohen Rotationsgeschwindigkeiten und die Temperaturen, denen es ausgesetzt wird, aushält. Daher sind die Rumpfteile der Atomisierscheiben typischerweise aus einem Metall mit hoher thermischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise "Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt, und wassergekühlt, damit ein Schmelzen und/oder eine Erosion verhindert wird. Leider führt das dazu, daß eine übermäßige Wärmemenge aus dem auf die Scheibe aufgegossenen Metall abgeführt wird, was es erforderlich macht, große Mengen Superwärme anzuwenden (d.h. hohe Gießtempera- ' !

türen des geschmolzenen Metalls), die zu Schwierigkeiten führen können, zu denen ein mögliches Schmelzen im Zentrum der Atomisier-Scheibe gehört. Es ist außerdem schon früh erkannt worden, daß die Metalle, die zur Erzeugung der Atomisier-Scheiben-Struktur geeignet sind, manchmal mit dem aufgegossenen geschmolzenen Metall reagieren, wodurch sie das hergestellte Metallpulver verschmutzen. Die obigen Probleme treten verschärft in Erscheinung, wenn Metalle atomisiert werden, die bei hohen Temperaturen hochreaktiv werden, oder wenn das zu atomisierende Metall eine Legierung ist, die einen großen Erstarrungsbereich

aufweist, der es erforderlich macht, noch höhere Gießtemperaturen für das geschmolzene Metall zu wählen, als für die Atomisierung der einzelnen Elemente der Legierung erforderlich sein würden.

Eine frühe Lösung für dieses Problem betrifft das Aufbringen einer Schicht aus einem feuerfesten Material auf die Deckoberfläche der Metall-Atomisierscheibe (US-PS 2 4 39 772, J.T. Gow). Es wurde dabei angenommen, daß das feuerfeste Material nicht nur das darunterliegende Metall der Scheibe thermisch schützt, sondern daß es auch inert oder nicht reaktiv gegenüber den meisten geschmolzenen Metallen ist. Selbst heute noch wird auf dem Gebiet der Hochgeschwindigkeit-Rotationsatomisierung zur Herstellung von Pulvermetall das geschmolzene Metall auf eine Keramikschicht aufgegossen, die an die Oberfläche einer Metall-Atomisierscheibe gebunden ist, wie z.B. in der US-PS 4 178 335 (R.A. Metcalfe und R.G. Bourdeau) und 4 310 292 (R.L.Carlson und W.H. Schaefer) gezeigt wird.

Wie dabei in der obenerwähnten US-PS 4 178 335 ausgeführt wird, ist es wünschenswert,wenn nicht erforderlich, eine verfestigte, stabile Deckschale ("Schädeldecke", "Bär") aus dem aufgegossenen Metall auf der Keramik-Oberfläche der Atomisierscheibe zu erzeugen, um eine richtige Atomisierung zu erhalten. Im Falle von Legierungen mit einem breiten Erstarrungsbereich ist es schwierig und oftmals unmöglich, eine Bindung der geschmolzenen Legierung an die Oberfläche der Keramikscheibe zu erhalten. In der US-PS 2 699 576 (Colbry et al) wird Magnesium auf einer Stahlscheibe (die keinen Keramiküberzug aufweist) atomisiert. Um eine Bindung zu erhalten, werden dem Magnesium Zink und Zirkonium zugesetzt.

Aluminiumlegierungen und gewisse andere Legierungen, die hohe Konzentrationen von Übergangs- und anderen Elementen

ι · W ««It

(d.h. Fe, Ni, Mo, Cr, Ti, Zr und Hf) aufweisen, weisen sehr hohe Schmelztemperaturen auf und werden gegenüber vielen Materialien, einschließlich Keramiken, sehr reaktiv; außerdem können sie einen sehr breiten Erstarrungsbereich aufweisen, in einigen Fällen von mehr als 278⁰C (500⁰F), der die Ausbildung einer Deckschale oder verfestigten Schicht auf der Oberfläche des Atomisierers verhindert. Eine Zahl anderer Legierungen, einschließlich nicht-eutektische Legierungen von Eisen, Kupfer, Nickel und Kobalt, gehören zu einer Klasse, die ebenfalls einen breiten Erstarrungsbereich zeigt und daher schwierig ordnungsgemäß zu atomisieren ist. Andere Legierungen, die die reaktiven Metalle Chrom, Titan, Zirkonium und Magnesium enthalten, stellen infolge ihrer hohen Reaktivität mit Materialien ein Problem dar, insbesondere wenn sie mit Elementen legiert sind, die ihre Schmelzpunkte steigern und ihren Erstarrungsbereich vergrößern.

