DE4340791A1

DE4340791A1 - Prodn. of porous metal components

Info

Publication number: DE4340791A1
Application number: DE19934340791
Authority: DE
Inventors: Manfred Roehnisch
Original assignee: Admos Gleitlager Berlin GmbH
Current assignee: Admos Gleitlager Berlin GmbH
Priority date: 1993-11-23
Filing date: 1993-11-23
Publication date: 1995-05-24

Abstract

The method concerns production of porous metal components, according to which a mixture of a metal powder and a foaming agent is shaped by cold compacting and is then foamed. It is characterised by the following facts: (a) the mixture (with the metal powder of given grain size, and the decomposition temperature of the foaming agent below the melting temperature of the metal) is cold compacted at a pressure above 600 MPa; (b) the resultant blank is heated for a short period to a temperature between the decomposition and melting temperatures mentioned above; and (c) the heated blank is extruded in a cold die with a degree of reduction less than or equal to 82%, followed by foaming (preferably in a mould) at a temperature above the melting temperature of the metal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung poröser Metallkörper, bei dem ein Metallpulver/Treibmittelgemisch zu einem Rohling verarbeitet und dann zu einer definierten Form aufgeschäumt wird.The invention relates to a method for producing porous Metal body, in which a metal powder / blowing agent mixture processed into a blank and then into a defined shape is foamed.

Solche Verfahren sind bekannt. In der US-PS 30 87 807 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Mischung aus einem Metall pulver und einem Treibmittel mit einem Preßdruck von mindestens 80 MPa im ersten Schritt kalt kompaktiert wird. Durch anschließendes Warmstrangpressen wird die kompaktierte Mischung umgeformt und dann durch Erwärmung auf mindestens die Schmelztemperatur des Metalles in einer Form zu einem porösen Metallkörper aufgeschäumt. Ausdrücklich wird in der Erfindung darauf hingewiesen, daß die bloße Verdichtung des Metall pulvers, selbst unter hohem Druck, nicht die erforderliche Metallteilchenverbindung gewährleistet und damit technisch nicht sinnvoll ist. Erfolgverbürgend sind vielmehr ein Umformgrad von mindestens 87,5% beim Strangpressen und eine Temperatur über 400°C aber unter dem Schmelzpunkt des Metalles. Nur so ist garantiert, daß durch die Reibung der Teilchen aneinander während des Umformprozesses die Oxydhäute zerstört werden und die Metallteilchen sich gut miteinander verbinden.Such methods are known. In US-PS 30 87 807 a Process described in which a mixture of a metal powder and a blowing agent with a pressure of at least 80 MPa is cold compacted in the first step. Subsequent hot extrusion makes the compact Formed mixture and then by heating to at least the Melting temperature of the metal in a mold to a porous one Foamed metal body. Is expressed in the invention noted that the mere compression of the metal powder, even under high pressure, not the required Metal particle connection guaranteed and thus technical is not useful. Rather, success is a Degree of deformation of at least 87.5% during extrusion and one Temperature above 400 ° C but below the melting point of the Metal. This is the only way to guarantee that the friction of the Particles cling to one another during the forming process of the oxide skins are destroyed and the metal particles are well together connect.

