DEP0054747DA - Sintern von gepreßten Metallpulvern - Google Patents

Description

Die Pulvermetallurgie stellt metallische Werkstücke aus Metallpulver her. Es wird in Form gepresst und dann bei hohen Temperaturen gesintert. Die Sinterbedingungen werden den einzelnen Metallen oder Metallgemischen angepasst. Sie sind für jedes Metall verschieden. So betragen die Sintertemperaturen beispielsweise von kompakten Eisenteilen oder Magneten etwa 1000 bis 1200°C. Zum Sintern werden üblicherweise elektrisch beheizte Öfen benutzt. Ihr Material wird verständlicherweise bei diesen hohen Temperaturen sehr stark beansprucht und hat infolgedessen nur eine begrenzte Gebrauchsfähigkeit. Niedrigere Temperaturen von etwa 1000°C wären zur Schonung des Materials sehr erwünscht, denn sie würden die Gebrauchsfähigkeit der Öfen wesentlich verlängern. Sie ergeben aber keine befriedigende Sinterung.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Arbeitsbedingungen des Sinterns so zu gestalten, daß bei niedrigen Ofentemperaturen einwandfrei gesintert werden kann. Sie löst diese Aufgabe in folgender Weise:

Dem Metallpulver werden pulverförmige Stoffe in kleinen Mengen zugesetzt, die beim Sintern eine exotherme Verbindung der erhitzten Pressmasse bewirken und damit die Diffusion fördern. Auch können solche Metallpulver benutzt werden, die als Legierungsbestandteile Stoffe in kleinen Mengen enthalten, die ein schnelleres Sintern durch die exothermen Verbindungen der erhitzten Pressmasse bewirken. Das Aneinanderhaften der Pulverkörner wird durch die bei dieser Reaktion um Zehner-Potenzen gesteigerten Diffusionsgeschwindigkeit schon bei niedrigeren Ofentemperaturen erreicht, als sie ohne diese Stoffe zum Sintern erforderlich sind.

Solche exothermen Vorgänge erhält man erfindungsgemäss durch den Zusatz von pulverförmigem rotem Phosphor, Arsen, Antimon allein oder im Gemisch in kleinen Mengen bis zu 3% oder auch durch andere diffusionsfördernde Stoffe. Es können auch solche Metalle in Pulverform benutzt werden, die als Legierungsbestandteil die oben erwähnten oder sonstigen diffusionsfördernden Stoffe enthalten.

Beispielsweise bringt man erfindungsgemäss zu den bisherigen Sintermetallpulvergemischen, z.B. zu Eisenpulver oder Kupferpulver oder Gemischen davon oder zu den Pulvergemischen Eisen-Nickel-Aluminium-Pulver für die starken Dauermagneten kleine Mengen an rotem Phosphorpulver in Zusätzen von etwa 0,03 bis 3% Phosphor homogen ein. Anstatt des Phosphorpulvers kann auch ebenso gut feinpulvriges Arsen oder auch in zweiter Linie Pulver aus Kalzium, Bor, Silizium und Kohlenstoff eingemischt werden. Für bestimmte Verwendungszwecke, z.B. für Schrauben, entsteht bei Zusatz von 0,3% Phosphor ein Werkstoff von höherer Festigkeit und leichter Bearbeitung. Der Zusatz von Phosphorpulver erzielt eine völlige Oxydfreiheit des gesinterten Materials. Der Zusatz ist in vieler Hinsicht vorteilhaft verbessernd.

Die Sintertemperaturen können mindestens um 100 bis 200° niedriger gewählt werden, da die Reaktionsdiffusion schon bei sehr niedrigen Temperaturen weit unter der Temperatur des normalen Sinterns einsetzt. Als Reaktionsdiffusion wird dabei diejenige Diffusion bezeichnet, bei der entweder die dem Metallpulver zugesetzten Stoffe oder die in dem gepulverten Metall als Legierungsbestandteile enthaltenen Stoffe eine chemische Reaktion einleiten, bevor überhaupt die Diffusion beginnt. Das Sintern unter Ausnutzung dieser Reaktionsdiffusion ist bisher nicht bekannt. Bei Metallpulvergemischen, bei denen es auf die Einhaltung einer niedrigen Sintertemperatur nicht ankommt, wird dagegen die Sinterung in weit kürzerer Zeit stattfinden. Auch wird infolge der exothermen Reaktionsdiffusion die Sintermasse schnelle und gleichmässiger aufgeheizt.

Durch diese Behandlungsart können ohne weiteres Werkstoffe zusammengesintert werden, die schlecht miteinander zu sintern sind, wie z.B. gesinterte Kupfer- oder Hartmetallschichten auf Eisen- oder Stahlteilen.

Wie praktische Versuche gezeigt haben, können Eisenpulverteile mit 1% Phosphor nach einer Sinterung bei 720°C von nur 5 Minuten ohne weiteres und ohne Risse gewalzt werden. Die ohne diese Reaktionsdiffusion gesinterten reinen Eisenteile halten nach der gleichen Glühbehandlung nicht.

Die erfindungsgemässe Reaktionsdiffusion gilt für alle Metalle und Metallgemische, z.B. auch für Sintermagnete.

Claims (3)

1. Verfahren zum Sintern von gepressten Metallpulvern, dadurch gekennzeichnet, dass den Metallpulvern solche Stoffe in Pulverform zugemischt werden, die beim Sintern mit ihnen eine chemische Reaktion eingehen und/oder unter exothermen Vorgängen sintern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung kürzerer Sinterzeiten und/oder niedrigerer Ofentemperaturen als beim üblichen Sintern.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzstoffe roter Phosphor, Arsen, Kalzium, Bor, Silizium und/oder Kohlenstoff allein oder im Gemisch in geringen Mengen bis zu 3% verwendet werden.