Aus den obigen Ausführungen wird ersichtlich, daß Atomisierscheiben des Standes der Technik, die Keramiküberzüge aufweisen, gewisse Nachteile aufweisen, die noch nicht beseitigt werden konnten.

Im Hinblick auf den repräsentativen Stand der Technik für das Gebiet der Rotations-Atomisierung sind noch die folgenden zusätzlichen US-PSen zu nennen: 4 06 9 045; 3 721 511; 4 140 462; 4 207 040 und das britische Patent 754 180.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung von Metallpulvern durch Atomisieren zu schaffen.

Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung von Metallpulvern aus hochreaktiven Metallen oder Metallen mit breiten Liquidus/Solidus-Temperatur-Bereichen zu schaffen.

. -yf- /A.

Diese Aufgabe wird durch Verfahren gelöst, wie sie in den Patentansprüchen beschrieben sind.

Demgemäß umfaßt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Metallpulver durch Aufgießen eines flüssigen Metalls auf die Oberfläche einer schnell rotierenden Scheibe, bei dem das Metall mit einer Temperatur aufgegossen wird, die beträchtlich höher liegt als seine Solidus-Temperatur, die Schritte 1) Überziehen der Scheibe mit einer stabilen Verbindung entweder des aufgegossenen Metalls oder, wenn das aufgegossene Metall eine Legierung ist, mit einer stabilen Verbindung des Basismetalls dieser Legierung, wobei die Verbindung dabei eine solche ist, die auf der Grundlage ausgewählt ist, daß sie mit dem aufgegossenen Metall bei der Gießtemperatur des aufgegossenen Metalls koexistieren kann, was sich aus den Phasen-Diagrammen der betroffenen Materialien erkennen läßt, und daß die Verbindung einen Schmelzpunkt aufweist, der beträchtlich höher liegt als die Temperatur, mit der das Metall aufgegossen wird; 2) Aufgießen des flüssigen Metalls auf die überzogene, schnell rotierende Scheibe, wobei es zu einer Bindung der Flüssigkeit an die Verbindung kommt und sich eine stabile Deckschale des aufgegossenen Metalls auf dem Überzug ausbildet, 3) Abkühlen der flüssigen Tröpfchen, die von der Scheibe weggeschleudert werden, um sie zu verfestigen, und 4) Sammeln des verfestigten Metalls oder der verfestigten Metallegierung.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorgesehen für die Anwendung bei der Atomisierung 1) hochreaktiver Metalle (im Rahmen der vorliegenden Breschreibung und der Ansprüche bedeutet das Wort "Metall" sowohl ein nicht-legiertes Metall als auch eine Metallegierung, wenn es nicht anders angegeben ist), und außerdem 2) solcherMetalle, die eine breite Liquidus/Solidus-Zone aufweisen, mit Gießtemperaturen aufzugießen, die wenigstens 223⁰C (400⁰F) und häufig 389°C (700⁰F) oder mehr über der Solidus-Temperatur des

♦ · ·■

zu atomisierenden Materials liegen. Bekannte Keramik-= oberflächen können wegen der Erosion der Keramik nicht immer für derartige Materialien verwendet werden (die Erosion ist ein Ergebnis von Reaktionen mit den Elementen des keramischen Materials); und im Falle von Metallen, die einen breiten Erstarrungsbereich aufweisen, wird eine Verbindung (Kupplung) der Keramik mit dem geschmolzenen Metall verhindert und es bildet sich keine stabile verfestigte Deckschale aus, was eine richtige Atomisierung verhindert.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Scheibe mit einer Verbindung überzogen, die 1) unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens stabil ist, 2) einen Schmelzpunkt über der Gießtemperatur des zu atomisierenden Materials aufweist, und 3) sich mit dem aufgegossenen flüssigen Metall verbindet, im Sinne einer Haftung, so daß sich eine verfestigte, stabile Deckschale des Metalls, das atomisiert wird, auf der Oberfläche der Verbindung ausbilden kann. Eine Bindung wird in Fällen, wenn das zu atomisierende Metall einen hohen Erstarrungsbereich aufweist, dadurch sichergestellt, daß man die Verbindung so auswählt, daß eines ihrer Elemente (nachfolgend als erstes Element bezeichnet) so ausgewählt wird, daß es auch das Hauptelement des zu atomisierenden Metalles ist. Das andere Element oder die anderen Elemente (nachfolgend gelegentlich als zweite Elemente bezeichnet) der Verbindung werden vorzugsweise so ausgewählt, daß sie eine geringe Löslichkeit in dem Hauptelement des zu atomisierenden Materials aufweisen. Obwohl eine niedrige Löslichkeit bevorzugt ist (um die Wahrscheinlichkeit zu steigern, daß der überzug unversehrt bleibt), muß das nicht in allen Systemen erforderlich sein. Das Grundkriterium ist, daß das Hauptelement des zu atomisierenden Metalles in