Die Nachteile dieser Erfindung bestehen in den erforderlichen aufwendigen verfahrenstechnischen Bedingungen, insbesondere der notwendigen Anwendung von Warmarbeitswerkzeugen und dem hohen Umformgrad beim Strangpressen. Nachteilig ist auch der ausschließliche Einsatz von Treibmitteln, deren Zersetzungs temperatur oberhalb der Kompaktierungstemperatur liegen muß, da sonst das Gas während des Extrusionsvorganges entweichen würde. Diese Nachteile verursachen nicht nur hohe Kosten, sondern setzen der Verfahrensproduktivität insgesamt Grenzen. The disadvantages of this invention are that which are necessary complex procedural conditions, in particular the necessary use of hot work tools and the high degree of deformation during extrusion. Another disadvantage is that exclusive use of blowing agents, their decomposition temperature must be above the compacting temperature, otherwise the gas will escape during the extrusion process would. These disadvantages not only cause high costs, but set limits on process productivity overall.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von porösen Metallkörpern wird in der DE-PS 40 18 360 beschrieben. Diese Erfindung baut auf der mit der US-PS 30 87 807 vermittelten Meinung der Fachwelt auf, wonach durch hohe Drücke während des Kompaktierens des Metallpulver/Treibmittelgemisches eine gasdichte Metallteilverbindung nicht herstellbar ist. Anstelle des Kaltkompaktierens mit nachfolgendem Warmstrangpressen mit hohen Umformgraden, wird mit dieser Erfindung ein Heiß kompaktieren vorgeschlagen, bei dem ein Druck/Temperatur verhältnis herrscht, das eine Verbindung der Teilchen des Metallpulvers überwiegend durch Diffusion gestattet und infolge des hohen Druckes die Zersetzung des Treibmittels verhindert wird. Die Herstellung des aufschäumbaren Rohlings erfolgt nunmehr in einem Arbeitsgang.Another method of making porous Metal bodies are described in DE-PS 40 18 360. These Invention builds on the mediated with the US-PS 30 87 807 Expert opinion on what high pressure during the Compacting the metal powder / blowing agent mixture gastight metal part connection is not possible. Instead of of cold compacting with subsequent hot extrusion high degrees of deformation, becomes hot with this invention compact proposed at a pressure / temperature ratio prevails that a connection of the particles of the Metal powder mostly allowed by diffusion and due to the high pressure, the decomposition of the blowing agent is prevented. The production of the foamable blank now takes place in one operation.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in der niedrigen Produktivität wegen der vergleichsweise langen Verweildauer des Metallpulver/Treibmittelgemisches in der Heißpreß vorrichtung und der notwendigen Erwärmung jedes einzelnen "Rohlings".The disadvantage of this method is that it is low Productivity due to the comparatively long stay of the metal powder / blowing agent mixture in the hot press device and the necessary warming of each "Blanks".

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung aufschäumbarer Körper ist aus der GB-PS 939 612 bekannt. Der Einschluß des Treib mittels zwischen die Metallpulverteile und deren Verbindung erfolgt hier analog zur genannten US-PS durch Strangpressen bei einer Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Metalles und unterhalb der Zersetzungstemperatur des Treib mittels. Der stranggepreßte Körper wird dann einer Temperatur ausgesetzt, die über der Zersetzungstemperatur des Treib mittels und unterhalb der Schmelztemperatur des Metalles liegt.Another process for producing foamable bodies is known from GB-PS 939 612. The inclusion of the blowing means between the metal powder parts and their connection takes place here analogously to the aforementioned US PS by extrusion at a temperature below the melting temperature of the Metal and below the decomposition temperature of the blowing agent by means of. The extruded body then becomes a temperature exposed to above the decomposition temperature of the blowing agent by means of and below the melting temperature of the metal lies.

Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen in dem kostenaufwendigen Einsatz von Warmstrangpreßwerkzeugen, dem Einsatz erwärmter Metall-Treibmittel-Pulvergemische und den langen Exponierzeiten zum Schäumen der Rohlinge.The disadvantages of this method are costly use of hot extrusion tools, the Use of heated metal blowing agent powder mixtures and long exposure times for foaming the blanks.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von porösen Metallkörpern zu schaffen, das eine hohe Produktivität aufweist, das für eine Massenproduktion geeignet ist und bei dem Treibmittel mit niedriger Zersetzungstemperatur einsetzbar sind.The invention has for its object a method for Manufacture of porous metal bodies to create one has high productivity for mass production is suitable and with a lower blowing agent Decomposition temperature can be used.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte des Anspruches 1. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Danach findet ein Metallpulver/Treibmittelgemisch Anwendung, dessen Metallpulver eine definierte Korngröße und dessen Treibmittel eine Zersetzungstemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Metalls aufweisen. Das bietet den Vorteil der Treibmittelauswahl vor allem nach den Gesichts punkten der Verträglichkeit mit dem gewählten Metallpulver. Das kalte Metallpulver/Treibmittelgemisch wird dann bei einem Druck oberhalb von 600 MPa kaltkompaktiert. Im Gegensatz zu der vorab genannten Auffassung der Fachwelt hat sich gezeigt, daß bei einem solchen Druck ein Verdichten und Verschweißen der Metallpulverteile vor allem in den äußeren Zonen erfolgt, die einen Gasaustritt auch bei kurzzeitigen Temperaturen über ,der Zersetzungstemperatur des Treibmittels verhindern. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrensschrittes besteht darin, daß er auf ganz normalen Pressen und mit einfachen Werkzeugen vollzogen werden kann. Ebenso kann das nun folgende kurzzeitige Erwärmen des Rohlings auf eine Temperatur über der Zersetzungstemperatur des Treibmittels aber unterhalb der Schmelztemperatur des Metalles zentralisiert für mehrere Rohlinge in einem Ofen gleichzeitig erfolgen. Durch die Erwärmung auf diese Temperatur wird nicht nur der Strangpreßvorgang im kalten Gesenk erleichtert sondern wird auch eine deutlich verbesserte Verschweißung der Pulver teilchen durch Reibung erreicht. Mögliche, begrenzt auftretende Diffusionserscheinungen sind für das Verfahren insgesamt unbedeutend. This problem is solved by the invention Process steps of claim 1. Appropriate Refinements are the subject of the dependent claims. Then a metal powder / blowing agent mixture is used, whose metal powder has a defined grain size and Blowing agent has a decomposition temperature below that Have melting temperature of the metal. That offers the Advantage of the choice of propellants especially according to the face score the compatibility with the selected metal powder. The cold metal powder / blowing agent mixture is then at a Pressure compacted above 600 MPa. In contrast to the above-mentioned view of the professional world has shown that at such pressure, compression and welding the metal powder parts mainly occur in the outer zones, which over a gas leak even at short-term temperatures , prevent the decomposition temperature of the blowing agent. A Another advantage of this step is that he on normal presses and with simple tools can be carried out. The following can also be done briefly heating the blank to a temperature above the Decomposition temperature of the blowing agent but below that Metal melting temperature centralized for several Blanks are made in an oven at the same time. Through the Not only will heating up to this temperature Extrusion process in the cold die is facilitated but is also a significantly improved welding of the powder particles reached by friction. Possible, limited Diffusion phenomena that occur are for the process insignificant overall.

Der Umformungsgrad des erwärmten Rohlings beim Strangpressen ist kleiner/gleich 82% und gewährleistet die weitere Verdichtung des Rohlings auf die spezifische Dichte des Grundmetalles.The degree of deformation of the heated blank during extrusion is less than / equal to 82% and guarantees the further Compacting the blank to the specific density of the Base metal.

Durch das Nachsetzen von Rohlingen während des Strangpressens kann praktisch ein verschäumbarer Preßstrangrohling beliebiger Länge hergestellt werden.By adding blanks during extrusion can practically any foamable extrusion blank Length.

Neben dem auch hier festzustellenden Vorteil des Einsatzes von Standardwerkzeugen, denn das Strangpressen erfolgt im kalten Gesenk, führt dieser Verfahrensschritt zu einer wesentlichen Erweiterung des mit einer Maschine herstellbaren Rohlings sortiments für unterschiedlichste Anwendungsfälle der porösen Metallkörper.In addition to the advantage of using Standard tools, because the extrusion takes place in the cold Die, this process step leads to an essential one Extension of the blank that can be produced with a machine assortment for various applications of porous Metal body.

Das Aufschäumen des Rohlings, vorzugsweise in einer Form, erfolgt in bekannter Weise durch ein Erwärmen über den Metallschmelzpunkt mit anschließendem Abkühlen.Foaming the blank, preferably in a mold, is done in a known manner by heating over the Metal melting point with subsequent cooling.

