DE3514299A1 - Blatt aus sinterfaehigem pulvermaterial - Google Patents

Blatt aus sinterfaehigem pulvermaterial

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DE3514299A1 DE19853514299 DE3514299A DE3514299A1 DE 3514299 A1 DE3514299 A1 DE 3514299A1 DE 19853514299 DE19853514299 DE 19853514299 DE 3514299 A DE3514299 A DE 3514299A DE 3514299 A1 DE3514299 A1 DE 3514299A1
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Description

3Ü 55b
MAZDA MOTOR CORPORATION
Aki-gun, Hiroshima-ken (Japan)
Blatt aus sinterfähigem Pulvermaterial
Die Erfindung betrifft ein Blatt zum Ausbilden einer Sinterschicht auf einer Oberfläche eines Metallsuüstrats, insbesondere ein Blatt aus einem bei relativ/ niedriger Temperatur sinterfähigem Pulvermaterial.
Es ist bereits bekannt, zum Ausbilden einer Sinterschicht auf einer Metalloberfläche ein Blatt aus einem Legierungspulver herzustellen. Zur Herstellung eines derartigen Blattes aus Pulvermaterial hat man im allgemeinen durch Zusammenkneten eines Legierungspulvers mit einem Kunstharz ein Gemisch hergestellt und dieses zu einem Hlatt ausgewalzt. Das aiatt uird dann auf der Oberfläche eines Metallsubstrates angebracht und auf eine Temperatur erhitzt, bei der das Lsgierungspulver unter Ausbildung einer Sinterlegierungsschicht auf der Oberfläche des Metallnubstrates gesintert wird. Beispielsweise wird in der am ?1. Januar 1975 eingereichten japanischen Patentanmeldung 5U-939B, die als Offpnlegungsschrift 51-8333*+ nffenn°legt uurde, ein Legierungspulverblatt beschrieben, das aus eim?tn selbstgehenden Legierungspulvpr und einem thermoplastischen Acrylharzpulv/er besteht und das an einem Metallsubstrat angebracht lüird, indem dieses mit einem Mittel, wie Toluol, benetzt ujird, worauf unter einer geeigneten Atmosphäre auf eine Schmelztemperatur erhitzt wird.
BAD ORtäiMAL,
In der JP-AS 55-21802 wird vorgeschlagen, durch Kneten pines TiC-Legierungspulvers und eines Kunstharzes ein dünnes 1J a η d herzustellen und dieses unter Druck zu s i π tarn, SD daß ein Sinterhlatt erhalten wird, das dann an einer ~nrm für ein Substrat befestigt wird. Wenn man die mit dem Sinterband versehene Form zum Herstellen des Substrates verwendet, kann man ein mit einer Sinterlegierungsschicht versehenes Substrat erhalten.
In der japanischen Patentanmeldung 50-9398 wird ein Verfahren vorgeschlagen, in dem ein Blatt aus einem Legierungspulver durch das darin enthaltene Harz mit dem Metallsubstrat bis zu einer Temperatur zwischen 2f)Q und 3HO0C haFtfest verbunden wird. £s hat sich jedoch gezeigt, daß bei einer höheren Temperatur das Harz verbrennt ader schmilzt, so daü das Legierungsblatt dann nicht mehr an dem Substrat haftet. Diese Tatsache führt zu Schwierigkeiten, wenn das Legierungsblatt an einer geneigten, gekrümmten ader abuärtsgekehrten Fläche angebracht werden mui3 , weil dann das Blatt während des Sintervnrganges nicht festgehalten werden kann. In dem in der JP-AS 55-21802 angegebenen Verfahren treten diese Probleme u.U. nicht auf, doch erfordert es zusätzliche Verfahrensschritte, so daQ die Herstellung teuer wird.
