DE7915387U1

DE7915387U1 - Vorrichtung zum zerkleinern von in nichtoxidierender atmosphaere zerstaeubten metallpulver-teilchen aus rostfreiem oder waermebestaendigem stahl

Info

Publication number: DE7915387U1
Application number: DE19797915387
Authority: DE
Original assignee: Granges Nyby AB
Current assignee: Granges Nyby AB
Priority date: 1979-05-28
Filing date: 1979-05-28
Publication date: 1983-02-17

Description

GRANGES NYBY AB S-644 80 Nybybruk, Schweden

betreffend

Vorrichtung zum Zerkleinern von in nichtoxidierender Atmosphäre zerstäubten Metallpulver-Teilchen aus rostfreiem oder wärmebeständigem Stahl. J>

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerkleinern von in nichtoxidierender Atmosphäre zerstäubten Metallpulver-Teilchen aus rostfreiem oder wärmebeständigem Stahl mit einer etwa 0,6 mm und mehr aufweisenden Teilchengröße durch Aufschleudern derselben in nichtoxidierender Atmosphäre gegen ein Hindernis.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, um das bei der Ineftgasatomisierung in gewisser Menge anfallende gröbere Pulver, d.h. das Pulver mit Korngrößen oberhalb etwa 600 ii, das

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normalerweise nicht zum Extrudieren von Preßkörpern verwendet wird und als Schrott betrachtet wird, so zu behandeln, daß es zum Pressen von Preßkörpern verwendbar ist. Dabei ist zu beachten, daß die Pulverkörner oberhalb etwa 600 u Hohlräume aufweisen können, in denen das Inertgas eingeschlossen ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zumindest die oberhalb einer vorbestimmten Größe, vorzugsweise oberhalb etwa 0,6 mm Durchmesser, liegenden Pulverkörner mittels eines Jetstromes durch Auftreffen auf eine Prallplatte bzw. einen Amboß zerkleinert und/oder kaltverformt werden, wobei der Jetstrom und die Handhabung des Pulvers in einer Inertgasatmosphäre, vorzugsweise Argonatmosphäre, oder in einer, vorzugsweise im wesentlichen sauerstofffreien Atmosphäre, die aus im wesentlichen reinem Stickstoff und/oder anderen, mit dem Stahl nicht reagierenden, jedoch vorzugsweise im Stahl löslichen Gasen besteht, durchgeführt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet den Vorteil, daß ein zerkleinertes Pulver erhalten wird, das eine gute Verpreßbarkeit zeigt und einen sehr niedrigen Sauerstoffgehalt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht auf die Zerkleinerun von Übergröße aufweisenden Pulverteilchen, die bei der Inertgasatomisierung erhalten werden, beschränkt, bietet jedoch

den Vorteil, daß es in Kombination mit einer Inertgasatomisierung betrieben werden kann und dabei die kostspieligen Apparaturen, insbesondere der Kompressor und die Filter für die Inertgasatomisierung gleichzeitig für die Jetstromzerkleinerung verwendbar sind.

Durch das Auftreffen der zu zerkleinernden Teile, bzw. Pulverkörner, auf die Prallplatte wird diesen Pulverkörnern eine strukturierte und gegliederte Oberfläche gegeben, die die Verpreßbarkeit vorteilhaft beeinflußt. Die strukturierte Kornform, die das nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung zerkleinerte Pulver zeigt, ergibt eine gute Verpreßbarkeit und eine gute Fülldichte, so daß das erhaltene Pulver sich insbesondere für das kaltisostatische Pressen oder andere Verformungsvorgänge besonders gut eignet.

Des weiteren bietet das mit der erfindungsgemäßen.Vorrichtung erhaltene Pulver den Vorteil, daß es durch das Auftreffen auf die Prallplatte kaltverformt ist und dadurch seine Eigenschaften gegenüber intertgasatomisiertem Pulver wesentlich verbessert sind. Während bei dem inertgasatomisierten Pulver die einzelnen Pulverkörner jeweils als kleine gegossene Blöcke betrachtet werden können, weist das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhaltene Pulver durch das Aufprallen auf die Prallplatte bereits eine Kaltverformung auf,

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so daß die erhaltenen einzelnen Pulverteilchen als kleine, kaltverformte Blöcke betrachtet werden können. Diese Kaltverformung ergibt eine überraschend gute Verpreßbarkeit und Duktilität des erfindungsgemäß erhaltenen Pulvers. Darüberhinaus zeigen die aus dem erfindungsgemäßen Pulver durch kaltisostatisches Pressen hergestellten Preßkörper eine gute Grünfestigkeit, die weit oberhalb der Grünfestigkeit liegt, die inertgasatomisiertes Pulver aufweist.