geschmolzener Form mit der Verbindung des Überzugs bei der Gießtemperatur des Metalls koexistieren kann, was aus den Phasen-Diagrammen der beteiligten Materialien zu erkennen ist. Es wird angenommen, daß trotz der Tatsache, daß es bekannt ist, daß das zweite Element des Überzugs bei der Gießtemperatur in dem Hauptelement des aufgegossenen Metalls löslich ist, ein derartiges Auflösen in einem nennenswerten Ausmaß unwahrscheinlich ist, wenn bei der Gießtemperatur das binäre Phasen-Diagramm des sekundären und des Haupt-Elements zeigt, daß die Verbindung der beiden Elemente (d.h. die Überzugs-Verbindung) mit dem Hauptelement des zu atomisierenden Metalls koexistieren kann.

In Fällen, in denen das zu atomisierende Metall einen schmalen Erstarrungsbereich aufweist, jedoch bei der Gießtemperatur hochreaktiv ist, ist die Bindung und die Ausbildung einer Deckschale normalerweise kein Problem. Wie im vorausgehenden Fall muß jedoch das zu atomisierende flüssige Metall in der Lage sein) bei den Gießtemperaturen des Metalls mit der Überzugs-Verbindung ausweislich des binären Phasen-Diagramms der betreffenden Elemente zu existieren.

Wie dem Fachmann gut bekannt ist, ist es bevorzugt, zum Schutz des darunterliegenden Metallrumpfes der Atomisierscheibe gegen Schmelzen unter der Überzugs-Verbindung eine Schicht einer Keramik mit einer niedrigen thermischen Leitfähigkeit vorzusehen. Es ist mit anderen Worten bevorzugt, daß die Scheibe über ihrem Metallrumpf eine Isolierschicht aus Keramik aufweist, und daß der Verbindungs-Überzug auf der Keramikschicht ausgebildet oder auf diese aufgebracht wird.

Die obigen Angaben sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fach-

mann In_x der nachfolgenden Beschreibung in genaueren Einzelheiten erläutert.

Wie oben erläutert wurde, wird gemäß der vorliegenden Erfindung zur Vermeidung der Probleme im Zusammenhang mit der Atomisierung von hochreaktiven legierten und nichtlegierten Metallen und von solchen Metallegierungen, die einen breiten Erstarrungsbereich (wenigstens 111⁰C (200⁰F)) aufweisen, die Automisierscheibe mit einer Verbindung C überzogen, die als erstes oder Primärelement das Basismetall B des Metalls L, das atomisiert werden soll, enthält. (Anmerkung: Das Basismetall B des Metalls L wird nachfolgend als "Haupt"-Element von L bezeichnet. Das "Haupt"-Element eines nichtlegierten Metalls L ist dabei das Metall selbst). Das zweite oder Sekundär-Element der Verbindung C wird hierin mit dem Buchstaben M bezeichnet. Das Element M wird zuerst auf der Grundlage ausgewählt, daß die Verbindung C einen Schmelzpunkt von wenigstens 28⁰C (5O⁰F) über der Temperatur aufweist, mit der L auf die schnell rotierende Scheibe aufgego~ssen wird. Vorzugsweise liegt der Schmelzpunkt der Verbindung C wenigstens 166°C (300⁰F) höher als die Gießtemperatur von L.