In der JP-AS 53-1951*0 wird vorgeschlagen, ein Blatt, das ein Legisrungspulver mit einem hohen Schmelzpunkt enthält, auf ein zweites Blatt zu legen, das ein Legierungspulver mit einem niedrigeren Schmelzpunkt enthält und auf ein Metallsubstrat aufgesintert werden soll. In diesem Verfahren müssen jedoch zum Sintern die Legierungspulver in einem gewissen Ausmaß aufgeschmolzen werden, so daß im allgemeinen eine höhere Sintertemperatur erforderlich ist, die gewähnlich über IUOG0G liegt. Derart hohe Sintertemperaturen bewirken aber eine Verformung des Metallsubstrates. Schließ-
BAD ÖfirGINAL
-Jg-
35H299
lieh ist es schmierig, mit diesem Verfahren eine Sinterschicht auf einem Substrat aus einem MRtail mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt auszubilden.
Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Legierungsblattea, das bei relativ niedriger Temperatur auf ein Metallsubstrat aufgesintert werden kann.
Eine ueitera Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines neuartigen Legierungsblattes, das vorteilhaft zum Ausbilden einer Sintprschicht auf einem Metallsubstrat verwendet werden kann.
Die Erfindung beruht auf der Ausnutzung piner physikalischen Eigenschaft von ultrafeinen Metallpulvern mit einer Korngröße unter 1 pm. Derartige ultrafeine Metallpulver können aus Cu, IMi, Cd, Fe oder anderen Metallpulvern bestehen und haben einen beträchtlich niedrigeren Schmelzpunkt. !Mickelpulver mit einer KorngrnBe von ? pm mu8 zum Sintern auf mindestens 10500C erhitzt werden. Dagegen beginnt das Sintern von ultrafeinem Nickelpulver in einer Stickstaffatmosphäre bereits bei etwa 3HTj0C und kann bei ^iner Temperatur von 5ClLJ0C bereits run? betracntli:he bi rite rung eines derartigen Pulvers erzielt werden. üiese -Eigenschaft von ultrafei πpn Pulvern wird im Rahmen der verlierenden Erfindung ausgenutzt.
Ge rna B der vn rl legenden Erfindung κ''innen die vorerwähnten unri andere Aufgaben der Erfindung mit einem Blatt erzielt werden, das ein Metallpulvpr, einen hintprhilfsstoff mit einem υ 11 r a f s i η f? m Mptal !pulver, das b*?i ?in = r niedrigeren Temperatur zu sintern oeqinnt als na? erstgenannt=: MetaLlpulvpr, und pin ίϊ inrismi tt=> 1 har ζ enthalt. Jas
BAD ÜftfGINAL
Hindemittelharz Kann ein Acrylharz ader ein beliebiges anderes geeignetes Harz sein. Im Gebrauch wird das Blatt aus dem Metallpulver auf eine Oberfläche eines Metallsubstrates geklebt und dann zur Herstellung einer Sinterschicht der gewünschten Beschaffenheit auf dem Metallsubstrat bei einer erhöhten Temperatur erhitzt.
Bei der Verwendung der Metallpulver gemäß der Erfindung beginnt das Sintern bei einer relativ niedrigen Temperatur, so daß das Blatt auch zur Ausbildung einer Hinterschient auf einem niedrigschmelzenrien Substrat, beispielsweise aus pjner Aluminiumlegierung, verwendet werden kann. Ferner kann ein wärmebedingtes Verziehen des Substrates vermieden werden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen zeigt
figur 1 in einem Diagramm den Einfluß des Sinterhilf sstaff es ,
Figur 2 im Schnitt ein an einem Substrat befestigtes Blatt aus Pulvermaterial und
Figur 3 in einer Mikrophotographie bei k0 0-facher Vergrößerung das Gefüge der Sinterschicht.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Zur Herstellung das erfindungsgemäßen Blattes aus Metallpulver werden das Metallpulver, der SinterhiIfsstaff und das Bindemittelharz zu einem Gemisch zusammengeknetet, das dann ausgewalzt wird.
