EP0334212A2 - Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus Metallteilchen und daraus hergestelltes Dichtungselement - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus Metallteilchen und daraus hergestelltes Dichtungselement Download PDF

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EP0334212A2
EP0334212A2 EP89104732A EP89104732A EP0334212A2 EP 0334212 A2 EP0334212 A2 EP 0334212A2 EP 89104732 A EP89104732 A EP 89104732A EP 89104732 A EP89104732 A EP 89104732A EP 0334212 A2 EP0334212 A2 EP 0334212A2
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EP
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sintered part
pores
layered silicate
pressed
mixture
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Hans A. Dipl.-Ing. Härle
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Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
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Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0089—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with other, not previously mentioned inorganic compounds as the main non-metallic constituent, e.g. sulfides, glass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F3/26—Impregnating

Definitions

  • the invention relates to a method for producing molded parts from metal particles by compression molding and subsequent sintering.
  • the invention also relates to a sealing element which is produced from a sintered part.
  • the production of sintered parts in powder metallurgy from metal particles, in general metal powder, has long been known.
  • the metal particles used for this purpose are pressed in the cold or warm state and then sintered. Sintering takes place in a reducing atmosphere at temperatures in the amount of 2/3 to 4/5 of the melting point of the metal particles are carried out. In this process, the metal surfaces bake together and the metal particles solidify.
  • Such a sintered part is more fine-grained and uniform than other metal particles and has higher strength properties. It is also relatively porous and has little elongation.
  • Sintered parts are used in technology in many areas, e.g. as storage materials and as metal filters for cleaning liquid metals.
  • the present invention is therefore based on the object of creating a method for producing a sintered part and a sintered part itself which has high sliding properties and high temperature resistance at the same time.
  • this object is achieved in that powdered layered silicate is also pressed into the pores of the sintered part.
  • the lubricity of the sintered part is increased even more by the lubricating effect of the graphite. Due to its insulating effect, the layered silicate takes on a protective function for graphite against excessive temperatures. The layered silicate practically envelops the graphite in the pores. The higher the desired temperature, the more mica will be used.
  • Such a sintered part can thus be used as a high-temperature-resistant sealing element, because the pores are now closed by the layered silicate or the mixture.
  • Such a use is completely surprising and runs counter to the previous knowledge and applications of sintered parts, where their porosity has just been set.
  • Layered silicates belong to a large mineral group, which also includes mica and all clay minerals. Allen is an infinitely extended, polar out as a component directed layer of SiO4 tetrahedra together, which in turn form hexagonal rings. From this group, mica in particular has proven to be the most suitable. Of course, however, other layered silicates are also possible for the purpose mentioned, if necessary.
  • the mixture is pressed into the pores under vacuum, for which purpose the sintered part is placed accordingly in a vacuum container.
  • the introduction of the mixture is facilitated and achieved in an optimal manner if the mixture is pressed into the pores via a liquid carrier medium.
  • Oil or water can serve as possible carrier media.
  • carrier media are also possible if required.
  • the mixing ratio between graphite and layered silicate depends on the application, whereby, as mentioned, only layered silicate may be used alone.
  • a mixing ratio of 50:50 is possible, as are deviations of 10, 20, 30 or 40% down and up.
  • small metal wire pieces or metal chips are pressed as metal particles instead of metal powder and sintered after molding.
  • sintered parts which are produced with the metal wire pieces according to the invention have a significantly higher elasticity and better damping behavior.
  • This method can also be used to produce parts with very low density and high material strength are put, with which a high amount of the mixture according to the invention can be introduced into the sintered part.
  • the length and diameter of the metal wire pieces depends on the application. In general, pieces of metal wire or metal shavings will be used, which have a diameter or a width of 0.1 to 2 mm and a length of approximately 0.5 to 10 mm, with deviations downwards and upwards being possible within the scope of the invention .
  • a sintered part produced according to the invention will be used as the sealing element, which can be exposed to a high temperature load.
  • the sintered part When using powder, the sintered part is compression-molded in a mold in a customary manner in a hydraulic or eccentric press and then sintered in a customary manner.
  • Graphite powder and mica powder are mixed into a solution of a calibration oil or other oily medium.
  • the sintered part is then placed in a vacuum container and then the mixture of graphite powder and mica powder is used under vacuum using the Calibration oil is pressed into the pores of the sintered part as a carrier medium.
  • the oil is then pressed out again, for example by heating.
  • the proportion of the graphite / mica powder mixture can be up to 10 or more% by weight of the sintered part. The lower the density of the sintered part and the larger the pores, the more graphite and mica powder can be introduced. This applies in particular to a sintered part which is pressed and sintered from pieces of metal wire.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus Metallteilchen wird durch ein Formpressen und einem anschließenden Sintern in die Poren des Sinterteiles pulverförmiges Schichtsilikat und ggf. Graphitpulver eingepreßt. Als Schichtsilikat kann Glimmer verwendet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Form­teilen aus Metallteilchen durch ein Formpressen und einem anschließenden Sintern. Außerdem betrifft die Erfindung ein Dichtungselement, das aus einem Sinterteil hergestellt ist.