Das Element M wird außerdem so ausgewählt, daß die Verbindung C, von der M ein Teil ist, bei der Gießtemperatur von L mit dem geschmolzenen Basismetall B koexistieren kann (trotz einer Löslichkeit von M in B bei den Temperaturen der Durchführung des Verfahrens), wie sich aus dem binären Phasen-Diagramm von M und B erkennen läßt. Wenn C und B bei den Gießtemperaturen koexistieren können, ist es wahrscheinlich, daß die Verbindung C in Form eines Überzugs auf der Scheibe unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens stabil bleibt.

Vorzugsweise wird zur Steigerung der Wahrscheinlichkeit der Stabilität der Verbindung C das Element M so ausge-

wählt,_vdaß es unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens eine geringe Löslichkeit in B aufweist, und die Verbindung C weist dann in B eine noch niedrigere Löslichkeit auf, so daß die Verbindung C bei der Gießtemperatur von L in L stabil ist. Vorzugsweise beträgt die Löslichkeit von M in B weniger als 10 Atom-Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 5 Atom-Gew.-% unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens. Die niedrige Löslichkeit sowohl der Verbindung C als auch des Elements M in B eliminiert im wesentlichen die Möglichkeit nennenswerter Reaktionen zwischen L und dem überzug C, wenn L auf diesen aufgegossen wird, trotz der hohen Gießtemperaturen; und da sowohl der Scheibenüberzug C als auch das Metall L B enthalten, kommt es zu einer unmittelbaren Bindung zwischen L und dem Überzug C mit einer darauffolgenden und im wesentlichen sofortigen Ausbildung einer stabilen Deckschale aus dem Metall L. Wenn sich diese Deckschale einmal ausgebildet hat, werden sehr feine, unverschmutzte Tröpfchen des Metalls L von der schnell rotierenden Scheibe weggeschleudert. -

Das Aufbringen des Überzugs aus der Verbindung C auf die Scheibe kann auf zweierlei Weise erfolgen. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Sekundär-Element M, aus dem die Verbindung C hergestellt ist, zuerst auf die Oberfläche der Scheibe aufgebracht, beispielsweise durch Plasmaspritzen oder nach einer anderen geeigneten Technik. Das zu atomisierende Metall L wird wie bei einem normalen Arbeitsdurchgang auf die Oberfläche der überzogenen, schnell rotierenden Scheibe aufgegossen und bildet zu Beginn des Arbeitsdurchgangs im wesentlichen sofort mit dem Element M einen überzug aus der Verbindung C. Die Bindung und die Ausbildung einer stabilen Deckschale aus dem Metall L erfolgt nahezu sofort im Anschluß daran. Das Aufgießen des geschmolzenen L auf die Scheibe kann kontinuierlich fortgesetzt werden,

-Vi-Al»·

um das geschmolzene Material zu atomisieren.

Alternativ dazu kann die Scheibe einfach vor Arbeitsbeginn mit der Verbindung C überzogen werden, beispielsweise durch Plasmaspritzen. Das erhaltene Pulver sollte in beiden Fällen das gleiche sein, und zwar gleich ob die Verbindung C direkt auf die Oberfläche der Scheibe vor Arbeitsbeginn aufgebracht wurde, oder ob sie während der ersten Sekunden des Arbeitsdurchgangs wie oben beschrieben gebildet wird. In beiden Fällen wird sichergestellt, daß gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Bindung des flüssigen Metalls an die Scheibenoberfläche erfolgt und sich während des Arbeitsdurchgangs eine stabile Deckschale ausbildet. Es kommt dabei tatsächlich zu keinem Auflösen des Scheibenüberzugs, noch zu einer Verunreinigung des gebildeten Pulvers, selbst bei hochreaktiven Metallen und hohen Gießtemperaturen.

Wie oben diskutiert wurde, ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Metallpulvern aus Metallegierungen nützlich, die einen breiten,wenigstens 111⁰C-(200⁰F) Liquidus/Solidus-Temperaturbereich aufweisen (d.h. einen breiten Erstarrungsbereich). Viele Legierungen von Fe, Ni, Co, Cr, Mg und Al gehören in diese Kategorie. Die Verarbeitung derartiger Metallegierungen zu Pulvern auf dem Wege der Rotations-Atomisierungstechnik erfordert es, daß sie mit Temperaturen aufgegossen werden, die beträchtlich höher sind als ihre Solidus- oder Schmelz-Temperatur, damit ihre Temperatur ihre Liquidus-Temperatur ausreichend deutlich übersteigt (vorzugsweise um wenigstens 111°C (200⁰F)).