Me t_a 1 !pulver
Das verwendete Metallpulver hat die physikalischen
BAD
35Η299
.-.igenschaf ten, die für die auf dsm Metallsubstrat auszubildende Sinterschicht gefordert werden. Zur Ausbildung einer abriebfesten Schicht auf dem Metall substrat kann man ein Metallpulver verwenden, das mindestens eines der Elemente P, Mn, Cr, C und Fe enthalt. Die Porosität der Sinterschicht ist in hohem Maße vnn der Korngröße des Pulvers abhängig, das vorzugsweise ferner ist als 15D mesh. Bei Pulvern, die gröber sind als 150 mesh, werden größere Poren und daher eins geringere Abriebfestigkeit erhalten.
Sinterhilf5stoff
Als BinterhiIfsstoff wird vorzugsweise ein ultrafeines Pulver aus IMi, Gu, Co oder ^p in einer Menge von 1 bis 20 Gew.% des Gesamtgemisches verwendet. Dabei werden als ultrafeine Pulver Metallpulver mit einer durchschnittlichen Knrngröße unter 1 pm bezeichnet. Tm Rahmen der Erfindung wird die Tatsache ausgenutzt, daß ultrafeine Metallpulver bereits bei einer sehr niedrigen Temperatur zu sintern beginnen und dient das ultrafeine Metallpulν er beim Sintern als Hindemittel für das Metallpulver. Wenn das ultrafeine Metallpulver in einer Menge unter 1 Gew.% verwendet wird, kann es nicht mehr als Bindemittel wirken. Wenn das ultrafeine Metallpulver in einer Menge von mehr als ?-W verwendet wird, ist das für die Verbesserung, der physikalischen Eigenschaften verwendete Metallpulver nur in einer so geringen Menge vorhanden, daß die Verbesserung einer physikalischen Eigenschaft der Sinterschicht, beispielsweise ihrer Abriäbfestigkelt, nicht in dem gewünschten Grade erzielt werden kann. In der Figur Ί stallt die Kurve A die Klebfähigkeit des Mptallpulverblattes und die Kurve 6 die gewünschte Eigenschaft, beispielsweise die Abrisbfestigksit, dar. Man erkennt in der Figur Ί, daß die Klebfähigkeit plätzlich abnimmt, wenn der Hinterhilfsstoff in siner Menge
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vr:n weniger als '% verwendet wird, so uaiJ dann das Metallpulver beim Sintern von dem Substrat herunterfällt. Wenn der äinterhilfsstaFf in einer Menge von mehr als 2i.i% veruenüet wird, wird die gewünschte Eigenschaft nur in einem geringeren tirade erzielt.
In der nachstehenden Beschreibung wird als Legisrunqspulvar das aus dem Metallpulver und dem Sinterhilfsstoff bestehende Pulvergemisch bezeichnet.
'Bindemi t te !harz
Als Bindemittelharz kann man ein Acrylharz verwenden. Vorzugsweise verwendet man Polymere oder Copolymere von Acrylsäure- und/oder Methacrylsäureestern ader Copolymere dieser Ester und eines Monomers mit einer mit diesen Estern copalymerisierbaren funktionellen Gruppe.
Das Bindemittel wird in einer Menge von 6 bis 1 Gem.* zu 9k bis 33 Gew.% des Leigerungspulvers gemischt, bei einem bindemittelgehalt unter 1% ist das Blatt uiegen seiner zu geringen Klebfähigkeit spröde und kann kein flexibles Blatt erzielt werden. Ein bindemittelgehalt über 6% wirkt sich ungünstig auf die Porosität der Sinterschicht aus und führt zu einer ungenügenden Haftfestigkeit zwischen der Sinterschicht und dem Substrat.