Vergleicht man inertgasatomisiertes Pulver mit nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestelltem Pulver,so zeigt sich, daß die Fülldichte bei inertgasatomisiertem Pulver etwa bei 65 bis 70 i der theoretischen Dichte liegt, bei nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestelltem Pulver bei etwa 55 bis 60 % der theoretischen Dichte. Die Fülldichte bei Verwendung des erfindungsgemäß hergestellten Pulvers ist also nicht so hoch wie die Fülldichte bei inertgasatomisiertem Pulver. Trotzdem liegt die Fülldichte bei dem erfindungsgemäß hergestellten Pulver höher als bei wasseratomisiertem Pulver, bei dem die Fülldichte im allgemeinen bei etwa 40 bis 45 % der theoretischen Dichte liegt. Darüberhinaus zeigt wasseratomisiertes Pulver den Nachteil, daß der Sauerstoffgehalt sehr hoch ist und daß eine Kaltverformung der einzelnen Pulverteilchen nicht erfolgt ist.

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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich daher besonders |

}, für Legierungen, die dazu neigen, Oxide zu bilden, welche | schwer reduzierbar sind, da bei der erfindungsgemäßen Vorrich- j; tung der niedrige Sauerstoff, der bei derartigen Legie- \ rungen erwünscht ist, nicht erhöht wird. j

Erfindungsgemäß wird die Jetstromzerkleinerung vorzugsweise in die Vorrichtung zur Inertgasatomisierung des Pulvers integriert bzw. mit dieser kombiniert, so daß die gleiche Druckquelle bzw. der gleiche Kompressor verwendet und die ineftgasatomisierten Pulverteilchen innerhalb der Vorrichtung klassifiziert und die oberhalb der vorbestimmten Größe liegenden Pulveranteile dem Jetstrom unter ständiger Beibehaltung der Inertgasatmosphäre zugeführt werden können.

Vorzugsweise wird das Arbeitsgas, z.B. Inertgas, insbesondere Argon, im Kreislauf zurückgewonnen.

Vorteilhafterweise kann das nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhaltene Pulver gegebenenfalls nach Hinzufügen eines Anteils von vorzugsweise etwa 20 bis 90 %, insbesondere etwa 30 bis 60 %, von nicht im Jetstrom behandeltem, vorzugsweise inertgasatomisiertem sphärischem Pulver, mittels elastischer Formen kaltisostatisch verpreßt werden.

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Vorzugsweise wird das Pulver vor dem Verpressen durch Vibration und/oder Ultraschall innerhalb der Formen verdichtet·.

Erfindungsgemäß kann die Preßform aus Kunststoff bestehen und innerhalb der Preßkörper vorgesehene Hohlräume können durch hohle Kunststofformteile geformt werden, die mit der zum isostatischen Pressen dienenden Flüssigkeit über Kanäle von außen beaufschlagt werden.

Der verwendete kaltisostatische Druck liegt dabei vorzugsweise zwischen etwa 2000 und 5000 bar, insbesondere 3000 und 4000 bar.

Erfindungsgemäß kann die Innenseite der Kunststofform vor Einfüllen des Pulvers mit Folien, vorzugsweise aus niedriglegiertem Kohlenstoffstahl und vorzugsweise mit einer Dicke von weniger als 0,05 mm, insbesondere einer Dicke von etwa 0,02 mm, ausgelegt werden, wobei diese Folien bei vorzugsweise mechanischem Ablösen und/oder Verbrennen der Kunststofform auf dem Preßkörper verbleiben und dessen Poren mindestens teilweise verschließen.

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Erfindungsgemäß können die Preßkörper vorzugsweise nach Abdichten' ihrer Poren durch Oberziehen mit einer Glasschicht, insbesondere durch Tauchen in eine Glasschmelze, die eine hohe Viskosität aufweist, in einen Druckbehälter gegeben und dann bei erhöhten Temperaturen und Drücken warmisostatisch gepreßt werden.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Preßkörper, insbesondere die mit Folien beschichteten Preßkörper, in eine zunächst hochviskose, eine relativ niedrige Temperatur, z.B. 900⁰C, aufweisende Glasschmelze getaucht werden und daß diese Glasschmelze als Druckmittel zum warmisostatischen Pressen dient, wobei der Druck und die Temperatur der Glasschmelze so gesteuert werden, daß die Glasschmelze aufgrund ihrer Viskosität im wesentlichen nicht in die Poren des Preßkörpers eindringt und die Temperatur der Glasschmelze erst dann allmählich auf z.B. 1200⁰C erhöht wird, wenn der Preßkörper so weit zusammengepreßt ist, daß er im wesentlichen keine für den Eintritt der Glasschmelze geeigneten Poren mehr aufweist.