Das gewährleistet es, daß die Verfestigung des flüssigen Metalls während der Atomisierung nicht einsetzt, bevor es von der rotierenden Scheibe weggeschleudert wird (ausgenommen die Anfangsphase unter Bildung einer stabi-

len Deckschale). Somit kann zur Atomisierung von Legierungen, wie sie in Tabelle I angeführt sind, die Atomisierscheibe vorausgehend mit beispielsweise Ta, Nb, Mo oder Zr überzogen werden, die mit Aluminium hochstabile, Hochtemperatur-Verbindungen bilden, wie beispielsweise einige der Aluminiumverbindungen in Tabelle II. Alternativ können diese Aluminiumverbindungen direkt auf die Oberfläche der Scheibe aufgebracht (d.h. an diese gebunden) werden.

Legierung

Al-IOBe

Al-2Nb

Al-IOCo

Al-IOCr

Al-2Hf

Al-8Fe

A1-2MO

Al-5Zr

A1-2V

Α1-5ΤΪ

Al-IOB

Al-SFe-

Tabelle 1

Aluminiumlegierungen

Liquidus

Op Of]

1832 1000
2190 1200
1635 890
1700 926
1630 890
1575 850
2012 1100
2012 1100
1832 1000
2012 1100
2318 1270
1830 1000

o_F

Solidus o_c

1200 1223 1214 1223 1223 1210 1355 1223 1223 1224 1787 1300

649 662 657 661 662 655 737 601 662 665 975 704

632 351

967 538

421 233

477 265

407 228

365 195

367 363

789 499

609 338

788 435

531 295

530 296

.ν

Tabelle 2

	Schmelzpunkte	2468	von Elementen	und Verbindungen	1607
.ement	Schmelzpunkt ⁰F .°C		Verbindung	Schmelzpunkt	1873
Nb	4474	2610	NbAl₃	2925	2150
			Nb₂Al	3403	2030
Mo	4730	1865	Mo₃Al	3902	1647
			MoAl₂	3686	1582
Zr	3389		ZrAl₂	2997	3316
			ZrAl₃	2880	3038
		1672	ZrC	6000	1472
			ZrB	5500	1342
Ti	3042		TiAl	2682	2900
			TiAl₃	2448	3093
			TiB₂	5252	2949
		2300	TiC '	5600	2070
		3000	TiN	5340	1550
B	4172		AlB₁₂	3753	2000
Ta	5432	Al₃Ta	2102
		AlTao	3632

Reines Aluminium wird bei etwa 660°di (1220⁰F) flüssig. Um durch Rotatxonsatomisxerung ein Aluminiumpulver zu erzeugen, muß das Aluminium auf wenigstens etwa 827°C (1520⁰F) überhitzt werden, über etwa 982°C (1800⁰F) ist Aluminium gegenüber den Elementen in, den keramischen Werkstoffen, die typischerweise zum Überziehen der Ober fläche von Atomisierern des Standes der Technik verwendet werden, hochreaktiv. Viele Aluminiumlegierungen stellen dabei sogar noch ein größeres Problem dar, weil sie einen breiten Erstarrungsbereich aufweisen, der es erforderlich macht, höhere Gießtemperaturen anzuwenden, die zu einer gesteigerten Reaktivität führen. In

Tabelle.vl sind die Liquidus- und Solidus-Temperaturen von verschiedenen Aluminiumlegierungen angeführt, und der Unterschied ί Δ T) zwischen diesen Temperaturen kennzeichnet die Breite der Erstarrungszone. Diese Legierungen müssen mit Temperaturen von wenigstens 111⁰C (200⁰F) über ihren Liquidus-Temperaturen aufgegossen werden. Wenn derartige Legierungen direkt auf eine keramische Oberfläche gegossen werden, bildet sich keine Deckschale oder erstarrte Schicht auf dem Atomisierer, und es kommt somit zu keiner Benetzung oder Bindung der geschmolzenen Legierung an die Oberfläche des Atomisierers.