  • Die Herstellung von Sinterteilen in der Pulvermetallurgie aus Metallteilchen, im allgemeinen Metallpulver, ist seit langem bekannt. Die hierzu verwendeten Metallteilchen werden im kalten oder warmen Zustand formgepreßt und anschließend gesintert. Sintern wird in reduzierender Atmosphäre bei Tem­peraturen, die in Höhe von 2/3 bis 4/5 des Schmelzpunktes der Metallteilchen liegen, durchgeführt. Bei diesem Vorgang backen die Metallflächen zusammen und die Metallteilchen ver­festigen sich. Ein derartiges Sinterteil ist im Vergleich zu anderen Metallteilchen feinkörniger und gleichmäßiger und weist höhere Festigkeitseigenschaften auf. Außerdem ist es relativ porös und besitzt eine geringe Dehnung.
  • In der Technik werden Sinterteile auf vielen Gebieten einge­setzt, wie z.B. als Lagerwerkstoffe und als Metallfilter zur Reinigung von Flüssigmetallen.
  • Nachteilig ist jedoch, daß deren Temperaturbeständigkeit beschränkt ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Sinterteiles und ein Sin­terteil selbst zu schaffen, das hohe Gleiteigenschaften bei gleichzeitig hoher Temperaturbeständigkeit aufweist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in die Poren des Sinterteiles pulverförmiges Schichtsilikat mit eingepreßt wird.
  • Durch das Einpressen des Schichtsilikates in die natürlichen Poren des Sinterteiles wird zum einen eine hohe Temperatur­beständigkeit erhalten und zum anderen wird die Gleiteigen­ schaft des Sinterteiles beibehalten. Dies ist auf die hohe Temperaturbeständigkeit von Glimmer zurückzuführen.
  • In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß in die Poren des Sinterteiles eine Mischung aus Graphitpulver und ein pulverförmiges Schichtsilikat ein­gepreßt wird.
  • Durch die Beimischung von Graphit wird die Gleitfähigkeit des Sinterteiles durch die Schmierwirkung des Graphites noch mehr erhöht. Das Schichtsilikat übernimmt dabei aufgrund sei­ner Isolierwirkung eine Schutzfunktion für Graphit gegen überhohe Temperaturen. Praktisch hüllt das Schichtsilikat das Graphit in den Poren ein. Je höher die gewünschte Tempe­ratur ist, desto mehr Anteil an Glimmer wird man verwenden.
  • Damit kann man ein derartiges Sinterteil als hochtemperatur­beständiges Dichtelement verwenden, denn die Poren sind durch das Schichtsilikat bzw. die Mischung nun geschlossen. Eine derartige Verwendung ist völlig überraschend und läuft den bisherigen Erkenntnissen und Einsatzfällen von Sinter­teilen, wo man gerade deren Porösität gesetzt hat, entgegen.
  • Schichtsilikate gehören zu einer großen Mineralgruppe, zu welcher z.B. auch Glimmer und alle Tonminerale gehören. Al­len ist als Bauelement eine unendlich ausgedehnte, polaraus­ gerichtete Schicht von SiO₄-Tetraedern gemeinsam, welche ihrerseits hexagonale Ringe bilden. Aus dieser Gruppe hat sich insbesondere Glimmer als am besonders geeignetsten her­ausgestellt. Selbstverständlich sind jedoch im Bedarfsfalle auch noch andere Schichtsilikate für den genannten Zweck möglich.
  • Für die Einbringung des Glimmers bzw. der Mischung in die Poren des Sinterteiles sind die verschiedenartigsten Verfah­ren möglich.
  • So kann z.B. die Mischung unter Vakuum in die Poren einge­drückt werden, wozu das Sinterteil entsprechend in einen Vakuumbehälter gelegt wird.
  • Die Einbringung der Mischung wird dabei erleichtert und auf optimale Weise erreicht, wenn die Mischung über ein flüssi­ges Trägermedium in die Poren eingepreßt wird.
  • Dabei ist lediglich dafür zu sorgen, daß das Trägermedium anschließend wieder aus dem Sinterteil entfernt werden kann. Dies kann z.B. durch ein Verdunsten bei erhöhten Temperatu­ren erfolgen
  • Als mögliche Trägermedien können Öl oder Wasser dienen. Selbstverständlich sind hier jedoch im Rahmen der Erfindung ebenfalls bei Bedarf noch andere Trägermedien möglich.
  • Das Mischungsverhältnis zwischen Graphit und Schichtsilikat richtet sich nach dem Anwendungsfall, wobei wie erwähnt ggf. auch nur Schichtsilikat alleine zur Anwendung kommt.
  • So ist z.B. ein Mischungsverhältnis von 50:50 möglich, eben­so wie auch Abweichungen von 10, 20, 30 oder 40 % nach unten und oben möglich sind.
  • Entsprechend der Dichte des zu behandelnden Sinterteiles und der Porengröße kann im Bedarfsfalle eine relativ große Menge der Mischung z.B. über 10 Gew.% in die Poren gedrückt werden.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß als Metallteilchen statt Metallpulver kleine Metalldraht­stücke oder Metallspäne formgepreßt und nach dem Formen gesintert werden.
  • Im Unterschied zu Sinterteilen, die im allgemeinen eine ge­ringe Elastizität besitzen, weisen Sinterteile, die mit den erfindungsgemäßen Metalldrahtstücken hergestellt sind, eine deutlich höhere Elastizität und ein besseres Dämpfungsverhal­ten auf. Weiterhin können mit diesem Verfahren Teile mit sehr geringer Dichte bei hoher Werkstoffestigkeit herge­ stellt werden, womit sich eine hohe Menge der erfindungs­gemäßen Mischung in das Sinterteil einbringen läßt.
  • Länge und Durchmesser der Metalldrahtstücke richtet sich da­bei nach dem Anwendungsfall. Im allgemeinen wird man Metall­drahtstücke oder Metallspäne verwenden, die einen Durchmes­ser bzw. eine Breite von 0,1 bis 2 mm und eine Länge von ca. 0,5 bis 10 mm besitzen, wobei selbstverständlich im Rahmen der Erfindung Abweichungen nach unten und oben möglich sind.
  • In vorteilhafter Weise wird man ein in erfindungsgemäßer Wei­se hergestelltes Sinterteil als Dichtungselement einsetzen, welches einer hohen Temperaturbelastung ausgesetzt werden kann.
  • Nachfolgend wird beispielsweise die Herstellung eines erfindungsgemäßen Sinterteiles beschrieben.
  • Das Sinterteil wird bei Verwendung von Pulver in üblicher Weise in einer hydraulischen oder in einer Exzenterpresse in einer Form formgepreßt und anschließend in üblicher Weise gesintert. Graphitpulver und Glimmerpulver wird in eine Lö­sung eines Kalibrieröles oder eines anderen öligen Mediums eingemischt. Das Sinterteil wird dann in einen Vakuumbehäl­ter gelegt und anschließend wird unter Vakuum die Mischung aus Graphitpulver und Glimmerpulver unter Verwendung des Kalibrieröles als Trägermedium in die Poren des Sinterteiles eingepreßt. Anschließend wird das Öl, z.B. durch Erwärmung, wieder herausgepreßt. Der Anteil der Graphit-/Glimmerpulver­mischung kann bis zu 10 oder mehr Gew.% an dem Sinterteil betragen. Je geringer die Dichte des Sinterteiles und je größer die Poren sind, desto mehr Graphit- und Glimmerpulver kann eingebracht werden. Insbesondere gilt dies für ein Sin­terteil, das aus Metalldrahtstücken formgepreßt und gesin­tert ist.
  • Mögliche Einsatzgebiete sind sich bewegende Dichtelemente, wobei es auf eine gute Gleiteigenschaft bei einer hohen Temperaturbeständigkeit ankommt, wie z.B. Auspuffdichtringe von Verbrennungsmotoren.