rilatt aju_s_JIetal !pulver
Man kann das Blatt auf verschiedene Weise hersteleln. Beispielsweise kann man das aus dem Legierungspulv?r und dem Bindemittelharz bestehende Gemisch zu 1110 bis 'IOD(J Gewichtsteilen einps geeigneten Lösungsmittels, wie Aceton, Toluol ndsr Methylethy!keton pro 1Π0 Gewichtsteilen
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des B I nd Dmi. ttelharzes zusetzen und rläβ 3π erhaltene Ge-
h zu einer Trübe kneten, die dann In einen Form rahmen ssEn wird, in dem das Lösungsmittel verdamoft uiirti. Danach wird das Gemisch zwischen zu ei WaIzRn ?.u einem blatt von geeigneter Stärke, beispielsweise ü,5 bis bjt mn, ausgewalzt. Zum Kneten des aus dem Legierungspulver und dem Bindemittelharz bestehenden Gemisches kann man dieses auch auf °ine geeignete Temperatur erhitzen.
UJ-?:ΆΪÜDigkeit des _B_l_attesaus J^u_l_yεrmat = rial
Zum Anbringen das Blattes aus Pulvermaterial bc stehenden Glattes kann man dieses einfach auf das Substrat aufpressen. Erforderlichenfalls kann man jedoch eine hei her f.; ttlebfähiqkeit erzielen, indem man auf das blatt und/nder die Subs tratoberf lache das auch in dem ί-llatt enthaltene Acrylharz aufträgt. Mann kann das Blatt aus dem Pulvermaterial an dem Substrat auch mit Hilfe eines Blattes aus einem aus demselben Harz bestehenden Klebstoff anbringen.
Ξ_ i η t e r η
Das Sintern muH in einer nichtaxidierenden Atmas-PhST-O1 beispie Isueise einer btickstoff- oder Argongasat mosphäre oder einer Atmosphäre aus einem reduzierend uiirken den Gas, wie !stickstoff, oder in einem Uakuum riurnngef uhr t uiE?rci?n. Die trhitzung soll vcrzugsuei se mit einer Geschwindigkeit unter i+i.!uG/rnin erfolgen. Bei einer trnitzunr-SLjeschüji. nd i gkei t über i+iJ°Li/min arfnlgt eine plfitzliuhF \lnrdämpfung \/ ο π η i ρ d r i rj 5 i e d e η d => π Bestandteilen das ι3 i η d e m i 11 ? 1. narzes, sn daß das HIa tt aus dem Pulv:3rmatpri al uahrenr geiner Uerarbsituny br^chan kann od^r sich in aem ülatt Üar;-blasen bilden können, die dazu führen k innen, da i das -iLatt aus dem <Jul vermaterial beim Sintern van dem ο übst rat h-.τυη · t e r f a 111.
ΛΌ 35U299
ynr dsm Erhitzen auf die Sintertemperatur erfolgt vorzugsweise; ein? Worhitzung, die für mehr als b Minuten bei einer Temperatur zwischen 150 und 3BD0C, vorzugsweise zwischen 2U\) und 35Ü°C durchgeführt uiird. ritai dieser Maverhitzung werden durch eine pyrolytische Kondensation des in dem Blatt aus Pulvermaterial enthaltenen Bindemittelharzss teer- und/oder pechartige Substanzen gebildet, die o = m nlatt aus Pulvermaterial eine sn hnhe rtlebfähigkeit verleihen, dai3 es auch bei Temperaturen über 3üü°C an dem Substrat festgehalten uiird. Infolgedessen wird das Blatt aus dem Pulvermaterial auch dann auf dem Metallsubstrat festgehalten, uienn das Werkstück während des Sintervorganges bewegt und daher Schwingen oder StnSbelastungen ausgesetzt wird.
Bei einer uOrerhitzung unter 1500C findet in dem Hlndsmittelharz '<pins genügende Pyralysereaktinn statt, so daß die teer- und/oder pechartlgen Substanzen nicht in der Menge erzeugt werden, die zum Erzielen der erforderlichen S1 ßbfahigkeit erforderlich ist. t'Bei einer Unrerhitzuny auf eine Temperatur über 3300C wird das Harz so plötzlich zersetzt, da3 di^ teer- und/oder pachartigen Substanzen ebenfalls nicht in der genügenden Menge gebildet werden. Auch bei einer Unrerhitzung für weniger als 5 Minuten werden die t^er- und/orier pechartigen Substanzen nicht in genügender Menge gebildet, so daß ebenfalls keine genügende rtlebfähigkeit erzielt wird. Die Dauer der Unrerhitzung mu3 in Abhängigkeit von der Temperatur d:?r V/orerhi tzung und der Harzart bestimmt werden, braucht jsrioch im allgemeinen nicht langer zu sein als 12U Minuten.