Tabelle III zeigt die Löslichkeit verschiedener Elemente in flüssigem Aluminium bei verschiedenen Temperaturen. Diese Tabelle kann in Verbindung mit Tabelle II dazu verwendet werden, Überzüge für eine Scheibe auszusuchen, die für das Atomisieren von - beispielsweise - einigen der Legierungen von Tabelle I verwendet werden sollen. Nb, Mo, Zr, B, Ta, W und Ti sind dabei besonders attraktiv als Anfangs-überzüge für die Atomisierscheibe, und zwar infolge ihrer geringen Löslichkeit in flüssigem Aluminium, Tabelle II zeigt die Schmelzpunkte einiger der Verbindungen, die die Elemente von Tabelle III beim Kontakt mit geschmolzenem Aluminium bilden würden. Dabei sind die sehr hohen Schmelzpunkte dieser Verbindungen bemerkenswert. Der Vorteil einer Verwendung dieser Verbindungen als Scheiben-Überzug ist, daß sie außer ihren hohen Schmelzpunkten tatsächlich gegenüber flüssigem Aluminium nicht reaktiv sind. Die anderen Elemente der Tabelle III, nämlich Co und Fe können, obwohl sie in Aluminium stärker löslich sind, ebenfalls befriedigende Ergebnisse liefern, wenn die Verbindung, die von ihnen mit Aluminium gebildet wird, mit geschmolzenem Aluminium bei der Gießtemperatur des Aluminiums koexistieren kann. Tabelle III soll dabei nicht alle möglichen Elemente erschöpfend aufzählen, die bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung von Nutzen sein können.

-yf- ΙΟ.

Tabelle 3

Löslichkeit von Elementen in flüssigem Aluminium

Element	1093⁰C	Temperatur	1316°C
	(2000⁰F)	1204⁰C(2200⁰F)	(2400OF)
Nb	0.5 (L. 5)	0.8 (2.4)	2.0 (6)
Mo	1.5(4)	3.0 (7)	4.0(10)
Zr	1.7(5)	3.3(10)	6.0(18.5)
B	2.5(5)	4.0 (8)	6.0(12)
Ta	7.0(30)	9.0(40)	11.0(45)
Ti	3.0(5)	6.5(10)
W	4.0(20)	7.5(36)
Co	18.0(32)	24.0(41)
Fe	16.0(27)	38.0(57)

Im Falle von Metallegierungen, die bei den Temperaturen, bei denen sie aufgegossen werden müssen, hochreaktiv sind (und zwar gleich, ob diese Temperaturen sehr hoch sind oder nicht), so daß sie normalerweise mit den keramischen Überzügen des Standes der Technik reagieren würden, kann derselbe Lösungsweg zur Lösung des Problems beschritten werden wie im Falle von Legierungen mit einem breiten Erstarrungsbereich. D.h. daß die Atomisierer-Scheibe kann zuerst mit einem ersten Metall überzogen werden, das mit dem Basismetall der Legierung unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens eine stabile Verbindung aus-

bildet ._Λ Alternativ dazu können derartige stabile Verbindungen direkt auf die Oberfläche der Scheibe aufgebracht werden. Das erste Metall weist vorzugsweise eine sehr niedrige Löslichkeit in dem Basismetall bei den Gießtemperaturen auf, muß diese Eigenschaft jedoch nicht zeigen, wenn die gebildete Verbindung bei den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens mit dem Basismetall koexistieren kann. Beispielsweise können Titanlegierungen und Zirkoniumlegierungen auf einer Scheibe atomisiert werden, auf denen als überzug eine Verbindung des Basismetalls (Ti oder Zr, je nachdem) mit Elementen wie Kohlenstoff, Bor oder Stickstoff erzeugt wurde. Derartige Verbindungen weisen alle Schmelzpunkte oberhalb von 276O⁰C (5000⁰F) auf. (vgl. Tabelle II). Diese Verbindungen können alle bei den anzunehmenden Gießtemperaturen der Basismetalle mit diesen Basismetallen koexistieren und sollten daher unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens stabil sein.