Bei der vorstehend beschriebenen Pressung wird auf die Glasschmelze ein Druck von vorzugsweise etwa 1000 bar, insbesondere etwa 1500 bar, ausgeübt.

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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zerkleinern ist insbesondere gekennzeichnet durch eine Prallkammer mit einer Prallwand, in die mittels einer Venturidüse das zu zerkleinernde Material durch eine Hochdruckströmung aus einem Arbeitsgas, insbesondere Inertgas, vorzugsweise Argon oder einem im wesentlichen sauerstoffreien Gas wie Stickstoff und/oder einem anderen, mit dem Stahl nicht reagierenden, jedoch vorzugsweise im Stahl löslichen Gas, eingeblasen wird. Dabei sind vorzugsweise ein erster und ein zweiter Zyklonabscheider vorgesehen, wobei die im ersten Zyklonabscheider zurückbehaltenen groben Teilchen in den Jetstrom zurückgeführt werden.

Erfindungsgemäß kann ein Umschaltventil vorgesehen sein, mittels dem der Kompressor von der Jetstromzerkleinerungsvorrichtung auf eine Vorrichtung zum inertgasatomisieren, insbesondere argonatomisieren, von Pulver umschaltbar ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung zum Pulverisieren von ri Metallteilchen mittels eines Jetstromes, wobei sich die Metall| teilchen ständig in einer neutralen, mit dem Material der ,■; Metallteilchen nicht reagierenden Atmosphäre befinden. %

In einer Prallkammer 10 ist eine Prallplatte 12 angeordnet, auf die die zu pulverisierenden Metallteilchen auftreffen, und durch den trichterförmigen Boden der Prallkammer 10 zum Auslaßstutzen 14 geführt werden. Die zu pulverisierenden Teilchen werden mittels einer Venturidüse 16 mit hoher Geschwindigkeit in die Prallkammer 10 eingeblasen. Ein Gasstrom zur Beschleunigung der zu pulverisierenden Teilchen wird über eine Leitung 18 zugeführt, die an einen Hochdruckspeicher 20 angeschlossen ist. Der Hochdruckspeicher 20 ist über eine Leitung 22 und ein Ventil 24 und eine Leitung 26 mit einem Kompressor 30 verbunden.

Die Leitung 18 steht bei 19 mit dem Auslaufstutzen 32 eines Vorrats- und Sammelbehälters 34 in Verbindung, in dem die zu pulverisierenden Teilchen sich befinden. Mittels eines Ventils bzw. einer Dosiereinrichtung 36 wird die Menge der Teilchen, die in die Leitung 18 strömt, dosiert. Die pulverisierten Teilchen werden über den Auslaufstutzen 14 in eine Leitung 33 geführt, die ebenfalls mit deia Hochdruckspeicher 20

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eines Druckgasstromes in der Leitung 38 zu einem ersten Zyklon abscheider 40 geführt werden, der alle Teilchen oberhalb einer bestimmten Größe über eine Leitung 42 in den Vorratsund Sammelbehälter 34 zurückführt und nur feines Pulver, z.B. kleiner 200 u Durchmesser über eine Leitung 44 einem zweiten Zyklonabscheider 46 zuführt, in dem das Arbeitsgas von dem feinen Pulver getrennt wird, um zum Kompressor geführt zu werden und das Pulver über eine Leitung 48 einem Sammelbehälter 50 zugeführt wird, dessen Auslaufstutzen 52 mit einer schleusenartigen Ventileinrichtung 54 versehen ist, mittels der das Pulver unter dem Schutz des Arbeitsgases in einen an die Ventileinrichtung 54 anschließbaren transportablen Behälter (nicht gezeigt) einfüllbar ist. Das Arbeitsgas wird von dem Zyklonabscheider 46 über eine Leitung 56, in der sich zwei Staubfilter 58 und 59 befinden, über eine Ventileinrichtung 24 und eine Leitung 60 zum Kompressor 30 zurückgeführt. In den Leitungen 18 und 38 sind Regelventile 62 und eingeschaltet, die es ermöglichen, die Gasströme in diesen Leitungen aufeinander abzustimmen.