Claims (14)

1. Verfahren zum Herstellen von Formteilen aus Metallteil­chen durch ein Formpressen und einem anschließenden Sintern, dadurch gekennzeichnet, daß
in die Poren des Sinterteiles pulverförmiges Schichtsilikat eingepreßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
in die Poren des Sinterteils eine Mischung aus Graphitpulver und einem pulverförmigen Schichtsilikat eingepreßt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Schichtsilikat Glimmer verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Schichtsilikat bzw. die Mischung unter Vakuum in das Sinterteil eingepreßt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Schichtsilikat bzw. die Mischung durch ein flüssiges Trägermedium in die Poren eingepreßt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Trägermedium Öl verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Trägermedium Wasser verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Mischungsverhältnis 20 bis 80 % Graphitpulver und 20 bis 80 % pulverförmiges Schichtsilikat beträgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die in die Poren eingebrachte Mischung bis zu 10 Gew.% des Sinterteiles beträgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Metallteilchen für die Sinterung Metallpulver verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Metallteilchen kleine Metalldrahtstücke oder Metallspäne verwendet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
Metalldrahtstücke bzw. Metallspäne verwendet werden, die einen Durchmesser bzw. eine Breite von 0,1 bis 2 mm und eine Länge von ca. 0,5 bis 10 mm besitzen.
13. Aus einem Sinterteil gebildetes Dichtungselement,
dadurch gekennzeichnet, daß
in die Poren des Sinterteiles pulverförmiges Schichtsilikat eingepreßt ist.
14. Aus einem Sinterteil gebildetes Dichtungselement nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
in die Poren des Sinterteiles eine Mischung aus Graphitpul­ver und einem pulverförmigen Schichtsilikat eingepreßt ist.
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