Wenn (bei der Gießtemperatur) hochreaktive, nichtlegierte Metalle atomisiert werden sollen, können dieselben Prinzipien zur Anwendung kommen. Die Scheibe wird mit einem ersten Material überzogen, das mit dem zu atomisierenden Metall eine stabile Verbindung bildet, wenn sie miteinander in Kontakt kommen. Oder eine derartige stabile Verbindung kann direkt auf die Scheibenoberfläche aufgebracht werden. Das erste Material wird dabei so ausgewählt, daß die gebildete Verbindung mit dem aufzugiessenden Metall unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens koexistieren kann, so daß es zu keiner Auflösung des Überzugs kommt. Die Verbindung muß eine Schmelztemperatur aufweisen, die wenigstens 28°C (5O⁰F) und vorzugsweise wenigstens 166°C (300⁰F) höher liegt als-die Gießtemperatur des Metalls. Um nichtlegierte Metalle wie Ti und Zr zu atomisieren, können beispielsweise die Verbindungen dieser Metalle mit Kohlenstoff, Bor oder Stickstoff verwendet werden.

Obwohl J.n der obigen Beschreibung die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann selbstverständlich, daß verschiedene Änderungen und Weglassungen bei der Ausführung und bei Einzelheiten möglich sind, ohne daß der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen
wird.

Claims

Patentansprüche

\
1. ; Verfahren zur Herstellung von Metallpulver durch

Aufgießen eines flüssigen Metalls auf die Oberfläche einer schnell rotierenden Scheibe bei einer Temperatur, die wenigstens 111⁰C (200⁰F) höher ist als seine Liquidus "-Temperatur , gekennzeichnet durch die Stufen:

- Ausbildung eines Überzugs aus einer Verbindung C auf der Scheibe, wobei die Verbindung C während des Verfahrens stabil ist und das aufgegossene Metall umfaßt, wenn dieses Metall nicht legiert ist, oder, wenn das Metall eine Legierung ist, das Basismetall dieser Legierung umfaßt, wobei die Verbindung C einen Schmelzpunkt aufweist, der wenigstens 28⁰C (50⁰F) höher liegt als die Gießtemperatur des flüssigen Metalls, und wobei das flüssige Metall bei der Gießtemperatur des flüssigen Metalls neben der Verbindung C koexistieren kann ;

- Aufgießen eines flüssigen Stroms des Metalls, das in ein Pulver umgewandelt werden soll, auf die überzogene, schnell rotierende Scheibe bei der genannten Gießtemperatur, wobei es zu einer Bindung des genannten Metalls an die Verbindung C kommt und sich eine stabile Deckschale aus dem genannten Metall über dem überzug bildet und sich feine flüssige Tröpfchen des Metails bilden, wenn das Metall von der Scheibe weggeschleudert wird;

- Abkühlen der flüssigen Metalltröpfchen, nachdem sie die Oberfläche der Scheibe verlassen haben, um die Tröpfchen zu verfestigen;
und

- Sammeln der verfestigten Tröpfchen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Ausbildung eines Überzugs auf der Scheibe so durchgeführt wird, daß die Scheibe zuerst mit einem Element M, das beim Kontakt mit dem flüssigen Metall die Verbindung C ausbildet, überzogen wird, wonach das flüssige Metall auf die mit M überzogene, schnell rotierende Scheibe aufgegossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das hergestellte Metallpulver eine Titanlegierung ist, und daß die Verbindung C aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus TiC, TiB₂ und TiN besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das hergestellte Metallpulver eine Titanlegierung oder eine Zirkonium-Legierung ist, und daß das Element M aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Kohlenstoff und Bor besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hergestellte Metallpulver eine Zirkonium-Legierung ist, und daß die Verbindung C aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus ZrC, ZrB_ und ZrN besteht.
6. Verfahren zur Herstellung eines Metallpulvers durch Aufgießen einer flüssigen Metallegierung L auf die Oberfläche einer schnell rotierenden Scheibe, wobei die aufgegossene Metallegierung L eine Erstarrungszone von wenigstens 111⁰C (200⁰F) aufweist und ein Basisme-

tall B umfaßt, und wobei diese Metallegierung bei einer Temperatur aufgegossen wird, die wenigstens 111°C (200⁰F) höher liegt als seine Liquidus-Temperatür, gekennzeichnet durch die Stufen:

- Ausbilden eines"Überzugs einer Verbindung C des Basismetalls B auf der Scheibe, wobei diese Verbindung C einen Schmelzpunkt aufweist, der wenigstens 28⁰C (50⁰F) höher liegt als die Temperatur, mit der die Legierung L aufgegossen wird, und wobei bei der Gießtemperatur das Basismetall B in flüssiger Form und die Verbindung C nebeneinander koexistieren können;

