DE3428022A1

DE3428022A1 - Verfahren zur herstellung von verbundpulver durch zerstaeuben einer metallschmelze

Info

Publication number: DE3428022A1
Application number: DE19843428022
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Chem. Dr. 6463 Freigericht Eschnauer; Peter Dipl.-Ing. 7887 Laufenburg Kunert; Reinhold Dipl.-Ing. 7888 Rheinfelden Lutz; Helmut Dipl.-Chem. Dr. 7887 Laufenburg Meinhardt; Bernd 7880 Bad Säckingen Meyer
Original assignee: HC Starck GmbH
Current assignee: HC Starck GmbH
Priority date: 1984-07-30
Filing date: 1984-07-30
Publication date: 1986-01-30

Description

Verfahren zur Herstellung von Verbundpulver
durch Zerstäuben einer Metallschmelze ~~~~~ ~~~=~~~~~~~~ ~~ ~~~ ~~~~~~~~~~~~~~~~~ Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Verbundpulver durch Zerstäuben einer Metalischmelze unter Zugabe von Fremdstoffpulver.
Verfahren zur Herstellung von Metallpulver durch Zerstäuben von homogenen Metallschmelzen mittels Gasen oder Flüssigkeiten sind weitgehend bekannt. Man arbeitet vorzugsweise mit Inertgasen als Zerstäubungsmedium, um eine Oxidation oder andere Reaktionen der versprühten heißen Metalltröpfchen mit dem Gas zu vermeiden.
In einem besonderen Falle werden nach der DE-OS 27 24 640 unmittelbar vor dem Versprühen einer Stahlschmelze hochreaktive Elemente - als Sauerstoff-Rezeptoren - in die Schmelze eingetragen, so daß während des Zerstäubens die sauerstoffempfindlichen Komponenten der hochlegierten Stahlschmelzen vor Oxidationsverlusten bewahrt bleiben.
Die-US-PS 3.655.837 betrifft die Verdüsung von Metallschmelzen mittels eines Zerstäubungsgases und das gleichzeitige seitliche Eintragen von pulverförmigem Material in den Sprühstrahl außerhalb der eigentlichen Verdüsungszone. Diese Maßnahmen dienen der Ausbildung bestimmter irregulärer Formen der Metall tröpfchen und außerdem der raschen Abkühlung und Erstarrung der Pulverteilchen. Bs ist dabei allerdings nicht gewährleistet, daß Jedes Metalltröpfchen aus dem Verdüsungsstrahl mit einem Teilchen des Ouerstroms kollidiert und die gewtinschte Einwirkung erfährt.
Allerdings die Herstellung von Verbundpulvern aus verschiedenartigen Stoffen ist in dieser Patentschrift nicht gefordert: Die in den Sprühstrahl eingebrachten feinen Partikel bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Metall wie die Schmelze.
Die DE-OS 21 24 199 beschreibt ein Verfahren zum Verdüsen von Metallschmelzen analog den vorgenannten, wobei Jedoch dem gasförmigen Zerstäubungsmittel feines Pulver zugeführt wird, welches aus gleichem und/oder andersartigem Material besteht wie die Schmelze. Diese Maßnahme hat aber den Zweck, die Teilchenoberfläche der Zerstäubungspulver aus der erstarrenden Schmelze zu vergrößern, d.h. die naturgemäß runden Partikel in spratzige Formen umzuwandeln. Nach der genannten Patentschrift können die feinen Zusatzpulver auch aus Hartstoffen <Oxiden, Carbiden oder Nitriden) bestehen, die an das zerstäubte Metallpulver angelagert werden, so daß man letztlich Verbundpulver aus Metallkernen mit Hartstoffhüllen erhält.
In allen speziellen Ausführungsformen der letztgenannten Patentschrift ist 3edoch das Eintragen der Zusatzpulver in den Gas strahl außerhalb der Austrittsöffnung der Schmelze vorgesehen. Dies hat den Nachteil, daß im Falle des Einsatzes von feinen Hartstoffpulvern die entstehenden Verbundpulver als individuelle Partikel sehr unterschiedlich ausfallen und unter Umständen sogar unbeeinflußt den Sprühstrahl verlassen, sei es durch unterbliebene Kollision oder auch wegen unterbliebener Benetzung des Hartstoffteilchens durch die Metallschmelze.
Wenn die Benetzbarkeit des Hartstoffs durch die Schmelze generell mangelhaft oder garnicht gegeben ist, unterbleibt die gewünschte Verbindung trotz Kollison der Verbundpartner vollständig. Auch eine sehr kurze Verweilzeit und ein extremer Temperaturgradient bei dem genannten Verfahren nach dem Stand der Technik stehen einer ausreichend festen Verbindung der verschiedenen Werkstoffe entgegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß man individuell gleichmäßige und gleichförmige, möglichst kugelförmige Verbundpulverpartikel erhalt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch, daß die Zusatzkomponenten für die Verdüsungs-Verbundpulver mit Hilfe eines Trägergases in eine Metall- oder Legierungsschmelze eingetragen werden, bevor diese Schmelze als Gießstrahl aus dem Schmelztiegel oder Geßtrichter austritt und durch das eigentliche Verdüsungsmedium in bekannter Weise versprüht wird, erhält man weitgehend kugelförmige Metall-Pulverteilchen, die darin eingebettet gleichmaßig verteilte feine Hartstoffpartikel enthalten. Man kann diese Verbundpulver auch als Micro-Cermet-Partikel bezeichnen.
Die erstarrten kugelförmigen Metall- oder Legierungspartikel stellen dann ideale Verbundpulver Itt homogen in einer Metallmatrix verteilten Zusatzstoffen dar, die nicht mehr in die Ausgangskomponenten entmischt werden können. Verbundpulver solcher Art lassen sich ohne Strukturveränderungen beliebig handhaben, fördern, be- und verarbeiten, was insbesondere für die Verwendung als Spritzpulver für thermische Auftragsverfahren von großem Vorteil ist.