A UJ3 f ü η r u η g s b e i s_p i e 1
"in Pulver mit einer durchschnittlichen Horn-α,ΓπΒε von ; i:J mesh wird aus einer Legierung hergestellt, die
BAD ORIGINAL
M 35H299
aus 1,76 Geiü.% P, IU,3Π G ε υ.1/. Μα, ί*, 1J 6 Getj.% ']r, 2,Ub G=? ω.?* 1,11 Geu.% Si, U,b3 Geuj.% Mn, IJ,01 Geui-t't S, Rest rn, besteht 90 Geüj.a dieses Metallpulvers werden mit IU üeu.',n ei, π rs ultrafeinpn Ninkelpulvers mit einer durchschnittlichen titfe von U,1 pm vermischt. 95 Geu."' des auf diese prhaitRiien Legierungspulvers uerden mit 5 Geuj.% pipes als Bindemittel dienenden Acrylharze vermischt. Nach dem Zusatz von Tp Juni uiird das Gemisch η a B α e k π e t ^ ΐ und aas y ? knctsteGsmiBch ?.u einem ?_ mrn dinknn Ulatt aus Pulvfirmat'j.ria I ausgeujalzt.
K_l ebf äπ i gk_e i t des_ ö l_ajttes au_s.jP.u.lνΊΣ™&tG.r.iJ:i·
Das auf dir? angegebene tdeisa hergerst« ilte dlatt aus Pulvermaterial uiird zu aiattstüc<en 1 von Ί cm2 zerschnitt-n, die gemäß Figur 3 auf Substrat*' 3 aus Ksinaluminium von 3 cm3 geklebt werden. Zum Anklcbsn di:r HlsttsütGke 1 aus dem Pulvermaterial an dem Substrat werden 3J μπι stark?? Pu lymiTf i-line aus dem Harz vt-Tuencint, das auch in d»n ölatt aus Pu Ivermatnrial »nthalt^n ist.
UorErhitzung
Wa1^h dem Anbringen der Hlattstüc<r; Ί an rjr:n
Substratr; η 3 υ?rdrn d i " 3r;j i η ρ i ηer Ό ti :k s tπ F f a tm'?«ρh?.r ·"■ mit π in·1 r Geschbiiidi q!<- i. t van 1ri°~/min auf 3l;:"|ü:.] -"rhitzi. uπfJ 'τij i-l i ηut>j π lang auf diss?r T^mpRratur qΓ"ha 11e-η . ι)αb<'J i bilden ^i cn t^er- und/nn^r pechartige Hub stanz en. nhnn nail CIa= Pn Lymerbl att vnllstnndig auf ge^uhmr.l z?n taird.
S i π ttv r π
!■Jach dem l/tirrrhi tzpii werden (iU: 1U1.)':; *.π t;"· ? m ; el -> η darauf b r f i η d 1 i c h e η b 1 a 11 s tunk:; η ': Ί η α ι η ν γ '.:■ 1 i ν < l- t ο f r ■■ atnoapharü mit -:in-'r ünschu ind i gke i t \/;m büli/^ln auf :'"/ erhitzt und 31) Minuten Ruf i^j r'snr Γ ■ ■' m ρ ;:i ratur π ί ι η J t e π . nach ujnrd:-n rip Prnbenku rpt-τ mit i-innr Linv:">idi nc ;. r, <■ ■ Ί. t.
