DE3729578A1 - Verfahren zur herstellung hochfester formteile durch pulvermetallspritzguss und mittels dieses verfahrens hergestellte formteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen durch Pulvermetallspritzguß sowie die durch dieses Verfahren hergestellten Form­ teile mit eingelagerten Fasern.

Das Pulvermetallspritzgußverfahren ist eine Kombination verschiedener Technologien:

Die herkömmliche Pulvermetallurgie arbeitet mit einem dreistufigen Ver­ fahren: der Pulvererzeugung, dem Pressen der Formteile unter hohen Drücken und dem Sintern der Preßlinge.

Aus der Kunststoffverarbeitung ist bekannt, daß sich mittels des Spritz­ gußverfahrens komplizierte Formteile in großen Mengen wirtschaftlich her­ stellen lassen.

Aus der Keramiktechnologie ist ein Verfahren bekannt, bei dem Keramik­ pulver mit Bindemittel, meist Kunststoff, vermischt und durch Spritzguß in die gewünschte Form gebracht wird. Danach wird aus diesen "Grünlingen" das Bindemittel ausgetrieben. Auf diese Weise werden die Vorteile der Spritz­ gußtechnologie für die Herstellung von Keramikteilen nutzbar gemacht.

Dem Pulvermetallspritzgußverfahren liegt der Gedanke zugrunde, in ähn­ licher Weise Metallformteile herzustellen.

Ein solches Pulvermetallspritzgußverfahren ist aus dem Aufsatz "Super­ productivity thru metal injection molding" von R. E. Wiech und I. J. Weisenberg bekannt (Veröffentlicht 1981 von Society of Automotive Engineers, Inc.). Bei diesem Verfahren wird das Metallpulver mit Binde­ mittel, das verschiedene Komponenten enthält, vermischt, wodurch eine spritzgußfähige Masse entsteht. Nachdem das Formteil durch Spritzgießen hergestellt ist, wird wie bei dem "Grünling" in der Keramiktechnologie das Bindemittel durch Zersetzung ausgetrieben, wobei bei Temperaturerhöhung ein Teil entfernbar ist und ein anderer Teil zur Erhaltung der Form des Formteils zurückbleibt. Nach der Austreibung des Bindemittels wird das Formteil durch Sintern, d. h. Temperaturbehandlung des Formteils bei einer vorbestimmten Sintertemperatur, verfestigt.

Die statischen und dynamischen Festigkeitswerte der Formteile, hergestellt nach der beschriebenen Pulvermetallspritzgießmethode, liegen etwas unter denen gegossener Formteile. Dies ist eine Folge der geringfügig niedri­ geren Dichte.

Die durch dieses Pulvermetallspritzgußverfahren hergestellten Formteile haben für viele Verwendungszwecke eine zu geringe Festigkeit und/oder ein zu großes Gewicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Formteile verfügbar zu machen, die bei drastisch reduziertem Gewicht eine höhere Festigkeit aufweisen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß temperaturstabile Fasern vor dem Einspritzvorgang in das Spritzgußwerkzeug eingelegt und fixiert werden, daß der Spritzgußwerkstoff, bestehend aus 90 Gewichtspro­ zent Metallpulver sowie Bindemittel, eingespritzt und verfestigt wird und daß die Formteile einer Temperaturbehandlung von 600 bis 1500 Grad Celsius unterworfen werden.

Durch das Pulvermetallspritzgußverfahren mit Fasereinlagerung gelingt es, Formteile herzustellen, die eine Festigkeit aufweisen, die höher ist als die Festigkeit metallischer Formteile und dies bei reduziertem Gewicht.

Es hat sich gezeigt, daß die Formteile durch eine vorgenommene Temperatur­ behandlung von 600 bis 1500 Grad Celsius an der Phasengrenze zwischen Fasern und Metallpulver gerichtete, hochstabile Schichten aufwiesen, welche durch Reaktionen bei dieser Temperatur erzeugt wurden. Dieser Effekt ent­ stand insbesondere bei der Verwendung von Fasern aus Kohlenstoff, bei Carbidfasern sowie Oxid- und Nitridfasern. Gegenüber reinen Metallteilen wiesen die so hergestellten Bauelemente statische und dynamische Festigkeit bis zu den doppelten Werten auf. Dabei ist das Gewicht gegenüber den reinen Metallteilen um mehr als 1/3 reduziert.

Bei dem Verfahren wird ein Spritzgußwerkstoff verwendet, der aus 90 Ge­ wichtsprozent Metallpulver und dem Rest Bindemittel besteht. Vor dem Ein­ spritzvorgang werden in das Spritzgußwerkzeug temperaturstabile Fasern eingelegt und fixiert. Nach dem Einspritzen und Verfestigen des Spritzguß­ werkstoffs werden die so hergestellten Formteile einer Temperaturbehandlung von 600 bis 1500 Grad Celsius unterworfen. Das Metallpulver kann eine Mischung aus verschiedenen Metallen sein. So z. B. Eisen, Nickel, Chrom, Vanadium, Molybdän, Wolfram, Titan, Kobalt, Magnesium oder Kupfer. Je nach­ dem, was für Fasern verwendet wurden, entstanden Grenzschichten, die oxi­ dischen, carbidischen oder nitridischen Charakter aufwiesen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Formteilen durch Pulvermetall­ spritzguß, dadurch gekennzeichnet, daß temperaturstabile Fasern vor dem Einspritzvorgang in das Spritzgießwerkzeug eingelegt und fixiert werden, daß der Spritzguß­ werkstoff, bestehend aus 90 Gewichtsprozent Metallpulver sowie Bindemittel, eingespritzt und verfestigt wird und daß die Formteile einer Temperaturbehandlung von 600 bis 1500 Grad Celsius unter­ worfen werden.

2. Pulvermetallspritzgußformteil mit eingelagerten Fasern hergestellt durch das Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch gerichtete hochstabile Schichten an der Phasengrenze der Fasern zum Metallpulver.

3. Formteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Kohlenstoff bestehen.

4. Formteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Siliciumcarbid bestehen.

5. Formteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Bornitrid bestehen.

6. Formteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Metalloxid bestehen.

7. Formteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern eine Silikatstruktur aufweisen.