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Anwendung des Verfahrens der Tränkung von porösen Sinterkörpern mit
einer Metallsalzlösung bei der Herstellung von Gleit- bzw. Lagerkörpern Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit
und Bearbeitbarkeit sowie der Gleiteigenschaften von porösen Gleit-bzw. Lagerkörpern,
die durch Verpressung und Sinterung von Eisenpulver, insbesondere Eisenschwammpulver,
hergestellt werden.
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Bekanntlich gelingt die Herstellung poröser Gleitkörper durch Verpressung
von. pulverförmigem Eisen und nachfolgende Erhitzung. Derartige Körper weisen ganz
wesentlich niedrigere Festigkeitswerte auf, als entsprechend ihrem Porenanteil zu
erwarten ist. Dies hängt damit zusammen, daß sich die einzelnen Partikelchen nur
spitzenartig berühren und nur an diesen Teilen beim -Versinterungsvorgang ein Ineinanderwachsen
der Kristalle möglich ist. Auch die Bearbeitbarkeit eines solchen Sinterkörpers
ist unzureichend insofern, als bei der Bearbeitung kleine Materialteflchen herausbrechen.
Dies kann auch der Fall sein, wenn ein solcher Gleitkörper- beispielsweise als .
Lager Verwendung findet. Wahrscheinlich haben sich auch aus dieseln Grunde sogenannte
öllose Lager nur an Stellen eingeführt, wo die Lagerbeanspruchungen relativ gering
sind.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die mechanische Festigkeit
erheblich zu erhöhen und gestattet die Anwendung niedriger, das Werkzeug schonender
Preßdrucke sowie die Herstellung . eines festen Sinterkörpers mit einem Porenanteil
bis zu 5o % und sehr guter Bearbeitbarkeit und Aussehen sowie verbesserten
Lagereigenschaften. Bekanntlich ist ein Sinterkörper mit einem hohen Porenteil für
Lagerzwecke besonders vorteilhaft.
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Das Wesen .der Erfindung besteht in folgendem: Die Hohlräume des Gleitkörpers
werden mit einer Metallsalzlösung gefüllt. Dies kann geschehen. durch Tränken des
gepreßten Körpers in der betreffenden Metallsalzlösung vor öder nach- der Sinterung,
wobei- im letzteren Falle der Preßling einem zweiten Sinterungsprozeß zu unterwerfen
ist. Nach erfolgter T ränkung ist der Körper zunächst im Luft-
Strom
zu trocknen und das Lösungsmittel, Wasser, Glyzerin u. d i,-I., zu verdunsten: -
Das Metallsalz schlägt sich dann an den Wänden, insbesondere aber an den Stoßfugen
der Partikelchen des Preßlings nieder. Während des Sinterungsvorganges, bei dem
die üblichen Temperaturen und' Zeiten einzuhalten sind, findet eine Reduktion des
Metallsalzes zu Metall statt, un,d dabei ist besonders vorteil= haft, daß sich die
größten Metallmengen an den Fugen bilden, wo die einzelnen Partikelchen sich berühren.
Auf diese Weise wird eine Festigkeit des Gleitkörpers erzielt, die um ein Vielfacheg
größer ist als diejenige Festigkeit, die durch die gleichmäßige Verteilung des hinzugegebenen
Metalls bz@z. durch den erhöhten Metall- oder verringerten Porenanteil bedingt wäre.
-Es ist zwar bereits bekannt, zwecks Herstellung einer harten Legierung ein trockenes
Gemisch aus Kohlenstoff und aus einem Oxyd eines Elementes der 6. Gruppe, insbesondere
Wolfram, in eine wäßrige Acetatlösung eines Metalls der Eisengruppe, insbesondere
Kobalt, einzutragen, diese Mischung unter Luftzutritt bis zur Zersetzung des Acetats
zu erhitzen und darauf' in einer reduzierenden Atmosphäre vörzusintern und schließlich
zu pressen und endzusintern. Bei diesem bekannten Verfahren wird jedoch das Grundmetall
in Oxydform mit der Salzlösung gemischt, während erfindungsgemäß das Grundmetall
in Form metallischen Pulvers verwendet wird.