BAD ORIGINAL
3°C/min abgekühlt. Durch diese behandlung werden die HlattstiJr.kr? 1 aus Metallpulver auf die; üubstrat- unter r.iiidung vnn sehr abriebfesten Sinterschichten aufgenintert Das Luftige dif?spr ??in = r derartigen Sinterschicht ist in df?r figur 3 gezeigt. Dia grnSf?n Kfirppr bestehen aus dem Metallpulver und diö zuischen diesen arionnbarrn, feinen Kürp°r aus dam ultrafsinen PuIvrt oder dem aus diesem gebildeten bintertnatürial. Man erkennt, daO in der ganzen Schicht pin·' genügende Sinterung erzielt uiird, d.h., daß di» Irfinriunq vAn Sintern bei einer beträchtii^n niedrigi-Ten TrmpHratur ermöglicht.
BAU Urn
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Claims (3)

35H299 PATENTANSPRÜCHE
1. Metalipu.lverblatt, dadurch gekennzeichnet, da3 es ein Metallpulver, einen SinterhiIfstoff mit einem ultrafeinen Metallpulver, das bei siner niedrigeren Temperatur zu sintern beginnt als das erstgenannte Mr^ta Llpulver, und ein Bindemittelharz enthält.
?.. Metallpulverblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daii das ßindemittelharz sin Acrylharz ist.
3. Metallpuiverblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es den BinterhiIfsstnff in einer Henga van 1 bis 20 Geuj.% der Gesamtmenge des Metall pulvers und des Sinterhilfsstaffss enthält.
k. Motallpulverblatt nach Anspruch ', dadurch g"ken η zeich ηet, daß das ultrafeine Pulver mindestens eines
. t
der Elemente Cu, IMi, Cn und Fe enthält.
b. MRtallpu.lv/prblatt nach Anspruch ': , dadurch gekennzeichnet, da3 das erstgenannte Metallpulver anriebfest ist und aus einem P, Mn, Cr, 'Z und Fp Enthaltenden Metall besteht.
6. Meta 11 pulverblatt nach Anspruch ' , dadurch gekennzeichnet, d a ß das e r τ t η r η a η π t p. Metallpulver feiner ist als 150 mesh.
7. Metallpulverblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das öindemitt.p Lhar ζ ausgewählt ist aus dem Polymeren und Copolymereπ von Qcrylsäurpestern, den Polymeren und Goptilymeren van M^thacryIsäurfist,?rn und Capnlymeren dieser Enter mit Fiinem Hcnnn^r, ~a= ^ine
BAD 0RK3IISIAL
35U299
mit diesen "stirn cnpnlymerisierbare funk t ir: π pll π Gruppe besitzt.
3. M'itallpulvertalatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 6 bis 1 Geu.% des EUndemittelharzes und 3k Dis yy Ghw.'/. das aus dem erstgenannten M-ital lpulvar und ünm binterhi I Psstof f bestehenden Gemisches gntha.it.
S . G i. η t'? r \/ π r f a h r s η , dadurch g r? k 5 η η ζ R i c h η ρ t,
naß i'in Metallpulverblatt hRrgastellt uiirij, das ein Ksta 11-pul\/:-:r, Hinan fa interhilf sstnf f mit einem ultrafeinen Metallpulver, das bei einer niedrigeren Temperatur zu sintern beginnt als das ürstgenannts Metallpulver, und ein Bindemitt^lharz enthält, daß das Metallpulverblatt auf ein MetallsubBtrat ge'.^qt wird, und da3 das Metall pul verblatt und Has Metall^ubstrat langer als 5 Minuten auf ein= Temperatur zwischen 1i?M un^ 3Bi'|O:J erhitzt werden und danach auf ein = riint"TtrmD'?ratur erhitzt ujprrien.
Ί ι'. \/ ■? r f a h r ß η η a π h Anspruch 9 , dadurch g e ' <r?nnz::ichnn t., riatf --in Substrat aus einem Alumini umuierkstnff
BAD
DE19853514299 1984-04-20 1985-04-19 Blatt aus sinterfaehigem pulvermaterial Granted DE3514299A1 (de)

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