In den nachfolgenden Beispielen wird der Verlauf der erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt.The course of the represented method according to the invention.

example 1

Ein Gemisch von Al-Pulver mit einer Korngröße kleiner 0,315 mm und Zugaben von 4% Cu-Pulver, 1% Mn-Pulver und 0,5% TiH₂-Pulver wird bei 670 MPa Preßdruck kaltkompaktiert. Der so entstandene Rohling wird auf 540°C über eine Zeit von 10 Minuten erwärmt und im kalten Strangpreßwerkzeug mit einem Reduktionsgrad von 82% verpreßt. Anschließend erfolgt das Aufschäumen.A mixture of Al powder with a grain size smaller 0.315 mm and additions of 4% Cu powder, 1% Mn powder and 0.5% TiH₂ powder is cold compacted at 670 MPa pressure. The resulting blank is at 540 ° C over a period of time heated for 10 minutes and in the cold extrusion tool pressed a degree of reduction of 82%. Then follows the foaming.

Example 2

Ein Gemisch von Al-Pulver mit einer Korngröße kleiner 9,100 mm und Zugaben von 4% Si-Pulver, 6% Cu-Pulver, 2,5% Mg-Pulver und 0,6% TiH₂-Pulver wird bei 920 MPa Preßdruck kaltkompaktiert. A mixture of Al powder with a grain size smaller 9.100 mm and additions of 4% Si powder, 6% Cu powder, 2.5% Mg powder and 0.6% TiH₂ powder is at 920 MPa Cold compacted pressure.

Der so entstandene Rohling wird auf 450°C über eine Zeit von 20 Minuten erwärmt und im kalten Strangpreßwerkzeug mit einem Reduktionsgrad von 80% verpreßt. Anschließend erfolgt das Aufschäumen.The resulting blank is at 450 ° C over a period of time heated for 20 minutes and in the cold extrusion tool pressed a degree of reduction of 80%. Then follows the foaming.

Example 3

Ein Gemisch von Al- und AlSi-Pulver (12% Si) zu gleichen Gewichtsanteilen mit einer Korngröße kleiner 0,125 mm und Zugabe von 0,4% TiH₂-Pulver oder von anderen Treibmitteln wie z. B. von Carbonaten wird bei 837 MPa Preßdruck kaltkompaktiert. Der so entstandene Rohling wird auf 500°C über eine Zeit von 15 Minuten erwärmt und im kalten Strangpreßwerkzeug mit einem Reduktionsgrad von 80% verpreßt. Anschließend erfolgt das Aufschäumen.A mixture of Al and AlSi powder (12% Si) at the same Parts by weight with a grain size smaller than 0.125 mm and Add 0.4% TiH₂ powder or other blowing agents such as B. of carbonates at 837 MPa pressure cold compacted. The resulting blank is at 500 ° C warmed over a period of 15 minutes and cold Extrusion tool with a reduction rate of 80% pressed. Then foaming takes place.

Claims

1. A process for the production of porous metal bodies, in which a metal powder / blowing agent mixture is cold-compacted formed and foamed, characterized in that the metal powder / blowing agent mixture, the metal powder of which has a defined grain size and the blowing agent of which has a decomposition temperature below the melting temperature of the metal, at a pressure is cold compacted above 600 MPa, the resulting blank is briefly heated to a temperature below the melting temperature of the metal and above the decomposition temperature of the blowing agent, the heated blank is extruded in the cold die with a degree of deformation of less than or equal to 82%, and then in known foaming at a temperature above the metal melting point, preferably in a mold, followed by cooling.

2. Process for the production of porous metal bodies according to claim 1, characterized in that by repositioning blanks several times during extrusion a press extrusion blank enlargement and thus adaptation to the material requirements of the porous to be manufactured Metal body is made.

3. Process for the production of porous metal bodies according to claim 1, characterized in that the metal powder has a defined grain size smaller than Has 0.315 mm and preferably also mixed aluminum with copper and / or magnesium and / or manganese and / or Silicon is used.

4. Process for the production of porous metal bodies according to claim 1, characterized in that briefly heating the blank before extrusion preferably to a temperature between 450-540 ° C he follows.