DEP0054747DA

DEP0054747DA - Sintering of pressed metal powders

Info

Publication number: DEP0054747DA
Authority: DE
Inventors: Carl Dr. Düsseldorf Schaarwächter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1951-04-26

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.Powder metallurgy produces metallic workpieces from metal powder. It is pressed into shape and then sintered at high temperatures. The sintering conditions are adapted to the individual metals or metal mixtures. They are different for each metal. For example, the sintering temperatures of compact iron parts or magnets are around 1000 to 1200 ° C. Electrically heated furnaces are usually used for sintering. Understandably, their material is very heavily used at these high temperatures and as a result has only a limited usability. Lower temperatures of around 1000 ° C would be very desirable to protect the material, as they would significantly extend the useful life of the ovens. However, they do not result in satisfactory sintering.

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:The invention has the task of designing the sintering working conditions in such a way that sintering can be carried out properly at low furnace temperatures. It solves this task in the following way:

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.Powdered substances are added in small amounts to the metal powder, which cause an exothermic connection of the heated molding compound during sintering and thus promote diffusion. It is also possible to use metal powders that contain small amounts of substances as alloy components that cause faster sintering due to the exothermic compounds of the heated molding compound. The sticking together of the powder grains is achieved by the diffusion speed, which is increased by powers of ten in this reaction, even at lower furnace temperatures than would be necessary for sintering without these substances.

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.Such exothermic processes are obtained according to the invention by the addition of powdery red phosphorus, arsenic, antimony alone or in a mixture in small amounts of up to 3% or through other diffusion-promoting substances. It is also possible to use those metals in powder form which contain the above-mentioned or other diffusion-promoting substances as an alloy component.

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.For example, according to the invention, small amounts of red phosphorus powder in additions of approximately 0.03 to 3% phosphorus are homogeneously added to the previous sintered metal powder mixtures, e.g. to iron powder or copper powder or mixtures thereof or to the powder mixtures iron-nickel-aluminum powder for the strong permanent magnets . Instead of the phosphor powder, finely powdered arsenic or, secondarily, powder of calcium, boron, silicon and carbon can also be mixed in. For certain purposes, e.g. for screws, the addition of 0.3% phosphorus creates a material with higher strength and easier processing. The addition of phosphor powder ensures that the sintered material is completely free of oxides. The addition is beneficial in many respects.

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.The sintering temperatures can be chosen to be at least 100 to 200 ° lower, since the reaction diffusion starts even at very low temperatures well below the temperature of normal sintering. Reaction diffusion is that diffusion in which either the substances added to the metal powder or the substances contained in the powdered metal as alloy components initiate a chemical reaction before the diffusion even begins. Sintering using this reaction diffusion is not yet known. In the case of metal powder mixtures for which it is not important to maintain a low sintering temperature, on the other hand, sintering will take place in a much shorter time. As a result of the exothermic reaction diffusion, the sintered mass is also heated up more quickly and more evenly.

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.This type of treatment allows materials to be sintered together that are difficult to sinter together, such as sintered copper or hard metal layers on iron or steel parts.

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.As practical tests have shown, iron powder parts with 1% phosphorus can be rolled easily and without cracks after sintering at 720 ° C for only 5 minutes. The pure iron parts sintered without this reaction diffusion do not hold up after the same annealing treatment.

Die erfindungsgemässe Reaktionsdiffusion gilt für alle Metalle und Metallgemische, z.B. auch für Sintermagnete.The reaction diffusion according to the invention applies to all metals and metal mixtures, e.g. also to sintered magnets.

Claims

1. A method for sintering pressed metal powders, characterized in that the metal powders are mixed in powder form with substances that enter into a chemical reaction with them during sintering and / or sinter under exothermic processes.

2. The method according to claim 1, characterized by the use of shorter sintering times and / or lower furnace temperatures than in conventional sintering.

3. The method according to claim 1 to 2, characterized in that red phosphorus, arsenic, calcium, boron, silicon and / or carbon alone or in a mixture in small amounts of up to 3% are used as additives.