DE3528169A1 - Verfahren zur tiegelfreien herstellung von schnellabgeschrecktem pulver aus reaktiven und refraktaeren metallen - Google Patents
Verfahren zur tiegelfreien herstellung von schnellabgeschrecktem pulver aus reaktiven und refraktaeren metallenInfo
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- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen tiegelfreien, schnell abschreckenden
Pulververdüsungsprozeß gemäß dem Oberbegriff des Patenanspruchs.
Im allgemeinen können alle reinen Metalle und Legierungen über die
schmelzflüssige Phase in Pulverform dargestellt werden. Konstitution,
Morphologie und Eigenschaften der Pulverteilchen sind wesentlich durch
die Abschreckrate bestimmt. Zur Herstellung von Metallpulver sind bisher
drei unterschiedliche Verfahrensgruppen entwickelt und vorgeschlagen worden.
Eine Verfahrensgruppe erreicht die Herstellung rasch abgeschreckter Metall
pulver durch mechanische Vergrößerung der Flüssigkeitsober
fläche. Zu dieser Verfahrensgruppe gehören die Gas-Atomisation, die Wasser-
Atomisation und die Zentrifugal-Gas-Atomisation. Notwendige Voraussetzung
hierbei ist jedoch immer das Vorhandensein geeigneter Tiegelmaterialien
zum Erschmelzen der Legierungen (vgl. G.H. Gessinger, Powder Metallurgy
of Superalloys Butterworth & Co. 1984, S. 29, J.K. Beddow in Monographs
in powder science and technology, ed. A.S. Goldberg (Heyden, London
1978), S.A. Miller, R.J. Murphy, Scripta Met., 13, p. 673 (1979), M.R.
Glickstein, R.J. Patterson, N.E. Shockley, RSP, eds. R. Mehrabian, B.H.
Kew, M. Cohen (Claitors Publishing Division, 1978), p. 46).
Eine weitere Verfahrensgruppe basiert auf den Prinzipien der physikalischen
Oberflächenvergrößerung und den Kondensationsvorgängen aus der Gas- bzw.
Dampfphase. Diese Verfahren erreichen die Pulverherstellung durch
Spark Erosion und Physical-Vapor-Deposition (vgl. A.E. Berkowitz,
J.L. Walter Preparation of amorphous Metal Powder by Spark Erosion).
Die dritte Verfahrensgruppe stellt eine Kombination der vorstehenden
Verfahren dar und ist bei dem Hochenergiezerstäuber durch explodierende
Drähte und dem Elektro-Hydro-Dynamischen Verfahren mit einem induktons
beheizten Tiegel verwirklicht (vgl. J. Perel, J.F. Mahoney, B.E.
Kalensher, K.E. Vickers, Electrohydrodynamic Generation of Submicron
Particles for Rapid Solidifation, Rapid Solidification Processing
Principles a. Technologies II, Baton Rouge, Louisiana 1978).
Nachteilig sind bei all diesen Verfahren entweder Produktionsraten im
Grammbereich oder Verunreinigung des Metallpulvers durch das Tiegelma
terial. Außerdem weist bei den bisher bekannten Verfahren nur ein
geringer Volumenanteil der erzeugten Pulvermenge Teilchengröße innerhalb
eines definierten Durchmesserbereiches auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist der dritten Gruppe der vorstehend
skizzierten Pulverherstellungsverfahren zuzuordnen. Nach seinen Funktions
prinzipien wird es als CRAP (Crucible free Rapidly solidifying Atomiza
tion Process) bezeichnet. Es handelt sich hierbei um eine Vakuumanlage,
in der ultrarasch abgeschreckte Legierungspulver hergestellt werden, die
frei von Kontamination durch das Tiegelmaterial sind. Erreicht wird dies
durch induktives Abschmelzen des unteren, freien Endes eines oben
eingespannten Metallstabes. Die zu zerstäubenden Legierungen werden als
Abschmelzelektroden im Inneren einer Induktionsspule erhitzt und sukzessive
in den schmelzflüssigen Zustand überführt. Die Herstellung der Elektroden
ist sowohl durch Skull-Melting-Verfahren wie auch auf pulvermetallur
gischem Wege, also durch Mischen, Vor- und Reaktionsintern der verschie
denen Elementpulver, möglich. Die normalerweise beim Skull-Melting-
Verfahren auftretenden Inhomogenitäten können durch mehrmaliges Umschmel
zen der Stähle, bzw. Blöcke, vermieden werden. Um die kontrollierte