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Gemäß einem anderen Vorschlage wird zwar metallisches Pulver verwendet,
jedoch j das Metallsalz in trockener und nicht in gelöster Form verwendet und demgemäß
nicht der besondere Effekt der Anlagerung des in dem Salz enthaltenen Metalls an
den Berührungsstellen der Metallpartikel erzielt. Ferner wird das Material vor deni
Sintern verpreßt.
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Im übrigen handelt es sich bei den beiden vorgenannten bekannten Vorschlägen
nicht um die Festigkeitserhöhung poröser. SinterkÖrper, sondern lediglich um die
Bildung bestimmter unporöser Legierungen.
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Bei einem weiteren bekannten Verfahren sollen gesinterte Körper aus
schwer schmelzenden Metallen oder aus Hartmetallen, die zum wesentlichen Teil ein
metallisches Carbid, Borid, Nitrid usw. enthalten, in der Weise hergestellt werden,
daß dem zur Herstellung venvendeten Pulver ein Elektrolyt, also :beispielsweise
eine alkalische oder saure Salzlösung, zugesetzt wird, die Masse kalt in saugfähige
Formen gegossen und der sich absetzende Formkörper nach dem Trocknen hochgesintert
-wird. In diesem Falle dient jedoch- der beigegebene Elektrolyt lediglich zur Herstellung
einer möglichst dünnflüssigen gießbaren Masse mit dem- Endziel der Herstellung eines
unporösen metallischen Körpers, während die Erfindung sich mit dem Sonderproblem
einer Erhöhung der Festigkeit von porösen Sinterkörpern befaßt:-Es ist auch bereits
vorgeschlagen worden, aus porösem Eisen bestehende Akkumulatorplatten durch Behandlung
mit Metallsalzlösungen und Reduktion derselben zu Metall mit einem chemisch widerstandsfähigen
Metall zu überziehen bzw. zu legieren, um dadurch chemische Angriffe auf die porösen
Eisenplatten bzw. die so behandelten Teile derselben zu verhüten und damit die Lebensdauer
der Platten bzw. die Leitfähigkeit der Elektrodenkörper zu erhöhen. Auch ist es
bereits vorgeschlagen worden, poröse Katalysatorenkörper innerlich mit katalytisch
aktiven Oberflächen zu überziehen, indem die . porösen Körper in Metallsalzlösungen.
getränkt und dann fertiggestellt wurden. Unter anderem ist auch hier eine Reduktionsbehandlung
als in Frage kommend erwähnt. In beiden Fällen handelt es sich jedoch um völlig
andere Aufgabenstellungen, nämlich um die Schaffung chemisch wirksamer Überzüge,
während (las vorliegende Verfahren die Verbesserung der mechanischen Festigkeit
und Bearbeitbarkeit und der Laufeigenschaften von Lagerkörpern zum Gegenstande hat,
die aus Eisenpulver gepreßt und gesintert sind. Da hier keinerlei chemische Wirkungen
in Frage kommen, wußte es überraschen, daß die geschilderte Behandlung mit Metallsalz-
S lösungen eine Verbesserung der genannten mechanischen Eigenschaften von porösen
Lagerkörpern zu bewirken vermag. Insbesondere war es auch nicht zu erwarten, daß
die prozentuale Erhöhung der mechanischen Festigkeit dieprozentualeErhöhung derDichte
des Körpers infolge der Einbringung der zusätzlichen Metallniederschläge bei weitem
übersteigen würde. Diese überraschende Wirkung erklärt sich offenbar aus der durch
mikroskopische Untersuchungen festgestellten Tatsache der bevorzugten Anlagerung
der Metallniederschläge an den Berührungsstellen der Eisenpartikel, derart, daß
gerade die Verbindungs- und Stoßstellen derselben verstärkt werden. Ein solches
mikroskopisches Strukturbild'ist in der Abb. 3 der Zeichnung veranschaulicht, wobei
die mit a bezeichnete Hälfte, wie üblich, gesintert ist, während die mit b "bezeichnete
Hälfte erfindungsgemäß behandelt ist. Man erkennt an den Trennstellen der Partikelchen
p-p die durch das niedergeschlagene Metallsalz bewirkte, .mit v bezeichnete Verstärkung.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich alle
Metalle, insbesondere Schwermetalle, die diffusionieren -und
sich
reduzieren lassen und als solche Sulfate, Hydrate, Chloride, organisch-saure Salze
usw. bilden. Beispielsweise können Salzlösungen Nickel, Kobalt, Mangan, Chrom, Kupfer
usw. für diesen Zweck Verwendung finden. Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung gegeben: Ein Preßling in Form einer Lagerbüchse gemäß Abb. i und 2,
verpreßt aus schwammartigem Eisenpulver auf das spezifische Gewicht 5, der in diesem
Zustand einen Porenanteil von etwa 33 °/o besitzt, wird im «\7-akuum in einer gesättigten
Eisensulfatlösung getränkt und hierauf in bewegter warmer Luft getrocknet, bis das
Wasser verdunstet ist. Der Preßling zeigt nun die graugrüne Farbe des Eisensulfatniederschlages.