Aber auch bei anderweitigen Verwendungsmöglichkeiten in der Pulvermetallurgie sind die genannten-Eigenschaften außerordentlich vorteilhaft.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist außerdem, daß Zusatzstoffe, die von der Schmelze der Metalle oder Legierungen nur schlecht oder garnicht benetzt werden, als suspendierte Partikel in eine flüssige Metallmatrix gelangen und beim Verdüsen und Abschrecken der Schmelze ohne Entmischung der Komponenten wiederum ideale Verbundpulver ergeben.
Sofern man Zusatzstoffe in feinverteilter Form in die Metallschmelze einbringt, die darin an sich partiell oder auch vollständig löslich sind, dann kann man unter Einhaltung einer sehr kurzen Verweilzeit durch schnelles Eintragen und Mischen der Komponenten in einem kleinvolumigen Gießtrichter und durch das schnelle Abschrecken beim Verdüsen verhindern, daß der Löseprozeß in unerwünschter Weise fortschreitet, so daß man trotz einer gewissen Löslichkeit des Stoffes in der Schmelze heterogene Verbundwerkstoffe mit den bereits genannten Eigenschaften erhält.
Die in Frage kommenden Zusatzstoffe sind allgemein Hartstoffe zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit von Ublichen Matrixinetallen oder -Legierungen oder auch Werkstoffe mit hoher Temperaturfestigkeit oder mit anderen günstigen Eigenschaften. Sie werden gezielt eingesetzt, um bestimmte Matrixwerkstoffe zu modifizieren.
Zu den Zusatzstoffen im erfindungsgemäßen Sinne zählt man alle metallischen und nichtmetallischen Hartstoffo, z.B. Boride, Carbide, Nitride, Oxide, Silizide, Oxidcarbilde, Carbonitride, Oxycarbonitride, Oxynitride von Metallen der Nebengruppen 3 bis 6 des Periodensystems der Elemente, es können aber auch andere Pulver mit besonderen Bigenschaften in die Metallschmelze vor dem Verdüsen eingebracht werden, wie z.B. Festschmierstoffe wie Graphit, Bornitrid (hex.), Wolframsulfid oder dgl. bzw. schleifende Hartstoffe wie Diamant, Korund, SiC, Bornitrid (kub.). Es kommen außerdem 'tJ-Boride, H-Phasen oder auch Cermets in Betracht. Die Matrixmetalle oder Legierungen für die Verdüsungsschmelze bestehen vorzugsweise aus den Metallen der Eisengruppe mit den Legierungspartnern bekannter Art, wie sie generell als technische Werkstoffe Ublich sind.
Als besonders bevorzugte Matrixlegierung bietet sich hierbei die allgemein bekannte Ni-Cr-B-Si-Hartlegierung an.
Die Vorrichtung zum Eintragen der Pulverteilchen in die Schmelze entspricht den bekannten Pulvereinleitsystemen, z.B. Lanzen oder InJektoren nach dem Stand der Technik. Die Verdüsungsvorrichtungen zur Durchführung der erfindungsgemäßen Herstellung von Verbundpulvern sind ebenfalls bekannt, es werden vorzugsweise Gasstrahlverdüsungsanlagen eingesetzt, die mit Inertgas arbeiten.
Zu den M6glichkeiten zur Verdüsung von Metallschmelzen gehören selbstverständlich auch weitere bekannte mechanische Verfahren, z.B. Rotationszerstäuber, Ultraschallzerstäubungsanlagen oder dgl.
Das Fremdstoffpulver wird zur Herstellung einer Suspension in die flüssige Metall- oder Legierungsschmelze eingetragen, während gleichzeitig oder unmittelbar danach die Schmelze zerstäubt wird.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Verbundpulver durch Zerstäuben einer Metalischmelze ~================~~======================= PATENTANSPRUCHE 1. Verfahren zum Herstellen von Verbundpulver durch Zerstäuben einer Metal Ischmelze. unter Zugabe von Fremdstoffpulver, dadurch gekennzeichnet, daß man das FreXdstoffpulver in die flüssige Metall- oder Legierungsschmelze zur Herstellung einer Suspension einträgt und gleichzeitig bzw. danach die Schmelze zerstäubt.
Anspruch 2: Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fremdstoffpulver Hartstoffe in die Metall- oder Legierungsschmelze einträgt.
Anspruch 3: Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fremdstoffpulver Schleifmittelpulver, vorzugsweise Korund, SiC, Diamant, kubisches Bornitrid,einträgt.
Anspruch 4: Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Fremdstoffpulver anorganische Schmierstoffpulver, vorzugsweise Graphit, MoS2, WS2, hex. Bornitrid einträgt.
Anspruch 5: Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Hartstoffe Boride, Carbide, Nitride, Silizide der 4. bis 6. Nebengruppen des Periodensystems sowie Mischkristalle oder Gemische derselben in die Metall-oder Legierungsschmelze einträgt.
Anspruch 6: Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartstoffe Oxide, Oxicarbide, Oxinitride, Carbonitride, Oxicarbonitride, T-, Laves- oder H-Phasen sowie intermetallische Phasen verwendet werden.
Anspruch 7: Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Matrixmetalle für die Verbundpulver Metalle und/oder Legierungen der Eisengruppe, vorzugsweise Eisen, Kobalt und Nickel verwendet.
8. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das Fremdstoffpulver mit Hilfe eines Trägergases in die Metall-oder Legierungsschmelze eingetragen wird.