Führung des Schmelzstromes zu gewährleisten, wird die Abschmelzelektrode
positiv polarisiert, so daß die abgeschmolzenen Metalltröpfchen in
Richtung der darunterliegenden Ringkathode beschleunigt werden. Dies
bringt zusätzlich den Vorteil der Einflußnahme auf die Größe des
Schmelztröpfchens. Da das Abtropfverhalten der Schmelze von der Spannungs
differenz zwischen Stab und Gegenelektrode abhängig ist, tropft das
aufgeschmolzene Metall bei hohen Spannungen schneller ab. Dies bedeutet
eine Verringerung der Schmelztropfengröße bei konstanter Abschmelzge
schwindigkeit. Die vorstehend beschriebene Vorgehensweise stellt das
Prinzip des herkömmlichen elektrohydrodynamischen Pulververdüsens dar,
das jedoch auf die Verwendung eines Tiegels und einer Schmelzkapillare
angewiesen ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren passiert das Schmelztröpfchen
nach dem Weg von der Stabspitze zur Kontrollelektrode ein hoch
frequentes elektromagnetisches Gradientenfeld und wird aufgrund der dort
auftretenden Scherkräfte zusätzlich zerstäubt. Während dieses Zerstäu
bungsvorgangs wird in das Schmelztröpfchen nochmals Energie eingebracht,
um im Zustand niedriger Viskosität, die eine weitere Zerteilung wesent
lich erleichtert, in den darunter angeordneten Bereich der Ringdüse zu
gelangen. Im Bereich der Ringdüse erfolgt die weitere Zerteilung des
Schmelztröpfchens und dessen Abkühlung mittels eines Intergasstromes
(wahlweise Argon oder Helium) mit hohen Gasaustrittsgeschwindigkeiten.
Besonderes Merkmal des erfindungsgemäßen Pulverherstellungsverfahrens
ist somit, daß die Zerteil- und Abschreckarbeit von unterschiedlichen
Medien getragen wird.
Durch das hochfrequente Wechselfeld innerhalb der Spule werden die
Tropfen entlang der Feldlinien in Schwingungen versetzt und dadurch in
kleinste Teilchen zerrissen. Die Ausnutzung dieses physikalischen
Effekts ist dann am größten, wenn die Erregerfrequenz identisch mit der
Eigenfrequenz der erzeugten Tröpfchen ist. Hierdurch ist eine minimale
Tröpfchengröße relativ genau einstellbar.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind:
- 1. Tiegelfreiheit, d. h. verminderte Kontamination der flüssigen Phase,
- 2. Einflußnahme auf die Abschreckrate durch:
- a) Teilchengröße
- b) Gasaustrittsgeschwindigkeit.
- 3. Technisch relevante Produktionsraten.
Die prinzipielle Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
anhand der Zeichnung (Fig. 1) dargestellt.
Claims (1)
- Verfahren zur tiegelfreien Herstellung von schnellabgeschrecktem Pulver aus reaktiven und refraktären Metallen, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Vakuumanlage durch induktives, gleichmäßiges Abschmelzen des unteren freien Endes eines oben eingespannten Metallstabes, an den eine positive elektrische Spannung von 10 - 15 kV gelegt wird, positiv geladene und so in ihrer Größe beeinflußte Schmelztropfen erzeugt werden, die in Richtung der als Kathode fungierenden Ringelektrode beschleunigt werden und durch diese in eine angeordnete Hochfrequenz-Spule fallen, in der die Schmelztropfen weiter überhitzt werden, was eine die weitere Zerteilung wesentlich erleichternde Erniedrigung der Viskosität bei gleichzeitigem Zerreißen der Schmelztröpfchen durch das hochfrequente elektromagnetische Wechselfeld innerhalb der Spule zur Folge hat, um anschließend in dem der Hochfrequenz-Spule nachgeschalteten Inertgasring düsensystem auf ihre endgültige Größe zerteilt und rasch abgeschreckt zu werden.
Priority Applications (1)
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DE19853528169 DE3528169A1 (de) | 1985-08-06 | 1985-08-06 | Verfahren zur tiegelfreien herstellung von schnellabgeschrecktem pulver aus reaktiven und refraktaeren metallen |
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-
1985
- 1985-08-06 DE DE19853528169 patent/DE3528169A1/de active Granted
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