Er wird Jiierauf 3o Minuten bei einer Temperatur von 105o° gesintert. Die Gewichtszunahme
nach erfolgter Tränkung und Sinterung beträgt nur 0,45 °!a, die Festigkeitszunahme
aber das 2,5faclie. Dieser Wert wird ermittelt durch Zerschlagversuche von zwei
Lagerbuchsen, von denen die eine, wie üblich, hergestellte 14 Schläge aufnahm und
die andere erfindungsgemäß behandelte 34 Schläge vertrug. Die Schwindung, - die
allgemein o,35 °/o beträgt, wird durch diese Behandlung nicht beeinflußt.
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Bei der Verwendung von schwammartigem, also aus Eisenschwamm hergestelltem
Eisenpulver gemäß Ausführungsbeispiel -wirkt sich die beschriebene Metallsalzbehandlung
besonders günstig aus, da gerade derartiges Eisenschwammpulver neben seinen sonstigen,
für die Herstellung derartiger Gleitkörper sehr günstigen-Eigenschaften den Nachteil
besitzt, daß der Eisenschwamm, der bekanntlich meist nach hüttenmännischem Verfahren
durch direkte Reduktion von Eisenerz ohne Schmelzung desselben gewonnen -wird, an
sich nicht durchgehend eine feste mechanische Bindung aufweist. Es sind vielmehr
innerhalb der an sich durch die bei der Reduktion gleichzeitig erfolgende Sinterung
zusammenhaltenden Eisenschwammasse teilweise noch kleine Teilchen vorhanden, -welche
nicht fest mit dein Eisenskelett versintert sind und daher bei der Bearbeitung;
insbesondere alxr -bei der praktischen Benutzung- der hieraus hergestellten Lager
herausbröckeln und dadurch schwerwiegende Schäden-hervorrufen können. Dieser Mangel
wird nun durch die vorgenannte -Behandlung behöben, da gerade die etwa noch mehr
oder weniger lose in der porösen Eisenschwammstruktur befindlichen Teilchen infolge
Anlagerung von- Metallniederschlägen v wirksam gebunden werden.
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Bei der Hinzufügung der Flüssigkeit zum Preßpulver empfiehlt es. sich,
die Lösung der Salze in einer schwer verdunstenden Flüssigkeit, z. B. einem mehrwertigen
Alkohol, vorzunehmen, inn zu verhindern, daß schon während der Pulveraufbereitung
das Lösungsmittel verdunstet und die innige Verbindung der Partikelchen des Grundmetalls
durch Metallsalzniederschläge unterbunden wird.
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Erforderlichenfalls kann die Operation des Tränkens und Reduzierens
verschiedene Male und auch mit verschiedenen Salzlösungen wiederholt werden. Bei
der Herstellung voll Lagerkörpern können mit besonderem Vorteil Chromsalze verwendet
werden, welche die Abriebfestigkeit in erwünschter Weise erhöhen. -