- Aufgießen eines flüssigen Stroms der Legierung L auf

5 die überzogene, schnell rotierende Scheibe mit der genannten Gießtemperatur, wobei es zu einer Bindung der Legierung L an die Verbindung C kommt und sich eine stabile Deckschale der Legierung L über dem überzug aus der Verbindung C ausbildet und sich feine flüssige Tröpfchen der Legierung L bilden, wenn die Legierung von der Scheibe weggeschleudert wird;

- Abkühlen der Tröpfchen, nachdem diese die Scheibe verlassen haben, um die Legierung L zu verfestigen; ^und

- Sammeln der verfestigten Legierung.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, go daß das Basismetall B Aluminium ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung C eine Verbindung aus Aluminium und einem Element ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Nb, Mo, Zr, Ti, Ta und B besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung C nur Elemente umfaßt, die in dem Basismetall B nur zu weniger als etwa 10 Atom-Gew.-% unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens löslich sind.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung C nur Elemente umfaßt, die in dem Basismetall B nur zu weniger als etwa 5 Atom-Gew.-% unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens löslich sind.
11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe eine Keramik-Schicht umfaßt, und daß die Stufe der Ausbildung des Überzugs das überziehen der Keramik-Schicht umfaßt.
12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein überzug aus der Verbindung C dadurch auf der Scheibe ausgebildet wird, daß die Verbindung C durch Plasmaspritzen auf die Scheibe aufgebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe der Ausbildung eines Überzugs aus der Verbindung C auf der Scheibe so durchgeführt wird, daß die Scheibe zuerst mit einem Element M überzogen wird, das mit dem Basismetall B bei der Gießtemperatür der flüssi-. gen Legierung L die Verbindung C bildet, wonach die flüssige Legierung L auf die mit M überzogene schnell rotierende Scheibe aufgegossen wird, wobei sich der Überzug aus der Verbindung C bildet, und daß danach die stabile Deckschale aus der Legierung L über dem genannten Überzug ausgebildet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß M eine solche Löslichkeit in demj Basismetall B auf-

weist, die unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens weniger als etwa 10 Atom-Gew.-% beträgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismetall B Aluminium ist, und daß M aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Nb, Mo, Zr, Ti, Ta und B besteht.
16. Verfahren zur Herstellung von Metallpulver durch Aufgießen einer flüssigen Metallegierung L auf die Oberfläche einer schnell rotierenden Scheibe, bei dem die Legierung L ein Basismetall B umfaßt und bei einer Temperatur aufgegossen wird, die wenigstens 111°C (200⁰F) höher ist als seine Liquidus-Temperatur, gekennzeichnet durch die Stufen:

- überziehen der schnell rotierenden Scheibe mit einem Element M, das mit dem Basismetall B bei der Temperatur, bei der das Metall L aufgegossen wird, eine Verbindung C ausbildet, wobei die Verbindung C einen Schmelzpunkt aufweist, der höher liegt als der Schmelzpunkt von M und höher als die Temperatur, mit der das Metall L aufgegossen wird, wobei die Löslichkeit des Materials M in dem Basismetall B unter den Bedingungen der Durchführung des Verfahrens geringer ist als etwa 10 Atom-Gew.-%, und wobei die Löslichkeit der Verbindung C in dem Basismetall B geringer ist als die Löslichkeit von M in B;

- Aufgießen eines flüssigen Stroms des Metalls L auf die schnell rotierende Scheibe, die mit M überzogen ist, um eine verfestigte Schicht der Verbindung C auf der Oberfläche der Scheibe auszubilden, wenn das Metall L aufgegossen wird;

-6- - Fortsetzen des Aufgießens des Metalles L auf die verfestigte Schicht, so daß es zu einer Verbindung des Metalls L mit der verfestigten Schicht der Verbindung C kommt und sich eine stabile Deckschale aus dem Metall L auf der Oberfläche der verfestigten Schicht ausbildet und daß sich feine flüssige Tröpfchen des Metalls L bilden, wenn das flüssige Metall L von der Scheibe weggeschleudert wird;

- Abkühlen des flüssigen Metalls L, nachdem es die Scheibenoberfläche verlassen hat, um das Metall L zu verfestigen ; und

- Sammeln des verfestigten Metalles L. 15