Dem Sammelbehälter 34 für die zu pulverisierenden Metallteilchen kann über eine Ventileinrichtung 68 und eine Leitung 66 chargenweise Material zugeführt werden. Die Leitung 66 kann aber auch direkt mit einer Siebeinrichtung einer

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Vorrichtung zum Herstellen von inertgas-, vorzugsweise argonatomisiertem Pulver verbunden sein, wobei diejenigen Pulverteilchen, die eine vorbestimmte Größe, z.B. 600 u überschreiten, abgesiebt werden und über die Leitung 66 dem Sammelbehälter 34 zugeführt werden. Mittels der Ventileinrichtung 24 ist es möglich, den Kompressor 30 sowohl für die Vorrichtung zur Jetstrompulverisierung von Teilchen zu verwenden wie auch für die Vorrichtung zum inertgas- bzw. argonatomisieren von Pulver. Hierzu weisen die Leitungen und 60 Zweigleitungen 70 und 72 auf, die bei Verschieben des Ventilkörpers 74 in seine linke Stellung, über die Durchgänge bzw. Bohrungen 76 und 78 des Ventilkörpers 74, die dann mit den Zweigleitungen 70 und 72 fluchten, mit Leitungen und 82 verbunden sind, die zu der Vorrichtung zum inertgas- bzw. argonatomisieren des Pulvers führen, die nicht dargestellt ist und einen trumförmigen Behälter aufweist, der unter Argon bzw. Inertgasdruck steht. Das Umschaltventil ermöglicht daher die Verwendung des Kompressors 30 sowohl für die Inertgasatomisierung wie für die Jetstromzerkleinerunj Da das Arbeitsgas zurückgeführt wird, sind die Verluste sehr gering.

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Beispiel 1

Die beim Herstellen von inertgasatomisiertem Pulver entstehenden gröberen Pulverkörner mit einer Korngröße oberhalb 600 y bis zu 5 mm wurden in eine Venturidüse 16 eingeführt und gegen eine Hartmetallplatte 12 zerprallt. Ober den Zyklon 40 wurden alle Teilchen, die größer als 150 μ waren, wieder der Venturidüse 16 zugeführt. Das System war vollständig geschlossen und als rezirkulierendes Arbeitsgas diente Stickstoff. Das erhaltene Pulver hatte einen Sauerstoffgehalt von ca. 90 ppm, was ungefähr 15 mal niedriger ist als bei wasseratomisiertem Pulver und ungefähr dem Sauerstoffgehalt bei inertgasatomisiertem Pulver entspricht.

Das Pulver wurde kaltisostatisch in einem elastischen Werkzeug zu einem Ventilkörper gepreßt. Durch die Zerkleinerung enthielt das Pulver keine geschlossenen, mit Inertgäsen gefüllten Hohlräume mehr und durch den niedrigen Sauerstoffgehalt konnte das Pulver zu einem hochqualitativen Produkt weiterverarbeitet werden, wobei durch die Kaltbearbeitung beim Aufprall auf die Prallplatte die Voraussetzung für sehr günstige Eigenschaften des Endproduktes geschaffen wurden.

Claims

1. Vorrichtung zum Zerkleinern von in nichtoxidierender Atmosphäre zerstäubten Metallpulver-Teilchen aus rostfreiem oder wärmebeständigem Stahl mit einer etwa 0,6 mm und mehr aufweisenden Teilchengröße durch Aufschleudern derselben in nichtoxidierender Atmosphäre gegen ein Hindernis, gekennzeichnet durch eine Prallkammer (10) mit Venturidüse (16) und Prallplatte (12) umfassende Jetstrom-Zerkleinerungsvorrichtung, die mit der gleichen Druckquelle bzw. dem gleichen Kompressor (30) verbunden ist, die der Pulverherstellungsvorrichtung das nichtoxidierende Gas zuführt.

2. Vorrichtung nach Anspruch !,gekennzeichnet durch eine das in der aus dem nichtoxidierenden Gas bestehenden Schutzgasatmosphäre zerstäubte Pulver klassierende Sieb- oder Zykloneinrichtung, die unter dieser Schutzgasatmosphäre steht und über eine zum Transportieren des ober

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(089) 22*337 UND

(089) 292561

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halb der vorbestimmten Teilchengröße liegenden Pulvers dienenden Verbindungsleitung (66), die ebenfalls unter der Schutzgasatmosphäre steht, mit der Jetstrom-Zerkleinerungsvorrichtung verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ausgang der Prallkammer (10) ein erster Zyklonabscheider (40) angeschlossen ist, von dem aus über eine Leitung (42) alle gröberen Pulverteilchen nochmals in den Jetstrom einführbar sind, und daß ein zweiter Zyklonabscheider (46) vorgesehen ist, in dem das nichtoxidierende Gas von dem feinen Stahlpulver, z.B. 0,2 mm, getrennt und letzteres über eine Leitung (48) einem Sammelbehälter (50) zugeführt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zum Zurückführen des Gases dienende, mit zwei Staubfiltern (58, 59) versehene Leitung (56,

60) von dem zweiten Zyklonabscheider (46) zum Kompressor (30) führt.

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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschaltventil (24) angeordnet ist, mit dem der Kompressor (30) von der Jetstrom-Zerkleinerungsvorrichtung (10, 12, 16) auf die Pulverherstellungsvorrichtung umschaltbar ist.